寒区水文野外观测方法

《水科学前沿丛书》出版说明

序

前言

第1章寒区流域气象观测1

1.1流域气象站布设原则及监测要素1

1.1.1布设原则1

1.1.2观测要素2

1.1.3地面气象观测场2

1.1.4自动气象站4

1.2降水9

1.2.1单点观测仪器及方法9

1.2.2雨量筒观测误差及校正20

1.2.3雷达降水观测25

1.2.4降水空间分布及插值方法27

1.2.5固液态降水分离29

1.3气温和相对湿度32

1.3.1气温32

1.3.2相对湿度、水汽压及饱和水汽压33

1.3.3露点温度34

1.4蒸发、蒸腾及蒸散发36

1.4.1概念36

1.4.2蒸发力37

1.4.3土壤蒸发量42

1.4.4蒸腾量44

1.4.5蒸散发量45

1.5风速及风向53

1.5.1常用观测仪器53

1.5.2目测风向、风速的方法55

1.5.3寒区流域风速、风向插值方法55

1.6气压58

1.7云量及日照时数59

1.7.1云量59

1.7.2总云量遥感数据产品推荐59

1.7.3日照时数60

1.8太阳辐射61

1.8.1气象站常规观测61

1.8.2辐射自动传感器62

1.8.3高寒区总辐射估算方法63

1.9寒区大气降尘64

1.10高寒区可用遥感气象资料及评估65

1.10.1降水65

1.10.2寒区水循环变量卫星遥感71

1.10.3寒区生态卫星遥感73

1.10.4水循环航空遥感73

1.10.5流域地面观测新自动技术76

1.11寒区自动气象站安装及维护经验77

1.11.1供电系统77

1.11.2CR系列数采仪不能连接的解决方法81

1.11.3称重传感器的误差校准92

1.11.4其他93

参考文献93

第2章冰川水文103

2.1冰川物质平衡观测104

2.1.1冰川流域降水观测特殊说明105

2.1.2冰面气象站特殊监测要素及塔架安装105

2.1.3冰雪蒸发/升华观测107

2.1.4消融观测及估算方法108

2.2冰川运动115

2.2.1冰川运动对物质平衡监测的影响115

2.2.2冰川表面运动测量方法116

2.2.3冰川表面运动速度测量117

2.3冰川面积119

2.4冰川厚度及体积119

2.4.1冰川厚度120

2.4.2冰川体积120

2.5冰川融水径流及汇流途径121

2.5.1冰面融水径流121

2.5.2冰川汇流122

2.5.3冰川末端径流124

参考文献125

第3章雪水文129

3.1降雪130

3.2积雪基本要素130

3.2.1雪深131

3.2.2密度134

3.2.3含水量135

3.2.4雪水当量136

3.2.5雪温137

3.2.6积雪日定义及探讨137

3.2.7积雪面积138

3.2.8反照率141

3.2.9积雪导热系数142

3.3风吹雪143

3.3.1观测方法144

3.3.2估算方法145

3.4积雪变质过程146

3.5积雪升华147

3.6积雪消融过程148

3.7融雪径流149

3.8积雪消融及径流模型150

3.8.1度日因子法150

3.8.2物质平衡法150

3.8.3能量平衡法及积雪特色150

3.9雪水文观测计划及共享资料简介153

参考文献154

第4章冻土水文158

4.1冻土—植被—大气能水平衡158

4.2未冻结土壤基本物理性质159

4.2.1环刀原状土参数测量159

4.2.2土壤饱和导水率161

4.2.3土壤颗粒组分163

4.3冻土热特性参数164

4.3.1地温164

4.3.2冻结深度168

4.3.3地热通量170

4.3.4冻土导热系数170

4.4冻土水分特性参数174

4.4.1冻土含水量174

4.4.2土壤水势及水分特征曲线177

4.4.3冻土导水率181

4.5冻土地区产汇流过程182

4.5.1径流场182

4.5.2小流域183

4.6蒸散发185

4.7地下冰186

4.8冻结层下水187

参考文献187

第5章寒漠水文190

5.1寒漠带的形成条件及空间分布190

5.1.1形成条件190

5.1.2空间分布191

5.2寒漠带下垫面特性193

5.2.1土壤193

5.2.2植被196

5.2.3微生物198

5.3降水198

5.4蒸发200

5.5凝结202

5.6入渗204

5.7产汇流过程204

5.7.1观测方法204

5.7.2暴雨主产流区地位205

5.7.3径流年内变化206

5.7.4特殊的冻土水文过程207

5.8地下水207

5.9观测困难与缺陷208

参考文献209

第6章寒区灌丛水文213

6.1降水截留214

6.1.1林外降雨量214

6.1.2穿透雨214

6.1.3树干茎流量216

6.1.4灌丛茎干集流率217

6.1.5枯落物截留实验观测218

6.1.6灌丛冠层最大截留容量220

6.1.7降水截留模型222

6.2样地和植被参数226

6.2.1样地布设及观测方法226

6.2.2叶面积指数227

6.3灌丛蒸散发230

6.3.1蒸腾230

6.3.2蒸散发231

6.4灌丛土壤参数获取233

6.4.1土壤水分参数233

6.4.2土壤饱和入渗速率233

6.5灌丛根际区水分再分配234

6.5.1大孔隙流观测方法介绍234

6.5.2染色示踪法234

6.6灌丛产汇流观测235

6.6.1天然坡面径流场235

6.6.2人工径流小区235

参考文献236

第7章寒区森林水文241

7.1观测场布设及观测指标242

7.1.1观测场布设242

7.1.2观测指标243

7.2降水截留247

7.2.1降水量247

7.2.2穿透雨量247

7.2.3树干茎流247

7.2.4冠层最大持水能力249

7.2.5截留模型252

7.2.6林下植被截留观测253

7.2.7枯枝落叶层及苔藓层253

7.3森林土壤参数获取253

7.3.1森林土壤物理化学性质253

7.3.2森林凋落物分解速率253

7.3.3森林土壤有机碳观测254

7.4森林蒸散发观测255

7.4.1单木树干液流量255

7.4.2林分蒸散发观测257

7.4.3多林分蒸散发观测258

7.4.4同位素示踪法258

7.5森林径流观测262

7.5.1人工径流场262

7.5.2壤中流262

7.5.3地下水263

7.5.4小流域与集水区地表径流观测263

7.6生态参数获取263

7.6.1叶面积指数263

7.6.2物候265

参考文献265

第8章河道径流观测270

8.1寒区径流观测困难与缺陷270

8.2观测方法272

8.2.1浮标法272

8.2.2溶液法272

8.2.3容积法274

8.2.4量水堰274

8.2.5断面法274

8.2.6常见流速仪简介279

8.2.7冻结期测流方法282

8.3河冰284

8.3.1观测断面布设284

8.3.2观测项目284

8.3.3监测方法286

8.4基流286

8.5泥沙287

8.5.1河流泥沙量的概念288

8.5.2悬移质泥沙测量288

8.5.3断面输沙率测量288

8.5.4推移质测量288

8.6水文断面维护289

8.7流量整编方法简介290

参考文献290

第9章地下水292

9.1多年冻土区的地下水292

9.1.1冻土层上水292

9.1.2冻土层中水293

9.1.3冻土层下水293

9.2地下水动态监测293

9.2.1监测网布设294

9.2.2地下水水位和水温监测294

9.2.3地下水水质监测294

参考文献296

第10章寒区野外工作安全事项297

10.1野外工作前的准备297

10.2野外工作常规注意事项298

10.3野外营地299

10.3.1借住民房299

10.3.2搭建营地299

10.4山区300

10.5林区300

10.6高原地区300

10.7沼泽地区301

10.8徒步涉水渡河301

参考文献301

受全球变暖影响，寒区成为了当今水文、生态和大气等学科研究的前沿阵地。中国寒区水文研究亟须全面、同步和长期的观测数据，《寒区水文野外观测方法》主要介绍了寒区水文野外观测经验与方法。按照寒区水文分支学科，从寒区水文学角度，描述了寒区气象、冰川水文、积雪水文、冻土水文、寒漠带水文、高寒灌丛水文、森林水文、河川径流和地下水等的野外试验及观测方法，最后介绍了寒区野外安全工作注意事项。