水文地貌实习报告

湖北师范学院地理科学系水文与地貌学实习报告专业地理科学系班级1101班姓名学号实习地点宜昌三峡、三游洞实习日期2012.10.26——2012.10.29指导教师尹发能、葛绪广实习成绩批阅时间一、实习目的1、实地考察水文站，了解水文观测的常用方法，观察水文观测的操作方法，并在条件允许的情况下自己动手操作，以便对水文观测有更深的认识；2、通过对野外系列、典型的水文现象观察、认识、描述和分析，不仅获得感性认识，掌握野外工作方法和技能，同时加深对本专业所学根底理论、知识和方法的理解，培养学生专业性的思维与分析能力；3、通过对三峡大坝的实践学习对三峡大坝有更清晰的认识，了解更多书本上了解不到的知识，对三峡大坝有进一步的深思；4、在三游洞实地观察岩溶地貌，结合书本上的知识，了解岩溶地貌的生成；5、回忆使用地质罗盘仪，测量走向、倾向、倾角6、通过野外实践锻炼，了解团队协作的重要性，开阔眼界，激发专业兴趣。同时增强体质，适应野外工作环境二、实习内容第一站：宜昌水文站1.水文站的开展历程130年前，长江设立了宜昌海关水尺，从此宜昌有了水位记载。1946年3月，位于长江干流上中游交汇点宜昌滨江公园的宜昌水文站正式设立，主要开展收集水位、流量、含沙量、降水、水质监测等水文测验工程。宜昌水文站开始是由英国设来观测水位后来由孙中山扩大为水文站2、水文站的一些数据实线的倒三角形表示实测水位，虚线的倒三角形是可调查水位比拟有意义的水位数据54年8月7日的实测最大水位为55.73米81年7月19日葛洲坝建成遭遇洪水实测最大水位为55.38米96年9月4日实测的最大水位为55.92米98年实测最大水位为54米今年的目前实测水位为52米左右3、水位站的自动观测设备〔1〕水情自动测报系统系统结构水情自动遥测系统应用传感器、无线〔或有线〕通讯、计算机及遥测遥控等技术，在流域内实现实时水情、水资源信息自动数据采集、传输、处理入库等，为防汛指挥和水资源调度提供信息。系统由中心站、中继站、遥测站、通信信道及处理软件组成。水文遥测站遥测站由水情遥测终端机〔包括人工置数及数据现场显示功能〕、超短波电台、定向天线、天线避雷器、馈线、水位传感器、雨量传感器、蓄电池以及太阳能电池板等组成。水文遥测站组成如下列图：雨量遥测站本系统中，水文遥测站使用超短波信道进行通信方式。除了通信设备外，遥测站还需配置以下设备：水情遥测终端机〔包括人工置数及数据现场显示功能〕、水位传感器、雨量传感器、蓄电池以及太阳能电池板等。雨量遥测站组成如下列图：中继站中继站由水情遥测终端机〔中继机，包括人工置数及数据现场显示功能〕、通讯设备〔超短波电台、天线、馈线、同轴避雷器〕、电源系统〔太阳能电池板组、太阳能充电控制器、免维护电池〕及水位、雨量传感器等组成。中继站组成如下列图：应用软件应用软件系统采用了四层体系结构，如下列图：中心站提供如下的数据通信、处理、存贮、数据再现功能：遥测数据接收遥测数据处理遥测数据存贮数据维护下发命令数据统计及查询数据显示系统功能随时采集、接收系统内各测站监测数据对接收的水文参数进行解码、纠错、检错、分类、存储；并建立历史和实时数据库对越限参数进行告警按所需格式显示、打印水位、雨量及实时水位、雨量累积值显示以地图为背景的降雨值图和显示以地图为背景的实时水位图显示、打印各测站日雨量直方图及日水位过程图系统工作体制系统一般采用自报式工作体制，在此体制下，系统的无线遥测站通常处在低功耗状态，由遥测站设备控制，按照设定的时间间隔或在被测参数发生一个规定的增量〔降雨1个单位或水位变化1个单位〕时，自动向中心站发送实时水文数据，中心站的数据接收设备始终处于工作状态，这种体制省电，反映水文参数的自然过程，可靠性高，不会受外界的同频干扰。通信制式：无线超短波、短波、GSM、GPRS、卫星、有线调制方式：FSK〔移频键控〕副载频：空号频率1180Hz〔“0”码〕，传号频率980Hz〔“1”码〕编码：BCH编码〔生成多项式E5H〕传输速率：300、600bits/s传感器水位计浮子式格雷码/BCD压力式电流/电压超声波式电流/电压气泡式RS232雨量计翻斗式脉冲量多参数水质仪〔2〕翻斗式雨量传感器GPRS无线自动雨量站由翻斗式雨量传感器，雨量微电脑采集器和GPRS无线数传模块构成，雨量微电脑采集器具有雨量显示，自动记录，实时时钟，历史数据纪录，超限报警和数据通讯等功能。翻斗式雨量传感器得到的雨量电信号传输到雨量微电脑采集器，雨量微电脑采集器将采集到的雨量值通过RS232串口传输给GPRS数传模块，再传送给数据中心计算机。突出特性全自动，野外工作结构紧凑，即插即用微功耗，无需市电高可靠性，免日常维护支持多种通讯方式;超大容量存储;高性能价格比〔3〕气泡式自动水位观测仪将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体，压力传感器即可测出管内气体压力，此值与管子末端以上水头成正比，通过记录系统转换成水位。该仪器的压力传感器不直接与水体接触，可不建测井，特别适用水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。智能气泡水位计主要用于水文站水位观测点不便建井或建井费用昂贵的地区，如水利水文、水库、水资源、中小河流、水利发电调压井水位、水电厂库容调度、大坝上下游、海洋、地下水水位、石油、化工、煤矿、污水处理厂、水厂以及大坝测压管水位等监测。产品特点：具有无需建测井，安装，维护方便，操作灵活，运行稳定可靠，精度高等特点，是监测系统中的最理想的无人值守的水位监测仪器。〔4〕测量产品实现过程控制流程水位测量长江水位〔宜昌段〕分为高水位〔48.5米以上〕，中水位〔43米~48.5米)，低水位〔39米~43米〕，枯水位〔39米以下〕，当然不同的水文断面有不同的水位标准；水位测量以及其它水文要素的测量需要用到专业的测量船，而测量船是用一根长980米粗37毫米的缆绳固定和调动的；一般水位测量分为人工读数〔在量水堰体上安装的水尺上直接读取水位〕和机器测量〔用安装在探井上的水位计观测水位〕，今年8月份，宜昌水文站首次运用自动化度数。还有水位计，例如：数字式水位计、气泡式水位仪、超声波式水位计、压力式水位计。流速的测量通常有三种人工操作方法：第一、常规法〔11线2点法〕：在断面上游11条垂线，每条垂线进行2点法测量〔在相对水深的地方测量〕；第二、精密测量：精密测量每年进行两次，25条垂线，每条垂线进行5点法〔0.0m水位线、0.2m水位线、0.6m水位线、0.8m水位线和1.0m水位线〕；第三、简测法：一线一点法注：Ⅰ、宜昌水文站使用的是DS3流速仪。Ⅱ、〔垂线的选择〕根本河槽较河滩多设测速垂线，在断面地形有剧烈转折和流速有显著变Ⅳ化的地方应多设测速垂线。测速垂线选好后，在每根测速垂线上选择测点测定流速。我们所带去的仪器叫做浮标流速仪。流量的测量宜昌水文站常用的是ADCP仪器〔分为走航式和水平式〕进行流量的在线监测。泥沙的测量采取水样：用采样器在预先设定好的垂线和测点上取泥水样，取样时应同时观测水位及取样处的水深，并测定取样垂线的起点距。取水样可与测流同时进行。泥水样处理：泥水样处理有过滤法和比重瓶法两种。第二站上船实地考察测泥沙量的各种仪器测定水体中泥沙含量及其颗粒直径的仪器。主要指用在河流中采集试样的悬移质采样器、推移质采样器、河床质采样器和在室内分析计量、推求含沙量及其粒径的测试仪器。另外还需要强调一点的是，根据泥沙的分类〔悬移质、推移质、床沙〕，泥沙采样器进行了分类。〔1〕悬移质采样器是用以采集河流悬移质水样的仪器。常用的有瞬时式和积时式两类。①瞬时式采样器，主要是横式采样器。取样筒由薄壁钢管制成，容积0.5～2.0升，两端有盖，盖缘装有拉力弹簧。采样时，张开筒盖，水流从筒中流过，然后操纵开关，借弹簧拉力将筒盖关闭，采集水样。这种仪器结构简单，适用范围广。缺点是受泥沙脉动影响严重，单点取样成果的代表性差。②积时式采样器，有积点式和积深式两种。积点式采样器是在测点上吸取水样，测定某一时段内平均含沙量的仪器，器内有水样仓和调压仓，两者用连通管连接，仪器入水后，调压仓内进水，空气受压缩使采样器内外静水压力相平衡，以保持仪器取样时进水管内流速与天然流速一致。积深式采样器是一种沿垂线连续吸取水样，测定垂线平均含沙量的仪器，适用于浅水河流取样。取样时，要求仪器提放速度均匀并小于垂线平均流速的三分之一。〔2〕推移质采样器是采集河流推移质沙样，测定单位宽度的推移质输沙率的仪器。其型式有两种：①网式推移质采样器，用于卵石推移质测验，其底部为铁丝圆环编成的软网，能较好地适应河底地形的起伏变化。②压差式推移质采样器，仪器身向后扩散，利用出水口面积大于进水口面积所形成的负压，可以调节仪器进口流速使其与天然流速接近。中国属于这类仪器的有“长江78型”沙质推移质采样器。该仪器器身前部上方装有加重铅块，尾部装有浮筒，仪器在水下的重心位于前半部，因而使仪器口门在复杂的床面上能较好的伏贴河床。仪器口门底部安有护板，护板前沿作成向前倾斜的刀口形，当仪器放置在床面时，刀口插入河床，可以防止取样时在口门处形成淘刷坑。〔3〕河床质采样器是采集床面或床面以下一定深度内泥沙样品的仪器。其型式有拖曳式〔如拖沙筒等〕、挖掘式〔如挖斗式采样器等〕和钻式(如活塞式采样器等)三类，主要用于采集粒径在10毫米以下的砾石和粗、细沙样品。①拖沙筒是由一具有锐缘的圆筒和系于筒上的拖绳构成。筒的末端装有可以卸取的盛样瓶，使圆筒平卧河底，拖曳取样。拖绳上附有重球，用以改善取样效果。②挖斗式采样器由挖斗、限定挖斗位置的卡爪以及铅鱼壳体等局部组成。采样器下放到河底时，位于铅鱼底部的接触杆抬升，使挖斗的限位卡爪松开，随后收绞起重索，借仪器自重带动挖斗翻转取样。③活塞式采样器，取样时将圆筒〔管〕压入河床，随着样品进入管内，使管内活塞上升，借活塞移动所形成的局部真空，可以使样品维持在筒内不致漏失。〔4〕同位素测沙仪应用放射性穿透的原理制造的、能直接在河流中测定悬移质含沙量的仪器，泥沙颗粒分析仪器是测定泥沙样品的粒径及各粒径组的沙重占样品总重百分比的设备。主要仪器有：①分析筛，由一组具有各种不同孔径的筛子组成，按筛孔孔径大小自上而下相互套合叠放。它适用于分析粒径为0.1～100毫米的沙、砾和卵石样品。②粒径计，是一长110厘米、内径4.0厘米的玻璃管，用于分析粒径为0.05～0.5毫米的泥沙样品。与粒径计相类似的分析设备,尚有管径为2.1～10.0厘米,管长为120～180厘米的各种尺寸的可见积累管，用于分析粒径为0.05～2.0毫米的粗、细沙。③吸管分析设备,适用于粒径小于0.1毫米及浓度为0.3～2.0%的泥沙颗粒分析。④消光法分析仪，仪器由光学系统、沉降盒和记录显示仪等局部组成。一般适于分析粒径小于0.05毫米和含量为0.05～0.1%的泥沙样品。第三站三峡大坝一、三峡大坝对河流水文要素的影响〔1〕对含沙量的影响：由于三峡水库采取清水下泄，导致下游河水含沙量逐年减少，河水在运动过程中对两岸以及河床的冲刷，宜昌流域河床被冲刷7米，导致其河床直接裸露成礁板河床。在水文站下游的胭脂坝进行“护底加糙”工程。在2009年、2010年和2011年没有测到推移质卵石。⑵三峡大坝①建坝经过：三峡工程施工总工期分三期进行，一期方案五年完成，从1992年到1997年底，以大江截流为完成标志；二期工程安排六年，以2003年大坝下闸围堰期蓄水、船闸试通航和第一批机组发电并网为完成标志；三期工程安排六年，到了2009年全部竣工，总工期为17年。②坝体有关情况：水坝大致分为重力坝、拱坝、土石坝、面板坝等等，而三峡大坝属于重力坝。三峡枢纽工程由拦江大坝、水电站和通航建筑物组成：拦江大坝的坝型为混泥土重力坝，全长2309.5米，坝顶高程185米。三峡水电站采用坝后式厂房形式，其中左岸装机14台，右岸装机12台，共装机26台。单机容量为70万千瓦，总容量1820万千瓦。③关于五级船闸通航建筑物包括双线五级船闸和一线垂直升船机各一座，五级船闸闸门长280m，宽34m，厚3m，重850吨，船闸年单向通过能力5000万吨，在船闸建成后原计划30年通航一亿吨，在2003年就完成这个指标。一级船闸水位62米，五级为175米，该船闸将在明年2月份停航进行检修。船闸分为南北两闸，分别负责上游到下游和下游到上游。闸门闭合后成“人字形”。由于船通过五级船闸要花3个多小时，为了提高效率，方案在2015年修筑垂直升船机，其高113米，能大大提高通航效率。二、水库建设带来的正、反面影响第一、正面影响：它的益处最主要集中在防洪、发电和航运等方面。三峡工程可以防洪，非常有效控制洪水。中国是非常典型的东南季风气候，降雨分布非常不均匀，长江从宜宾到武汉也是地上河，过去两千年的统计不到十年发一次洪灾,三峡工程修建以后，可以非常有效提高低游的防洪标准，而且还可以有效地延缓河流淤积。三峡大坝建成后和葛洲坝的年均总发电量将到达1050亿度，假设每度电价0.1元，那么年度创现值105亿元，假设每度电创产值5元那么每年可为国家增创产值5250亿元，三峡水电站地处我国腹地，至全国各大负荷中心的输电距离均约在1000公里内，是未来全国各大电网联网中心。电网联网后，既可与全国的火。水、核电互补，又能大大提高电网运行质量和效益。因此，三峡水电站，将是我国未来的电力调度中心。三峡工程还有效改善了某些河段的航运情况。660公里的宜宾-重庆江段落差很大，有滩险一百多处，单航段几十处，重载货轮需牵引段也有好几处，年单向航运能力缺乏1000万吨。而三峡大坝建成后，将淹没所有险滩、单航段和牵引段，航道扩宽很多，万吨级船队将通江达海，航运本钱可以大大降低，年单向航运能力将超过5000万吨。横贯华东、西部黄金水道的形成，对开展和繁荣长江两岸至沿海地区经济，是非常有利的。另外三峡大坝的修筑对水产养殖、环境等方面也有很多益处。第二、负面影响：三峡水库淹没了古老的城市和文化遗产，还迫使库区农民搬迁到人口更加密集的沿江坡地上。水污染问题十分严重。由于江水被大坝阻拦，农业残留物、生活及工业污染物无法水流而下排入大海，而是倒灌回水库，使得库区水体污染不断加重，并导致库区的长江支流出现“水华”现在。产生关于泥沙的问题。长江每年要携带5亿立方米的泥沙进入三峡，但其中大局部都无法排出去，水库因此将出现淤塞，三峡大坝进而有可能垮塌。工程师在大坝底部设计了23道闸门用于在汛期冲走泥沙。据他们估计，该系统可保证三峡水库在今后一个世纪维持90%甚至更高的库容。但事实上是，泥沙淤积的速度高过了蓄水；大坝两侧山体严重滑坡，大量泥沙淤积于大坝内，大坝的蓄水能力与日剧减。而在长江中、下游地区，泥沙淤积状况的变化那么会产生另外的问题，随着水中沉淀物的减少，阳光可以照到更深的水中，进而促使下层的藻类滋生，影响航道的平安；与此同时，大坝影响泥沙流向下游，使包括上海地区在内的长江入海口收缩，海洋的咸水正在倒灌入内陆。大坝的建立对当地的地基产生影响，产生滑坡危险和地震灾害。第四站三游洞有关岩溶地貌〔1〕岩溶地貌类型喀斯特地貌可分为地表和地下两种根本类型。常见的地表喀斯特地貌有：溶沟、石芽、石林、落水洞、漏斗、溶蚀洼地、喀斯特盆地、干谷、盲谷、峰丛、峰林和孤峰等不同形态。在温暖湿润的气候条件下，地表水沿着石灰岩地面流动，顺着节理、裂隙进行溶蚀，形成宽浅不一的溶蚀沟槽，称为溶沟。溶沟一般宽可从十几厘米到几米，深可达1米以上，长度不等，溶沟之间突起的脊、柱称为石芽。石芽的高度不等，可从数十厘米到数米。石芽除露出地面的，还有埋在地下的，是由地下水在下渗过程中溶蚀而成。发育在厚层石灰岩中的高大石芽，其间有平行的垂直溶沟、沟深坡陡，形似森林，故名石林，如我国云南的路南石林。〔2〕落水洞类型地表水沿着岩层裂隙垂直向下溶蚀，并有塌陷发生，成为地表水流向地下河或地下溶洞的垂直通道，称之为落水洞。按其形态特征可分为裂隙状落水洞、竖井状落水洞和漏斗状落水洞等。溶沟与石芽一般落水洞的洞口直径为7—10米左右，深度为10—30米左右，最深可达百米以上。〔3〕漏斗在被溶蚀的石灰岩地表常可见到一种平面轮廓为圆形、椭圆形，直径数十米，深数米至十几米的漏斗状凹地，称为漏斗。漏斗下部常有管道通往地下，地表水沿此管道下流，如通道被粘土碎石堵塞，常积水成池。按其成因可分为溶蚀漏斗、沉陷漏斗和塌陷漏斗。漏斗是喀斯特发育初期的产物，它是喀斯特地下水垂直循环作用的结果，所以漏斗多分布在喀斯特地貌高原面上。例如宜昌的山地平面上，漏斗很发育，落水洞和溶蚀洼等负地形也很多，平均每平方公里达30多个。漏斗再进一步溶蚀扩大就成为溶蚀洼地。溶蚀洼地底部如果被红土和其它风化物覆盖，其底部的漏斗、落水洞等流水通道被堵，积水成为喀斯特湖。〔4〕盆地溶蚀洼地进一步扩展形成宽坦的盆地，宽度可达数百米至数公里，长度达几十公里，称为喀斯特盆地。南斯拉夫学者J.司威治最早称这种地形为坡立谷，原意为可耕种的平地，现已成国际通用术语。盆地的边坡陡峭，底部平坦，常被残留的棕黄色粘土、红色粘土及河流冲积物所覆盖。一些溶蚀残丘、孤峰、峰林常常耸立在盆地边缘或排列在河谷两侧，著名的桂林山水就是这种奇特的喀斯特景观。在石灰岩地区，河流常沿裂隙、孔洞下渗，使河床无水而成为干谷。有时河流从某一陡坎的洞中涌出，从地下流出地面，然后流一段之后又从落水洞流入地下，这种上下游封闭的河谷称为盲谷，河流转入地下称为伏流，如贵阳市西南红水河支流涟水，在地表时隐时现，出现屡次伏流。在喀斯特盆地的边缘广泛发育着峰林地貌，主要由峰丛，峰林、孤峰和溶丘组成，它们多发育在岩性较纯、厚度较大并多节理、断层的地区。峰丛主要发育在碳酸岩山地或高原边缘地区，其特点是基座相连，山峰陡峭，是峰林地貌发育的早期阶段。当喀斯特地貌进一步开展，那么形成基座别离的陡峭山峰，远望如林，称为峰林，我国广西的桂林、阳朔等地为典型代表。〔5〕喀斯特发育的晚期阶段，是多数峰林已被溶成残丘平地，只有少数较高山峰零星孤立地耸立在平原之中，称为孤峰，相对高度可达50—100米，如桂林的独秀峰、伏波岩等。在石灰岩地区，地表以下的喀斯特地貌形态十分复杂，主要包括溶洞和地下河。地下水沿着可溶性岩层层面、节理和断层裂隙等进行溶蚀形成的地下洞室叫做溶洞。地下水在岩层中顺着细窄的缝隙流动缓慢，溶蚀很慢，随着裂隙扩大，地下水循环流动加速，不仅溶蚀作用加强，而且机械侵蚀作用也随之加强，并产生重力崩塌等作用，使溶洞迅速加大。溶洞规模大小差异悬殊，形态各异。根据洞穴的剖面形态可分为：水平状、管道状、阶梯状、袋状、多层状和大厅状等。这些形态各异的溶洞的形成是与地下水的动态和地质构造有关的。受岩层产状和地质构造影响，溶洞可能呈现倾斜状。如果地壳间歇性抬升，或地下水呈阶段性下降，那么可能出现多层状、阶梯状溶洞。〔6〕在溶洞发育过程中不断地进行化学、生物的沉积和物理风化碎屑物的堆积以及崩塌堆积等过程。①化学堆积：主要是溶洞内CaCO3的淀积，饱含碳酸氢钙的水溶液沿岩层缝隙渗入洞内，由于压力降低和温度升高，使水中的CO2逸出，局部CaCO3重新沉淀，由于沉积条件的不同而形成各种奇形怪状。从洞顶壁自上而下增长的形如乳房似的悬垂体称为钟乳石；滴落于洞底自下而上不断增长的CaCO3沉积物，形似竹笋，故名石笋；钟乳石和石笋从上下两个方向相对生长连结成柱状，称为石柱，如贵州镇宁犀牛洞内的石柱高达27米之多。当水溶液顺洞壁漫流时使CaCO3沿洞壁沉淀形成帷幕状堆积，称为石幔或石帘，高度可达数十米，外表具湾曲流纹，形如瀑布飞流，气势磅礴。②碎屑堆积：包括河流沉积、湖泊沉积和崩塌堆积。有的溶洞底部有地下河，形成洞内河流相砂、砾石沉积。还有的洞与地上河流相通，可把地表河床物质带入洞内堆积。有的溶洞底部是地下湖，可形成极薄层理粘土、粉砂沉积。在周口店龙骨山的古代充填溶洞中挖出大群巴鱼化石，说明当时的溶洞是与外界相通的很大的暗河。洞顶和洞壁崩落下来的棱角状石块，常与洞底的石灰华、风化粘土等混杂并胶结成砾岩。③生物堆积：有些溶洞中常见有较多的动物