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水文学野外实习论文
zxtecnu
前言:
2011年8月23日,在相关老师的带领下,****大学2009级地理系的学生在浙江地区进行了一次综合野外实习,其中水文学学科方面,在***老师和的带领下,进行了关于水文学的实习。
在此次实习中,主要对洪痕、水电站、水文站、地下水类型等进行了相关的实习,在更深层次上回顾和了解这些方面的内容,同时也会使得由更加清晰地认识。
本文主要是对洪痕、水电站、水文站、地下水类型等方面进行描述,更为清楚地剖析这些水文现象的特点以及时如何形成的。
摘要:
地表水、地下水、钱塘江
正文:
1、浙江地区概述
1、1浙江气候条件
浙江气候属亚热带季风气候,温暖多雨,四季分明。
全年气温从西北向东南递增。
降水丰富,以西南山区最多。
1、2浙江地势地形状况
浙江的地形以丘陵山地为主。
地势南高北低,北部为平原,南部为山地丘陵,山地多呈东北—西南向,其河流众多。
杭州处于浙西山地与长江三角洲平原的衔接地带,地势西高东低,绝大部分为构造剥蚀程度可分为三个地形单元:
①外围峰丝,山坡颇为陡峻;②由石炭二叠系石灰岩组成,岩溶发育;③由侏罗系火山碎屑岩组成,高度在25~135之间。
2、钱塘江流域
2、1钱塘江流域概况
钱塘江是我国东南沿海地区主要河流之一,是浙江省的最大河流。
由于河道在杭州附近曲折呈现“之”形,故又名之江、曲江、浙江。
钱塘江发源于安徽省休宁县,至杭州闸口河长484km,流域面积约4.22万平方千米。
钱塘江主要支流有新安江、分水江等。
干流各段随地而异名,自发源地到衢州有江山港和乌溪江汇入,成为衢江;至兰溪市有金华江汇入,称兰江;至梅城与主要支流新安江相会后成为干流,称桐江;桐庐以下成为富春江;闻家堰以下称钱塘江。
钱塘江多年平均年径流量404亿立方米,含沙量极少。
2、1、1流域特点
钱塘江流域临近中国东南沿海,位于亚热带季风气候区,年平均温度17℃,冬季盛行西北风,天气清冷干燥;夏季多为东南风,气温高,光照强,空气湿润;春秋两季气旋活动频繁,冷暖变化大。
春季及初夏多锋面雨,夏秋之际多台风,季风环流方向与主要山脉走向
2、2富春江洪痕,山脉起着阻滞北方寒流和台风的作用。
年平均降水量1600mm,其中4—6月多雨,易发生洪涝灾害,7—9月降雨不多,旱灾频繁。
河川径流年内、年际变化较大。
2、1、2流域的利用
新中国成立后,对其进行了全面治理,并大力开发水能资源。
后来,旅游事业也有较大的发展,开辟了新安江—富春江风景旅游区。
根据钱塘江自然条件、水能资源和社会经济特点,干支流的开发均以发电为主,兼有防洪、灌溉、航给谁、渔业收益。
2、2富春江
富春江为钱塘江干流部分,位于富阳市,中国浙江省中部河流。
为钱塘江桐庐至萧山闻家堰段的别称。
长110公里,流贯浙江省桐庐、富阳两县。
自梅城以下5公里至芦茨埠附近为峡谷段。
2、2、1新沙岛洪痕
洪水是大量降水或积雪融水在短时间内汇入河槽,形成特大的径流。
每当暴雨形成洪水时,河流水量猛增,往往超过河网正常的宣泄能力,导致洪水灾害。
洪水灾害威胁着人们的生命和财产安全,进行抗洪、防洪是非常重要的。
而洪痕是遗留在沿河建筑物或河岸上标志着洪水最高水位的天然痕迹或人工题刻。
在富春江的新沙岛上存在着1997年洪水的洪痕,高度大约为1.06米;可以进行历史洪水研究。
同时可以运用谢才公式v=c√(RI)和Q=Fv来计算流速和洪峰流量,其中R为水力半径,I为河段的水面比降,F为断面面积,而c可以用曼宁公式:
c=(1/n)(1/R)(1/R)(1/R)(1/R)(1/R)(1/R)来确定。
洪痕
2、2、2富春江水域水研究
在富春江水域,在新沙岛的洲头和洲中分别取样,测定其导电率等
下表为新沙岛洲头洲中采样的导电率,可以发现导电率相差不大,但是和超纯水相差比较大。
采集地点
电导率(μs/cm)
新沙洲头
22.3
新沙洲中
22.2
超纯水
0.13
下表为洲中洲头采样测得的金属的含量
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
新沙洲头
9.51
6379.21
3.40
新沙洲中
5.30
6430.46
3.14
新沙洲头
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
新沙洲中
9.68
2497.80
2177.09
新沙洲头
3.30
2449.82
2161.34
新沙洲中
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
新沙洲头
6148.58
85.42
28.47
新沙洲中
6115.38
84.71
6.86
由上图可以看出,洲头相对洲中的Al、Cu、Fe、K、Mg、Na、Sr、Zn的含量相对较多些,其中Zn的含量相差较大,洲中比洲头少了76.54%,也就说明了这些金属含量在洲头比较集中,尤其是Zn;而Ca的含量是洲中比洲头要多,但是相差不大,可以在某种程度上说明洲头比洲中的金属聚集程度要高一些。
2、3千岛湖地区
新安江水力发电站而拦坝蓄水形成的人工湖,是国家一级水体。
千岛湖景区总面积982平方公里,其中湖区面积573平方公里,因湖内拥有星罗棋布的1078个岛屿而得名。
其多个岛屿便为多个江心洲,通过开发建设,建成一些人文景观以吸引游客,例如好运岛和情人谷等。
2、3、1新安江水电站
新安江源出安徽省黄山西南麓。
西南流经休宁等地区,在黄山市临溪镇汇合率水之后始名新安江。
河水曲折东南流折向东。
新安江属山溪性常年河,含沙量少,清澈见底。
新安江水电站未建前,河床比降大,沿江多峡谷险滩。
新安江水电站主要建筑物有:
拦河大坝、发电厂房、升压站、开关站和水库。
坝中设有九个泄洪孔,工程按千年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核。
新安江水电站是新中国成立后依靠国内自己的力量勘测设计,制造设备和施工建设的第一座大型水力发电站。
也是华东电网水库调节容量最大的水电站,是钱塘江流域唯一具有多年调节容量的大型水库。
新安江水电站工程师国内已建电力工程中建设速度快、投资省、质量好、效益大的一项工程,担负着华东电网的调频、调峰和事故备用的责任,对降低电网内火电机组煤耗、提高供电质量、保障电网稳定安全经济运行,具有无可替代的地位和作用。
通过合理调度库水下泄流量,顶冲杭州湾涌潮,为杭州市自来水厂提供淡水资源,改善居民饮用水和工业用水质量。
千岛湖水位不超过108米超过106.5米泄洪,否则水电站会被水淹,满负荷发电会有危害。
1996年至今,一共泄洪七次,1966年第一次泄洪,也是唯一一次五个闸门防水。
2011.6.2开了三个闸门,一共放水33个小时,若放的水用来发电可以产生的经济效益为7000多万。
泄洪闸门530吨,此水电站泄洪为手动,其他的水电站为自动。
在此处,进行华东电网升压到22万伏,进行远距离输送,减少途中损失。
水电站的建立,对水文情势、局部气候、水质、水温、环境、各种生物、农业生态、区域经济、人群健康和旅游环境都产生了不同程度的影响。
水电站上游的水库的优势:
(1)水库使得下游水量年内分配均匀,与天然情况相比,增加了枯水期流量,减少了丰水期流量,提高了下游工业用水和农业灌溉水。
(2)水体对空气温度、湿度有调节作用,有利于各种植物的生长。
(3)由于水体的自净、讲解作用,水库水质有了较大改善,属于国家一类水体,不经过任何处理即可达到饮用水标准。
(4)水电站的兴建打破了水库移民的安置区的原有产业结构,形成了新的较为合理的农业生产结构,有利于区域经济的发展。
(5)千岛湖国家级风景名胜区的形成与发展极大地带动了当地旅游业的发展,取得了明显的经济、社会效益。
水库建设也对原有环境造成一定程度的不利影响。
(1)因为未开通船闸,阻航,严重影响了皖南、浙西等地的水上物资交流。
(2)由于电站水轮机进水口位于68米及72米高程,其水温较低,只有10℃,对下游渔业生产带来不利影响,尤其是回流产卵的鱼类减少。
(3)改变了下游水文条件,对原有的河流、地貌重新改道塑造,影响了水生生物的生物的生存环境。
就目前状况而言,新安江水电站的建设利大于弊
这两图为新安江水电站图
2、3、2千岛湖
水库是能拦截一定水量,起径流调节作用的蓄水区域。
一般是指河流上建设拦河闸坝后造成的人工蓄水工程。
天然湖、泊、洼、淀等可以拦蓄水量为开发水资源服务的,有时又称“天然水库”。
千岛湖是新安江水电站建立所形成的人工水库。
水库一般由拦河坝、输水建筑和溢洪道三部分组成。
千岛湖图
下图为在新安江水电站地区采取的水样
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
新安江水库
13.33
4690.68
4.18
新安江水坝渡船处
12.37
4616.62
3.59
千岛湖
10.43
4754.53
3.23
采集地点
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
新安江水库
3.12
1316.56
1591.75
新安江水坝渡船处
2.65
1269.66
1599.10
千岛湖
6.06
1290.89
1637.14
采集地点
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
新安江水库
3049.99
45.68
8.79
新安江水坝渡船处
3205.85
46.26
2.50
千岛湖
2824.35
45.80
9.32
通过对上图的对比分析可以发现,在新安江水电站的上游库区中的Al、Cu、K、Na的含量相对于下游的地区较大,但总的来说,水电站地区的Ca、K、Mg、Na这四种离子含量较多,是八大离子中的四种阳离子。
其余金属含量不是很高,水质较好。
2、4分水江水文站
分水江正源为天目溪,源出安徽省绩溪省荆州附近山区,东流穿经天目山峡谷入浙江省临安境内。
主河道折向南流称旦溪,南汇颊口溪,过昌化镇称天目溪。
至桐庐境内始名为分水江。
流域已建成水电站2座。
分水江水文站进行水文测验、测量,来获得水文基本资料,可以通过测量、计算知道降水量、水位、流速、流量等。
了解了水的供应,也就可以更好地对防洪起到指导性的作用。
对于流量而言,流量=过水断面面积*平均流速。
分水江水文站内部水尺
测速仪水位计
2、4、1关于流速、流量的测定
对于河流深度<1m的河段,采用一点法进行流速、流量的测定;通常测量流速的深度为0.6倍水深处,进而通过面积计算等方式,可以得出平均流速、平均流量。
V平均=V0.6
对于河流深度在1m~3m的河段,采用两点法或者是三点法进行流速、流量的测定;通常两点法定流速的深度为0.2倍水深处和0.8倍水深处,三点法定流速的深度为0.2倍水深处、0.6倍水深处和0.8倍水深处,进而通过面积计算等方式,可以得出平均流速、平均流量。
两点法:
V平均=(V0.2+V0.8)÷2,三点法:
V平均=(V0.2+V0.6+V0.8)÷3或者V平均=(V0.2+2V0.6+V0.8)÷4
对于河流深度>3m的河段,采用五点法进行流速、流量的测定;通常测定流速的深度为水面处、0.2倍水深处、0.6倍水深处、0.8倍水深处和河底,进而通过面积计算等方式,可以得出平均流速、平均流量。
V平均=(V0.0+3V0.2+3V0,6+2V0.8+V1.0)÷10
测速表格
2、4、2关于水文站
水文站在选取流量测速断面时,通常选取的是河道比较顺治的河段,无分流,且可以完全控制上游水面的断面,断面下游有岔道等地,在数值取用上,一般采取的是,四舍六入五凑偶。
在水文站附近和河段设有水尺,一共有九根,最靠近河岸处为第一根,每根水尺的高度大约为两米,但是每相邻两根水尺的高程差为一米,枯水期的最低水位的黄海高程为15、3米,因而就可以运用水尺之间的高度差,来测得此时水位。
水文站一般采取的是面积流速法来计算流量,采用电脑全自动控制,只要预先输入设定好的参数即可。
一般来说,会在河床转折处并相距10m处布设一条垂线来进行测量。
下表为在分水江水文站所取的水样测量数据
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
分水江水文站
3.49
6306.10
2.57
采集地点
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
分水江水文站
2.82
1889.27
2483.04
采集地点
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
分水江水文站
2666.74
76.24
0.05
由上表可以看出,该处的Cu、Zn的含量都较低,说明该处水质比较好,硬度相对不高,八大离子中的Ca、K、Mg、Na含量较多。
2、5地下水
广义地下水是指蓄存并运移与地表以下土壤和岩石空隙中的自然水;而狭义地下水则特指潜水面以下饱和带(饱水带)中岩石空隙中的重力水。
按岩土的贮水空隙差异可以分为:
孔隙水、裂隙水和岩溶水。
2、5、1灵栖洞
灵栖洞是石灰岩溶洞,为岩溶地貌,是在石灰岩地区有水的作用下所形成的,在观察溶洞的时候发现,沿着溶洞的壁有水流滴下,并且灵泉洞有自然形成的地下暗河,因而可以判断出该处的地下水类型为岩溶地下水,因为尽管有水流滴下,但是却并不是存在于坚硬岩石空隙中的。
下表为在灵栖洞的采取水样的数据
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
电导率(μs/cm)
灵泉洞外河
8.17
11416.24
1.74
34.8
灵泉洞内河
12.69
11320.89
1.79
35.2
灵泉洞内滴水
11.94
12180.57
0.83
41.3
清风洞
14.74
11803.16
1.33
51.2
采集地点
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
灵泉洞外河
0.63
735.10
2933.30
灵泉洞内河
0.21
666.99
3064.63
灵泉洞内滴水
1.57
1004.86
480.81
清风洞
0.87
3819.97
6008.63
采集地点
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
灵泉洞外河
1069.47
55.14
6.91
灵泉洞内河
966.89
52.53
1.82
灵泉洞内滴水
1191.41
68.89
<0.5ppb
清风洞
1455.30
83.07
3.19
有上表税局可以看出,灵栖洞由于水中含有离子较多,导电率较好;八大离子中的Ca、K、Mg、Na含量较多,Cu、Fe的含量较低,但是不同取水地点的差异较为明显,例如Fe的含量,在灵泉洞内的滴水中含量明显比灵泉洞内河含量高,Ca、Mg的含量差别也较大,但是总的来说,含量很好,硬度较大。
灵泉洞洞内的滴水样品的各个离子含量和别的样品含量有明显的差别,因而猜测,可能是由于空气等的作用,使得一部分离子离开水中,或者是由于岩石壁起到一种净化作用,使得洞内滴水的含量与别的样品含量显著不同。
2、5、2龙井泉、玉泉和虎跑泉
龙井泉、玉泉和虎跑泉为杭州三大名泉,三种泉水正好为不同的地下水类型。
(1)龙井泉—岩溶水
龙井泉的成因是大片石灰岩(船山组的石灰岩)的岩层倾向北东,与地形坡向趋近一致。
岩层层面裂隙及节理发育,成为补给泉水的导水通道。
泉出露位置位于南高峰向斜扬起端,恰好处于龙泓涧和九溪分水岭“丫”口的下方,地形上有利于水的汇集。
西南棋盘山集水面积较大,植被茂盛,有利于地表水渗补给地下水。
岩溶水的分布特征为:
ⅰ分布上的不均匀性。
ⅱ地下径流不稳定,透水性能各向异性,有时在同一水利系统得不同过水断面上,渗透系数、水力坡度、渗透流速都各部相同,层流和紊流并存。
另一方面还表现为岩溶水的水位和流量过程呈现强烈的季节变化。
ⅲ地表径流的地下径流的转化比较频繁。
(2)虎跑泉—裂隙水
虎跑泉的成因是是基岩裂隙泉,泉水出露地层为泥盆系石英砂。
泉水出露处北、西和西南三面环山,为一山间集水漏斗。
其所处地质构造部位为青龙山背斜东南翼近核部处,岩层向虎跑泉方向倾斜,层面裂隙及发育在石英砂岩中的北北东和北西西向节理成为有利于地下径流的通道。
此外,虎跑泉附近还有一条与岩层走向近于平行,沿东北方向延伸的断层,“滴翠崖”即为断层崖,它起了拦蓄地下水的作用。
裂隙水循构造节理系统、岩层层面和虎跑断层汇流,由于泉口下伏泥岩地层的隔水作用,迫使地下水在断层陡壁下涌出地面,从而导致了虎跑泉的形成。
由于石英砂岩化学性质稳定,该泉水质颇为纯净。
裂隙水的特征:
ⅰ裂隙水埋藏于分布极不均匀。
ⅱ裂隙水的水动力性质比较复杂,在流动过程中呈现明显的各向异性
ⅲ基岩裂隙的发育具有明显的分带性,通常由地表向下随着深度的增加,裂隙率迅速递减,裂隙水在垂直方向上的运动,亦存在分带现象。
(3)玉泉—孔隙水
玉泉的成因是从飞来峰、灵隐的山口到玉泉是一片倾斜、开阔的坡地、覆盖的疏散沉积物,由粗变细,为一古洪积扇。
玉泉处在洪积扇的前缘,接受的来水主要是灰岩山区的裂隙水,故该泉可成为喀斯特水补给的孔隙泉。
当周围山地的水顺着地势,沿着径流往下流动时,碰到洪积扇后部粗大沉积物时,大部分转为地下水,蓄积其中,由高处往扇前方汇流,到达扇前缘又遇阻水的细砂、泥质沉积物及一些粘土透镜体,迫使地下水面雍高,汩汩涌出地面。
孔隙水的特征:
ⅰ孔隙水的分布及水量相对比较均匀,连续性好,同一含水层内水力联系密切,具有统一的地下水面。
ⅱ孔隙水多呈层状分布,含水层的透水性、给水性等水理性质较裂隙水和岩溶水变化小,同一岩层中很少出现突变现象。
ⅲ孔隙水的运动大多属于层流运动,遵循达西定律。
ⅳ孔隙水的分布和运动受沉积物类型和地貌的控制。
一般根据沉积物的成因类型和地貌条件,分为山前倾斜平原孔隙水、河谷地区孔隙水、冲击平原孔隙水、山间盆地孔隙水、黄土地区孔隙水和沙漠地区孔隙水。
下表为在龙井泉地区的采样数据
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
龙井泉水
11.91
13427.96
0.92
采集地点
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
龙井泉水
0.65
1934.12
1527.80
采集地点
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
电导率(μs/cm)
龙井泉水
4613.77
81.57
11.28
64.2
由上表可以看出,该处泉水离子含量较多,导电率较好,但是取水当天下雨,所以测得值可能会受到一定的影响。
Ca的含量很高,所以其硬度很高,但是大多是暂时硬度。
八大离子中的Ca、K、Mg、Na含量较多,Cu、Fe的含量较低,因而总的来说水质不错,只要将水烧开,使得Ca发生沉淀,便可以使得硬度显著降低。
2、6地表水与地下水比较
主要取样的地表水地点为西湖地区、九溪十八涧,下表为地表水和地下水(龙井泉)的一个比较,因为三者距离比较近,因而对三者进行一个比较。
采集地点
Al(ppb)
Ca(ppb)
Cu(ppb)
西湖
36.85
6719.78
1.83
九溪十八涧
23.57
8831.70
1.04
龙井泉
4.51
14195.96
<0.5ppb
采集地点
Fe(ppb)
K(ppb)
Mg(ppb)
西湖
22.79
3000.60
2132.22
九溪十八涧
2.33
3715.74
2057.52
龙井泉
1.83
1703.17
1596.10
采集地点
Na(ppb)
Sr(ppb)
Zn(ppb)
西湖
6619.82
87.77
34.65
九溪十八涧
4666.77
76.36
13.22
龙井泉
4362.95
81.78
4.90
由上表可以看出,龙井泉地区,暂时硬度显著比较大,而其他离子的含量很少,这与泉水出露地表所发生的岩层过滤是分不开的。
而例如Zn、Fe等金属的含量比较低,说明除了泉水发生过过滤作用外,就是其受污染较小,九溪十八涧这些金属的含量也比西湖要低一些,因为九溪十八涧位于山上,虽有游客,但是人数相对西湖少,并且西湖位于杭州市市中心,因而受到的污染也就更多。
导致西湖的这些离子含量比较高。
3、结束语:
通过这次实习,对于地表水和地下水有了更为清楚、明白的认识,尤其是地下水的类型和特点更为印象深刻。
在参观水文站和水电站后,知道并了解了关于水文站和水电站的一些基本知识以及与水文相关联的只是。
尽管实习的时间不是很充裕,但是在这么短的时间了解了这么多知识,还是觉得也算是学的很充足了,再加上已经进行过这方面的课程的学习,因而,接受更为深一点的只是也觉得难度不大。
感谢***老师辛苦付出和悉心指导,谢谢您!
附:
水中金属离子测量以及以及方法
仪器名称:
全谱直读型等离子电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES)
仪器型号:
zcp710—ES
Zp0802Mo53
所测试的例子种类:
K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Sr
操作过程:
首先是取出一部分的样品(几毫升)通过一个过滤装置(一个过滤装置只能过滤一样品),再将过滤好的样品放在仪器上进行检测,之后便可以出现结果了。
参考文献:
1《浙江地区自然地理学野外实习报告书》(华东师范大学资环地理系编)
2XX百科
3《水文学》黄锡全主编高等教育出版社
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