9.研究水文为家乡合理利用水资源提供科学依据
在我们伟大的祖国,几乎到处都有河流、湖泊、地下水的分布。它 们对于人们的生产、生活有着密切的关系,因此对于河流等水文状况的 观测和研究,当然就成为乡土地理不可残缺的部分。但这里主要是谈河 流和地下水的研究问题。 一、乡土小河的研究 我国的大河一般都由国家的专门机构进行调查和研究,但他们对那 些蜘蛛网般分布在全国各地的小河却缺乏较详细的水文资料,这就为我 们学校乡土地理提供了研究的课题。 研究河流的水文项目是很多的,但我们可以选择一些重要的项目来 进行。譬如可以测量河流的宽度和深度,流速和流量,计算河水的含沙 量,观测水位的变化,调查小河的利用情况等。现分述如下: (一)怎样测量河流的宽度 测量河流宽度的方法很多,在不同情况下,可以采用不同的方法。 如果河流的宽度不超过 50 米,那么最简便也最精确的方法是用皮尺直接 来量,但必须把皮尺拉过河,因此最好在桥上来测量。测量时,要注意 将皮尺拉直。如果河流较宽就可以利用一种简易的设备——直角器(图 50)来测量。直角器完全可以自己来做,而且不需要什么材料,只要取 两根长 30 厘米、宽 5 厘米平直而刨光的木条,把它们合在一起成十字形 (使两木条合起时,同在一个平面上),再取一根长 110—130 厘米、直 径约 2 厘米的圆木条作为支柱,把下端削尖,包以铁皮。再在十字形板 条上,画出通过木条中心的两根垂直线,并相交于十字形板条中心。无 论如何,必须使四个角都成直角。在线条的四个端点各插一个大头针, 大头针必须直立,不能有丝毫倾斜。 这样,直角器就算做成了。此外,再准备一两根花竿,因为它在利 用直角器测量时是不可缺少的。 图 50 直角器 当我们利用直角器测量河流宽度时,首先要选择河对岸的一个目 标,譬如一棵小树 A(图 51),然后在这一边河岸上插上一根花竿 B,要 使花竿和小树同在一条直线上。再用直角器瞄准花竿,测出 AB 的垂线 BC,再瞄准直角器上的 1、4 小针,看是否与小树 A 同在一条直线上,如 不在,则需移动直角器,直到使 1、4 小针与 A 同在一条直线为止,则找 到了 D 点。这样,∠ADB 等于 45°,而三角形 ABD 就成为等腰三角形。 其中 AB=BD,这样,只要用皮尺量出 BD 之长,就得到河流宽度 AB 之长了。 (二)怎样测量河流的深度 测量河流的深度比较容易,只需要用一根竹竿,在竿子上划上厘米 刻度,从末端开始划上厘米分度(竹竿底部要安装一个小圆盘,以免竿 子插进河底泥沙里去)。带着这根竹竿乘小船渡河,将竿子垂直地插入 水底,水平面上竿子的刻度,就是该河该处的深度。 图 51 测量河流的宽度 (三)怎样观测水位的变化 观测水位的意义很大,掌握河港、沟渠的水位涨落资料,有利于安 排灌溉、发电、航运、养殖等事业。有利于筑路施工和房屋的建造。尤 其在汛期,更要有及时可靠的水位观测,充分掌握水情,可以保证防汛 安全。 观测水位,可事先在水边设立一根水尺,水尺一般可以用长 1.5—2 米,宽 10—15 厘米,厚 3—5 厘米的木板,用油漆在板上刻划出米、分 米、厘米等刻度和数字(图 52),然后将水尺钉在木桩上,把木桩打在 河岸边。水尺的零点应在常年最低水位以下 0.5 米或更多一点的地方, 而水尺的最高点应当高出最高水位以上 1—2 米。 观测时间最好在每日上午 8 时进行。汛期水位变化较大,应在下午 8 时加测一次。暴雨后,河港沟渠涨水时,应当注意加测,估计水尺每上 升 0.1—0.5 米就要观测一次,同时应记录观测时间;洪水下落时,也要 这样观测,一直到洪水消退为止。观测时,人应蹲下,使视线尽可能地 接近水面,观测水面切在水尺上的刻度,就可知道水位涨落的情况了。 如果有风浪时,要把一个波浪的波顶和波底切在水尺上。最大和最小的 刻度都要读下,而后记下平均数。例如波顶在水尺上的读数是 0.28 米, 波底在水尺上的读数是 0.24 米,则平均数为 0.26 米。此外在每月每年 终了时,要统计一月内及一年内所发生的最高和最低水位,以及每月和 每年的平均水位。 图 52 水尺安置位置 以上仅限于观测本地点的水位变化,因此没有测定水准点的,在观 测水位变化时必须及时记录,并要妥为保存以便查用。
(四)怎样测定流速和流量 河水流行的速度叫流速。它表示每一单位时间内水淌过多少距离。 它与计算自行车和汽车的车速一样。例如自行车每小时行 20 公里,这就 是它的车速。而流速在习惯上是以每秒多少米(米/秒)来计算的。 在一定时间内流过河道某一横断面的水量叫流量。流量通常用立方 米/秒来表示。 为什么要测量流量呢?流量测定的用途是多方面的。首先,在兴修 水利方面,为了除水害、兴水利,就要知道洪水内涝发生在什么地方, 害处究竟有多大?经过治理,自然界可以利用的水资源究竟有多少?这 就必须根据河流的水文测验资料来决定。在观测资料中,除了降水量、 水位以外,流量最为重要。有了流量资料,就可以知道哪条河水量多, 哪条河水量少?全年有多少水?什么时候水多,什么时候水少?水多到 什么程度,少到什么程度?然后才能决定各种防洪、蓄水、灌溉、航运、 排涝、发电等水利工程应做在什么地方和设计怎样的渠道及建筑物。为 了合理的运用和管理已建的水库、闸坝,也必须掌握流量资料。其次, 在农业生产上,也必须要有流量资料才能决定水量够不够用,如何在灌 区渠系间合理分配水量,以达到计划用水的目的,既能使农田丰产,又 能经济用水。由此看来,在那些缺乏水文资料的地方,当地中学生通过 对河流流量观测等的乡土地理研究,为家乡获得科学的水文资料,其意 义是多么重大啊! 要测定河流流量的大小,首先要测定河流断面的面积和流速。河流 断面面积的测量方法是这样的:先确定断面的位置,在测流断面的两岸 各打一根木桩(图 53),在两根木桩间拉紧一条带有分度(50 厘米或 1 米)的绳子,然后坐船或涉水沿着绳索自断面一岸的水边开始用刻有分 度的竹竿,每隔 0.5 米或 1 米测量一次水深,一直到对岸的水边为止。 要注意,为了防止错误,在每一测深位置上,要测量两次。如两次结果 相差很大,还要测第三次;如两次结果相差不大,则求出平均数作为该 位置的正式深度。深度测量结束后,要把所有测出的深度加起来,用测 量的次数去除(即测深位置的数目),算出河流的平均深度,再用平均 深度乘上河流的宽度,即得出水流断面面积的近似值。例如河宽 5.5 米, 平均深度为 0.5 米,水流断面面积=5.5 米×0.5 米=2.75 平方米。 图 53 水面浮标法 水流断面测好后,就可进行流速流量的测量了。测量流速的方法很 多,最简便而又容易做的是水面浮标法。即在测流断面上游和下游距离 相等的地方(如距测流断面 5 米处)各设一个照准线。照准线可以用木 桩固定,在河流的两岸上测量时,再用四根竹竿分别标在上、下照准线 的木桩旁,以便把照准线的位置明显地表示出来。准备 10 个浮标,浮标 可用厚 2—3 厘米、直径 10 厘米的圆木片做。参加测量流量的学生最好 五人一组,第一个人站在上照准线以上 3 米的地方(即投掷浮标的起点) 拿着准备好的全部浮标。第二人站在上照准线那里当一个信号手,他主 要担负发出当浮标到达上照准线那一霎那的信号任务。在下照准线处, 也站着一个信号手,他担负发出浮标到达下照准线信号的任务。在下照 准信号手的两旁各站一个人,其中一人拿着计时器,另一人拿着记录簿 准备记录。当一切布置停当后,站在上照准线以上的人,把第一个浮标 投掷在河中央水流最快的地方。站在上照准线的信号手注视着游来的浮 标。当浮标到达上照准线的那一霎那发出信号(最好挥动旗子作信号)。 站在下照准线拿计时器的人,见到信号立即开动计时器。站在下照准线 的信号手视线要始终不离开顺流而下的浮标,在浮标到达下照准线的一 霎那,立即发出“到”的信号,拿计时器的人同时停止计时器的走动, 并把浮标从上照准线到下照准线所经过的时间告诉旁边的记录者。这样 就完成了一个浮标的测速工作。站在上照准线以上的人,再开始投放第 二个浮标,重复上面的工作直到 10 个浮标投完为止。由于河流各处流速 是不同的,中心流速要比岸边流速快,所以 10 个浮标要在上照准线以上 均匀地投放,计算出水面上平均流速。但由于浮标是在水面上漂浮的, 所以这个计算出来的浮标平均流速只表示水面上的平均流速,而不是河 流断面上下各部分的流速,因此用水面平均流速和水道断面面积相乘, 得到的还不是实际的流量。要得到实际的流量,还必须乘上一个系数(这 个系数是水文学家用水面最大流速和根据流速仪在水流断面上各点测出 的平均速度比较得来的),这个系数通常是 0.7。因此当断面面积为 2.75 平方米,水面平均流速为 0.5 米/秒时,流量即为 2.75×0.5×0.7=0.9625 立方米/秒。 (五)怎样计算河水的含沙量 所谓含沙量,即河水中所含泥沙的数量。为什么要测定河水的含沙 量呢?如果某段河流中带来的泥沙多,带走的泥沙少,这条河便要逐渐 淤浅,河道能够通过的水量也就逐渐减少,这样当雨水多时,河道里装 不下,就要泛滥成灾;当雨水少时,就要影响灌溉和航运。反之,如果 河流中带来的泥沙少,带走的泥沙多,这条河便要刷深和刷宽,堤岸就 容易倒塌而成水灾,水中建筑物亦有危险。河流中泥沙的多少也反映了 该河流域水土流失的现象严重与否,严重的要采取保泥拦沙措施。水库 和灌溉渠道的寿命与泥沙沉积速度也有密切的关系。所以要研究河流内 泥沙究竟有多少?哪条河流带来的泥沙多,哪条河流带来的泥沙少?什 么时期带来的多,什么时期带来的少?带入水库的泥沙有多少,流出水 库的泥沙又有多少?水库渠道泥沙淤积情况怎样,搞了水土保持以后, 对减少水土流失的效果又怎样?今后水土保持采取哪些措施更有效?对 于水利工程泥沙问题应该如何处理?要研究和解决这些问题,就需要进 行含沙量的测定。由此可见,学校乡土地理进行这方面的研究,为本乡 水利建设提供这方面的一些科学数据,是十分有价值的。 图 54 玻璃瓶取样器 测定河流含沙量的方法是这样的: 1.过滤法 (1)取样 河流中究竟有多少泥沙?这必须从河中取部分水样上来进行处理分 析,这种由河中取水的过程叫做取样。 取样要在河中水流速度最大的地点的不同深度来进行。方法是:用 一个能装 1 公斤以上水的玻璃瓶,瓶口下端系一重物以便下沉,瓶颈部 系以麻绳,麻绳上用不同颜色的细布条按一定尺寸做记号(自瓶口算 起),瓶口盖上瓶塞,塞上扣一细线(图 54)。测量时先洗净玻璃瓶, 盖好瓶塞,然后放入河中,当玻璃瓶沉至需要提取水样的深处时,立即 拉动瓶塞上的细绳,使瓶口打开,待水盛满后,即提出水面倒入其它容 器内。 取样应当随着水位涨落的情况来确定取样的时间。在平水时(指水 位变化不大),河流的含沙量变化不大,每隔几天或 10 天取样一次都可 以;洪水时,应当在开始涨水、涨水到半腰、涨水到峰顶、再退落到半 腰和落至平水时各取水样一次;特别要注意春天的第一次涨水和各季节 久旱之后突然暴雨而发生洪水,一般这时泥沙最多,应当增加取样的次 数。 (2)水样处理 ①沉淀:每一个装水样的容器,在没有装水样以前,应当用小秤称 好容器的重量(为了减少每次称重的手续,可将容器的号码和重量用红 磁漆写在容器上),装水样以后,再连同水样一起称一次作为水样和容 器的总重量。然后再减去瓶子的重量,即得水样的重量。将水样放在不 受振动和不妨碍日常工作的地方,静静沉淀 5—7 天。容器上必须用旧报 纸盖好,以免灰尘或污物进入,增加泥沙重量。 ②过滤:将沉淀过的水样,轻轻倒去上层清水,或用一根橡皮管子 吸去澄清的水样(在倒或吸去清水时,切勿使底部沉淀的泥沙扰动,以 免泥沙被倒去、吸去,如发现这样现象,应立即停止倒或吸,等待泥沙 重新沉淀后再进行),留下底下的浑水,用烘干的宣纸或表芯纸一张作 滤纸(方形,长宽各 20 厘米;或圆形,直径 20 厘米),在天平或普通 的戥子上称好干燥滤纸的重量(戥子的精度必须能称得出 0.05 克),然 后将滤纸作成一个封闭的漏斗形,放在白铁皮或搪瓷、玻璃漏斗上,漏 斗放在一只空瓶子上,再将装水样容器里留下的浑水拌匀,轻轻倒在滤 纸内,倒时需注意勿使水样满过滤纸而漏入瓶中。如发现有遗漏现象, 应将瓶中的水倒入滤纸内重新过滤一次。水样倒完后,应用清水洗净容 器内粘着的泥沙,一并倒在漏斗内过滤。等水滤完以后,将滤纸轻轻揭 起,把附着泥沙的一面向内,轻折成方形小包,烘干后称出干燥的滤纸 和泥沙的总重量,然后减去干燥滤纸重量,即得泥沙重量。 ③烘干:方法是先将滤纸放在干净的铁锅里(即普通炒菜的铁锅), 用火炉烘干,或用纸盒盛滤纸放在烈日下晒干。在烘烤时,要注意勿使 滤纸烧焦;在曝晒时,要注意勿使滤纸污损或被风吹走。一个水样用一 张滤纸,不能使水样和滤纸混乱,可将取样日期和容器号码用铅笔注在 滤纸上。 ④计算:计算水流的含沙量,可以用泥沙量与水样重量的比较表示
2.透明度法 即用黑色油墨在洁白的纸上绘一个十字图形,十字的横线及竖线长 度均为 14 毫米,粗为 1 毫米,再在四周绘直径 1 毫米的黑点 4 个,贴在 一圆形小铁片上(图 55)。再在铁片边缘上垂直焊上一根铅丝柄,即成 一简单的测具。 测定时,将所取水样摇匀后倒入一个玻璃量筒内摇匀,将十字图形 从筒口慢慢下放(如图 55),并用肉眼从玻璃筒的上口垂直观看,当 4 个黑点消失而十字形仍可看见时,记下下放深度(厘米),即透明度。 然后在透明度和含沙量换算表(表 23)中,即可查得水流中的含沙量。 表中含沙量以重量的千分比(‰)表示,即 1 千克水中有多少克泥沙。
二、怎样观测和寻找地下水 地下水是一项极其丰富的水资源。农田灌溉和城市工业用水常常要 依靠地下水。特别在一些没有地表水或者虽有地表水,但地表水的水质 不好(如咸水、受到严重污染或者含有大量泥沙的水),水温太高,不 能应用,或在干旱时期,河水干涸,或冬季北方河水封冻,就不能保证 供水的需要,这时候,地下水便成为非常重要的水源了。 要知道地下水的变化情况,出水量和水质成分等就必须观测地下 水。这对农业用水、城市用水、工矿用水、工程设计、军事建筑等方面 都有十分重要的意义。尤其是对农业生产的关系格外密切。所以,位于 农村的乡镇中学,乡土地理研究应该有这方面的内容。
(一)观测的内容和方法 地下水观测,一般选择现有的水井来进行。被确定为观测的水井, 所在位置要比较空旷,地形上有代表性,井内终年有水,距离河道、干 沟以及水库、塘、堰,最少约 250—400 米。
1.观测的时间 一般情况下,观测井逢五逢十上午 7—8 时进行一次观测。但一定要 在早晨群众用水以前进行观测。如在用水后观测,则要隔较长的时间, 让井水恢复到原来的水位。汛期 6—9 月应当每天早上观测一次。大雨以 后,可在每天 8 时、20 时观测两次。
2.测定井水面的深度 浅井可采用测深竿或测绳来测深,竿上有自己刻划的尺度,以米为 单位,要精确到厘米。竿的下端装置一块直径约为 5—8 厘米的圆木板, 测深时,使木板接触到井内水面,读出从井口固定点到水面的距离,这 就是井水面低于井口的高度,再减去井口到地面的距离,就是井水面的 深度。如果井内水面较深,就采用伸缩性较小的绳子(最好是琴线), 结上红白布作为尺寸,下端连接一个铁制或竹子的罐子,口子朝下,绳 子从罐底当中穿出,保持罐子平直,当罐子与水面接触的时候,就会发 出咚咚的声音,听到声音以后,即记取读数,再减去井口至地面的距离, 即是井水面的深度,也就是地下水的埋藏深度。
3.测定水的物理性质 (1)测定水温:一般可用摄氏温度计装在瓶子或圆筒内,瓶子或圆 筒要有进水孔眼,目的是要使温度计取出水面以后,下端仍然浸在水里, 以防温度计受气温的影响。将瓶子或圆筒用绳子系上,放入井水水面以 下 50 厘米左右,停留约 5—10 分钟后,提出水面观测,读至 0.5℃。温 度计放入水中之前,应先测定气温并记录下来。对浇地用水及其它工业 用水,可以决定水温是否适当。 (2)看水的颜色:取一块小瓷片放入水中 30—40 厘米时,水体在 白色瓷片上呈现的颜色即是水色。根据水色大致可以判定水中含有的物 质。可饮用的净水一般是无色的,大量的水稍带天蓝色;含铁质的呈铁 锈色(这种含铁质的水造纸工业不宜用,否则就会使产品呈现黄色的斑 点);含腐殖酸的呈黄色;含锰化合物的呈黑色;含石灰质的呈乳白色; 有藻类的则呈青色。 (3)尝尝味道:纯水无味,含大量有机质的具甜味,含硫酸镁和硫 酸钠的具苦味,含氯化钠的带咸味。 (4)闻闻气味:即闻水发出的气味,如鱼腥味、大蒜味、臭鸡蛋味、 芳香味等。若水中含有硫化氢,就会有臭鸡蛋味。
4.测定水的化学性质 (1)看看有什么化学反应:测定酸碱度可用石蕊试纸进行试验,如 果红色试纸变成蓝色,即为碱性反应;如果蓝色试纸变为红色,则为酸 性反应;若两种试纸均不起作用,则为中性。用吸管吸取硝酸银(用固 体的硝酸银 1 克溶在 20 毫升的蒸馏水中制成)一滴注入水中,如果发现 白色沉淀,表明水中含有氯化物;吸取氯化钡溶液(用 1 克氯化钡溶在 10 毫升的蒸馏水中制成)滴在水中,如果发现白色沉淀,即含有硫酸盐。 (2)测定含盐量:在盐碱土地区,采用地下水灌溉时,要求知道地 下水含盐成分的大小。地下水含盐量的测定,可在 3、6、9、12 月份的 第一次地下水观测时,附带从井内取出 1 公斤水,应当注意取水瓶要事 先洗刷干净。 化验的方法是:用一个可装 2—3 两酒大小的酒杯(不能用瓦制的或 不带釉的),杯子要薄而轻,太重了天平上称不起来,不能用。先用干 燥而清洁的布把杯子里外擦干净,放在天平上称出重量,以克为单位, 要细致到 1/10 克的精度,把重量记录下来,然后用量筒量取 50—100 毫 升要试验的水样,放在蒸锅上蒸干。蒸锅里的水在煮开时,不要碰到酒 杯,锅上要有木盖,在木盖上挖个洞,洞的大小恰好能放下酒杯的一半, 让酒杯的一半在盖子下边,一半在盖子上面,把锅里的水烧开。这样, 开水的蒸汽把酒杯里的水逐渐蒸干(或把酒杯放在烧开水的茶壶口上蒸 干也可以)。拿下酒杯,用干净的布把酒杯外面的水珠擦干,再放在天 平上称重,比空酒杯增加的重量,就是水中含盐的重量。
(二)生产生活对水质的要求 学校乡土地理研究地下水的目的,是为了给乡土建设提供可靠的资 料,以便更好地科学地利用地下水。要达到这个目的,乡土水文研究组 成员必须了解生产生活与水质的关系。 不同用途的水对水质的要求是不同的。对饮用水来说,一般应该是 透明没有臭味的淡水,水温不宜超过当地的平均气温,没有被有机质污 染,而且不含铜、铅、锌、砷、氟等对人体健康有害的物质。此外含盐 量也应有一定的限度。 被有机质污染的地下水,有的呈黄绿色,有的呈淡褐色。根据化学 分析的结果,我们可以正确地判定地下水是否已被有机质污染。一般说 来,如果地下水中含有氨、亚硝酸、硫化氢等,就证明已经被污染,不 宜作饮用水。 饮用水的含盐量,一般不应大于 1 克/升。水中氯化物的含量不应超 过 0.3 克/升,否则就有咸味。如果水中含有硫酸盐或铁的化合物,将会 发出一种令人讨厌的气味。 用来灌溉农田的水,也有一定要求:如果不加选择,用了不好的水 灌溉,不但妨碍作物的生长,而且往往把好地变成无法耕种的盐碱地。 根据科学家的实验,灌溉水的含盐量最好在 1.1—1.7 克/升的范围 内,如果达到 1.7—3 克/升就应该详细进行化学分析,以检验水中各种 盐类的含量。一般地说,灌溉水中碳酸钠的含量应小于 0.1 克/升,氯化 钠的含量应小于 2 克/升,硫酸钠的含量应小于 5 克/升,钠盐和氯化物 是最有害的盐类,而石膏、碳酸镁、碳酸钙等则是危害不大,甚至无害 的盐类。如水中含盐量超过 3 克/升,就不宜灌溉田地。 至于工业用水,几乎各种类型的工业都有它自己对水质的特殊要 求。如造纸工业用水不宜含铁质,否则就会使产品呈现黄色的斑点;毛 纺织工业用水不宜含钙质和镁质,否则会使产品变脆变硬;制糖用水含 盐量不宜过大,否则就不易结晶;制酒用水要求不含有机质及有害盐类, 否则就会影响酒味;锅炉用水不宜含氯化物和硫酸盐,因为这些物质能 促使锅炉壁生锈……。但不管什么工业用水,有一点要求几乎是共同的, 那就是都要用硬度小的水,因为如果采用硬水,在蒸汽锅炉内壁就会形 成硬的水垢——锅垢,这将降低锅炉壁的传热性,并过多地消耗燃料; 在制革生产中,硬水会过多地消耗鞣革材料;在纺织生产中,硬水会降 低纺织品的质量并使纺织品难以染色。
(三)怎样寻找地下水 地下水在自然界中不是孤立的、静止的,它总会通过一定的现象在 地面上反映出来。只要我们仔细观察各种现象,掌握地下水的分布规律, 就有可能找到地下水。 1.根据地面特殊现象找水 ①地面经常潮湿的地方,说明有埋藏不深的地下水;露在地面的坚 硬岩石表面潮湿,甚至可以有水珠渗出,这是有裂隙水存在的特征。根 据这些标志,就可能挖出地下水。 ②在山区,有的泉水雨后流出,旱季断流,这常常是旱季地下水补 给不足水位下降造成的。按此道理,可以在这种间歇泉附近,下挖找水。 ③石灰岩洞穴如果常有白雾弥漫,可能找到溶洞水。一个地方在天 冷久旱时,如常见水汽蒸腾,也可能有地下水,因为地下水温稍高,当 水汽蒸发遇到地面气温低时,冷凝而生雾气。 ④在冬季结冰或积雪的地区内,如果一个小范围内不结冰、不积雪, 下面可能有水。 ⑤如果河流某段水量显著增加,说明两岸有丰富的地下水源。反之, 河流流量骤然减少,甚至变干,是河水补给地下水的标志,两岸或下游 常可挖到地下水。 2.根据流行的谚语找水 我国人民在长期生产实践中积累了丰富的找水经验,并以简洁流畅 的谚语流传在民间。根据这些谚语的指向,有可能找到地下水。(1)“烂 泥田,有水源”:烂泥田常年泥泞不干,有时还可见水泡上翻,说明有 地下水。 (2)“掌心地,找水很有利”:掌心地是三面或两面环山的山区小 洼地。地下水集中流向洼地,所以打井挖水很有利。(3)“两山夹一沟, 沟崖有水流”:两山之间夹一沟谷,河谷切割潜水面,坡脚有泉流出, 可在沟崖下土层和岩层中找到水源。 (4)“两山夹一咀,中间常流水”:这里指的是三面环山,一面出 口的山谷地形。地表水和地下水都在这出口处汇聚,因此常常形成丰富 的地下水流。 (5)“山扭头,有大流”:在山脉拐弯的地方,因山脉走向改变了, 而含水层中部分水流方向未变,流出成泉。所以在山扭头附近地区,可 以开挖地下水。 (6)“两沟相交,流水溜溜”:两条山沟汇合处,常能找到丰富的 地下水源。 (7)“一山迭一山,有水在里边”:一排山后又一排山,一排更比 一排高。山大坡缓,地下水源丰富,在坡脚洼地处,容易挖到地下水。 (8)“岩层像个坡,坡下蓄水多”:这是反映了潜水或承压水的流 向常受地层倾向控制的道理。 3.根据植物找水 某些地表植物的分布状况,可以帮助我们找到地下水。(1)喜湿植 物,如芨芨草、芦苇、沙柳、菖蒲、秧草、三棱草、水王孙、水芹菜、 水冬瓜树等生长的地方,常常埋藏着不深的地下水。 (2)树木开花落叶有一定的季节。如果草木提前发芽开花,过时不 枯黄落叶,这些地方常有地下水。 (3)山地起伏,草木茂盛,而且抗霜御寒能力显著较别处强的地方, 可能有地下水流动。 寻找地下水必须全面地、仔细地观察各种各样与地下水有关的现 象,努力从中寻找最能反映事物本质的找水标志,并结合当地含水层的 性质、分布、埋藏和地下水的补给、排泄条件进行综合分析,才能取得 较好的效果。
(四)怎样测定流速和流量 河水流行的速度叫流速。它表示每一单位时间内水淌过多少距离。 它与计算自行车和汽车的车速一样。例如自行车每小时行 20 公里,这就 是它的车速。而流速在习惯上是以每秒多少米(米/秒)来计算的。 在一定时间内流过河道某一横断面的水量叫流量。流量通常用立方 米/秒来表示。 为什么要测量流量呢?流量测定的用途是多方面的。首先,在兴修 水利方面,为了除水害、兴水利,就要知道洪水内涝发生在什么地方, 害处究竟有多大?经过治理,自然界可以利用的水资源究竟有多少?这 就必须根据河流的水文测验资料来决定。在观测资料中,除了降水量、 水位以外,流量最为重要。有了流量资料,就可以知道哪条河水量多, 哪条河水量少?全年有多少水?什么时候水多,什么时候水少?水多到 什么程度,少到什么程度?然后才能决定各种防洪、蓄水、灌溉、航运、 排涝、发电等水利工程应做在什么地方和设计怎样的渠道及建筑物。为 了合理的运用和管理已建的水库、闸坝,也必须掌握流量资料。其次, 在农业生产上,也必须要有流量资料才能决定水量够不够用,如何在灌 区渠系间合理分配水量,以达到计划用水的目的,既能使农田丰产,又 能经济用水。由此看来,在那些缺乏水文资料的地方,当地中学生通过 对河流流量观测等的乡土地理研究,为家乡获得科学的水文资料,其意 义是多么重大啊! 要测定河流流量的大小,首先要测定河流断面的面积和流速。河流 断面面积的测量方法是这样的:先确定断面的位置,在测流断面的两岸 各打一根木桩(图 53),在两根木桩间拉紧一条带有分度(50 厘米或 1 米)的绳子,然后坐船或涉水沿着绳索自断面一岸的水边开始用刻有分 度的竹竿,每隔 0.5 米或 1 米测量一次水深,一直到对岸的水边为止。 要注意,为了防止错误,在每一测深位置上,要测量两次。如两次结果 相差很大,还要测第三次;如两次结果相差不大,则求出平均数作为该 位置的正式深度。深度测量结束后,要把所有测出的深度加起来,用测 量的次数去除(即测深位置的数目),算出河流的平均深度,再用平均 深度乘上河流的宽度,即得出水流断面面积的近似值。例如河宽 5.5 米, 平均深度为 0.5 米,水流断面面积=5.5 米×0.5 米=2.75 平方米。 图 53 水面浮标法 水流断面测好后,就可进行流速流量的测量了。测量流速的方法很 多,最简便而又容易做的是水面浮标法。即在测流断面上游和下游距离 相等的地方(如距测流断面 5 米处)各设一个照准线。照准线可以用木 桩固定,在河流的两岸上测量时,再用四根竹竿分别标在上、下照准线 的木桩旁,以便把照准线的位置明显地表示出来。准备 10 个浮标,浮标 可用厚 2—3 厘米、直径 10 厘米的圆木片做。参加测量流量的学生最好 五人一组,第一个人站在上照准线以上 3 米的地方(即投掷浮标的起点) 拿着准备好的全部浮标。第二人站在上照准线那里当一个信号手,他主 要担负发出当浮标到达上照准线那一霎那的信号任务。在下照准线处, 也站着一个信号手,他担负发出浮标到达下照准线信号的任务。在下照 准信号手的两旁各站一个人,其中一人拿着计时器,另一人拿着记录簿 准备记录。当一切布置停当后,站在上照准线以上的人,把第一个浮标 投掷在河中央水流最快的地方。站在上照准线的信号手注视着游来的浮 标。当浮标到达上照准线的那一霎那发出信号(最好挥动旗子作信号)。 站在下照准线拿计时器的人,见到信号立即开动计时器。站在下照准线 的信号手视线要始终不离开顺流而下的浮标,在浮标到达下照准线的一 霎那,立即发出“到”的信号,拿计时器的人同时停止计时器的走动, 并把浮标从上照准线到下照准线所经过的时间告诉旁边的记录者。这样 就完成了一个浮标的测速工作。站在上照准线以上的人,再开始投放第 二个浮标,重复上面的工作直到 10 个浮标投完为止。由于河流各处流速 是不同的,中心流速要比岸边流速快,所以 10 个浮标要在上照准线以上 均匀地投放,计算出水面上平均流速。但由于浮标是在水面上漂浮的, 所以这个计算出来的浮标平均流速只表示水面上的平均流速,而不是河 流断面上下各部分的流速,因此用水面平均流速和水道断面面积相乘, 得到的还不是实际的流量。要得到实际的流量,还必须乘上一个系数(这 个系数是水文学家用水面最大流速和根据流速仪在水流断面上各点测出 的平均速度比较得来的),这个系数通常是 0.7。因此当断面面积为 2.75 平方米,水面平均流速为 0.5 米/秒时,流量即为 2.75×0.5×0.7=0.9625 立方米/秒。 (五)怎样计算河水的含沙量 所谓含沙量,即河水中所含泥沙的数量。为什么要测定河水的含沙 量呢?如果某段河流中带来的泥沙多,带走的泥沙少,这条河便要逐渐 淤浅,河道能够通过的水量也就逐渐减少,这样当雨水多时,河道里装 不下,就要泛滥成灾;当雨水少时,就要影响灌溉和航运。反之,如果 河流中带来的泥沙少,带走的泥沙多,这条河便要刷深和刷宽,堤岸就 容易倒塌而成水灾,水中建筑物亦有危险。河流中泥沙的多少也反映了 该河流域水土流失的现象严重与否,严重的要采取保泥拦沙措施。水库 和灌溉渠道的寿命与泥沙沉积速度也有密切的关系。所以要研究河流内 泥沙究竟有多少?哪条河流带来的泥沙多,哪条河流带来的泥沙少?什 么时期带来的多,什么时期带来的少?带入水库的泥沙有多少,流出水 库的泥沙又有多少?水库渠道泥沙淤积情况怎样,搞了水土保持以后, 对减少水土流失的效果又怎样?今后水土保持采取哪些措施更有效?对 于水利工程泥沙问题应该如何处理?要研究和解决这些问题,就需要进 行含沙量的测定。由此可见,学校乡土地理进行这方面的研究,为本乡 水利建设提供这方面的一些科学数据,是十分有价值的。 图 54 玻璃瓶取样器 测定河流含沙量的方法是这样的: 1.过滤法 (1)取样 河流中究竟有多少泥沙?这必须从河中取部分水样上来进行处理分 析,这种由河中取水的过程叫做取样。 取样要在河中水流速度最大的地点的不同深度来进行。方法是:用 一个能装 1 公斤以上水的玻璃瓶,瓶口下端系一重物以便下沉,瓶颈部 系以麻绳,麻绳上用不同颜色的细布条按一定尺寸做记号(自瓶口算 起),瓶口盖上瓶塞,塞上扣一细线(图 54)。测量时先洗净玻璃瓶, 盖好瓶塞,然后放入河中,当玻璃瓶沉至需要提取水样的深处时,立即 拉动瓶塞上的细绳,使瓶口打开,待水盛满后,即提出水面倒入其它容 器内。 取样应当随着水位涨落的情况来确定取样的时间。在平水时(指水 位变化不大),河流的含沙量变化不大,每隔几天或 10 天取样一次都可 以;洪水时,应当在开始涨水、涨水到半腰、涨水到峰顶、再退落到半 腰和落至平水时各取水样一次;特别要注意春天的第一次涨水和各季节 久旱之后突然暴雨而发生洪水,一般这时泥沙最多,应当增加取样的次 数。 (2)水样处理 ①沉淀:每一个装水样的容器,在没有装水样以前,应当用小秤称 好容器的重量(为了减少每次称重的手续,可将容器的号码和重量用红 磁漆写在容器上),装水样以后,再连同水样一起称一次作为水样和容 器的总重量。然后再减去瓶子的重量,即得水样的重量。将水样放在不 受振动和不妨碍日常工作的地方,静静沉淀 5—7 天。容器上必须用旧报 纸盖好,以免灰尘或污物进入,增加泥沙重量。 ②过滤:将沉淀过的水样,轻轻倒去上层清水,或用一根橡皮管子 吸去澄清的水样(在倒或吸去清水时,切勿使底部沉淀的泥沙扰动,以 免泥沙被倒去、吸去,如发现这样现象,应立即停止倒或吸,等待泥沙 重新沉淀后再进行),留下底下的浑水,用烘干的宣纸或表芯纸一张作 滤纸(方形,长宽各 20 厘米;或圆形,直径 20 厘米),在天平或普通 的戥子上称好干燥滤纸的重量(戥子的精度必须能称得出 0.05 克),然 后将滤纸作成一个封闭的漏斗形,放在白铁皮或搪瓷、玻璃漏斗上,漏 斗放在一只空瓶子上,再将装水样容器里留下的浑水拌匀,轻轻倒在滤 纸内,倒时需注意勿使水样满过滤纸而漏入瓶中。如发现有遗漏现象, 应将瓶中的水倒入滤纸内重新过滤一次。水样倒完后,应用清水洗净容 器内粘着的泥沙,一并倒在漏斗内过滤。等水滤完以后,将滤纸轻轻揭 起,把附着泥沙的一面向内,轻折成方形小包,烘干后称出干燥的滤纸 和泥沙的总重量,然后减去干燥滤纸重量,即得泥沙重量。 ③烘干:方法是先将滤纸放在干净的铁锅里(即普通炒菜的铁锅), 用火炉烘干,或用纸盒盛滤纸放在烈日下晒干。在烘烤时,要注意勿使 滤纸烧焦;在曝晒时,要注意勿使滤纸污损或被风吹走。一个水样用一 张滤纸,不能使水样和滤纸混乱,可将取样日期和容器号码用铅笔注在 滤纸上。 ④计算:计算水流的含沙量,可以用泥沙量与水样重量的比较表示
2.透明度法 即用黑色油墨在洁白的纸上绘一个十字图形,十字的横线及竖线长 度均为 14 毫米,粗为 1 毫米,再在四周绘直径 1 毫米的黑点 4 个,贴在 一圆形小铁片上(图 55)。再在铁片边缘上垂直焊上一根铅丝柄,即成 一简单的测具。 测定时,将所取水样摇匀后倒入一个玻璃量筒内摇匀,将十字图形 从筒口慢慢下放(如图 55),并用肉眼从玻璃筒的上口垂直观看,当 4 个黑点消失而十字形仍可看见时,记下下放深度(厘米),即透明度。 然后在透明度和含沙量换算表(表 23)中,即可查得水流中的含沙量。 表中含沙量以重量的千分比(‰)表示,即 1 千克水中有多少克泥沙。
二、怎样观测和寻找地下水 地下水是一项极其丰富的水资源。农田灌溉和城市工业用水常常要 依靠地下水。特别在一些没有地表水或者虽有地表水,但地表水的水质 不好(如咸水、受到严重污染或者含有大量泥沙的水),水温太高,不 能应用,或在干旱时期,河水干涸,或冬季北方河水封冻,就不能保证 供水的需要,这时候,地下水便成为非常重要的水源了。 要知道地下水的变化情况,出水量和水质成分等就必须观测地下 水。这对农业用水、城市用水、工矿用水、工程设计、军事建筑等方面 都有十分重要的意义。尤其是对农业生产的关系格外密切。所以,位于 农村的乡镇中学,乡土地理研究应该有这方面的内容。
(一)观测的内容和方法 地下水观测,一般选择现有的水井来进行。被确定为观测的水井, 所在位置要比较空旷,地形上有代表性,井内终年有水,距离河道、干 沟以及水库、塘、堰,最少约 250—400 米。
1.观测的时间 一般情况下,观测井逢五逢十上午 7—8 时进行一次观测。但一定要 在早晨群众用水以前进行观测。如在用水后观测,则要隔较长的时间, 让井水恢复到原来的水位。汛期 6—9 月应当每天早上观测一次。大雨以 后,可在每天 8 时、20 时观测两次。
2.测定井水面的深度 浅井可采用测深竿或测绳来测深,竿上有自己刻划的尺度,以米为 单位,要精确到厘米。竿的下端装置一块直径约为 5—8 厘米的圆木板, 测深时,使木板接触到井内水面,读出从井口固定点到水面的距离,这 就是井水面低于井口的高度,再减去井口到地面的距离,就是井水面的 深度。如果井内水面较深,就采用伸缩性较小的绳子(最好是琴线), 结上红白布作为尺寸,下端连接一个铁制或竹子的罐子,口子朝下,绳 子从罐底当中穿出,保持罐子平直,当罐子与水面接触的时候,就会发 出咚咚的声音,听到声音以后,即记取读数,再减去井口至地面的距离, 即是井水面的深度,也就是地下水的埋藏深度。
3.测定水的物理性质 (1)测定水温:一般可用摄氏温度计装在瓶子或圆筒内,瓶子或圆 筒要有进水孔眼,目的是要使温度计取出水面以后,下端仍然浸在水里, 以防温度计受气温的影响。将瓶子或圆筒用绳子系上,放入井水水面以 下 50 厘米左右,停留约 5—10 分钟后,提出水面观测,读至 0.5℃。温 度计放入水中之前,应先测定气温并记录下来。对浇地用水及其它工业 用水,可以决定水温是否适当。 (2)看水的颜色:取一块小瓷片放入水中 30—40 厘米时,水体在 白色瓷片上呈现的颜色即是水色。根据水色大致可以判定水中含有的物 质。可饮用的净水一般是无色的,大量的水稍带天蓝色;含铁质的呈铁 锈色(这种含铁质的水造纸工业不宜用,否则就会使产品呈现黄色的斑 点);含腐殖酸的呈黄色;含锰化合物的呈黑色;含石灰质的呈乳白色; 有藻类的则呈青色。 (3)尝尝味道:纯水无味,含大量有机质的具甜味,含硫酸镁和硫 酸钠的具苦味,含氯化钠的带咸味。 (4)闻闻气味:即闻水发出的气味,如鱼腥味、大蒜味、臭鸡蛋味、 芳香味等。若水中含有硫化氢,就会有臭鸡蛋味。
4.测定水的化学性质 (1)看看有什么化学反应:测定酸碱度可用石蕊试纸进行试验,如 果红色试纸变成蓝色,即为碱性反应;如果蓝色试纸变为红色,则为酸 性反应;若两种试纸均不起作用,则为中性。用吸管吸取硝酸银(用固 体的硝酸银 1 克溶在 20 毫升的蒸馏水中制成)一滴注入水中,如果发现 白色沉淀,表明水中含有氯化物;吸取氯化钡溶液(用 1 克氯化钡溶在 10 毫升的蒸馏水中制成)滴在水中,如果发现白色沉淀,即含有硫酸盐。 (2)测定含盐量:在盐碱土地区,采用地下水灌溉时,要求知道地 下水含盐成分的大小。地下水含盐量的测定,可在 3、6、9、12 月份的 第一次地下水观测时,附带从井内取出 1 公斤水,应当注意取水瓶要事 先洗刷干净。 化验的方法是:用一个可装 2—3 两酒大小的酒杯(不能用瓦制的或 不带釉的),杯子要薄而轻,太重了天平上称不起来,不能用。先用干 燥而清洁的布把杯子里外擦干净,放在天平上称出重量,以克为单位, 要细致到 1/10 克的精度,把重量记录下来,然后用量筒量取 50—100 毫 升要试验的水样,放在蒸锅上蒸干。蒸锅里的水在煮开时,不要碰到酒 杯,锅上要有木盖,在木盖上挖个洞,洞的大小恰好能放下酒杯的一半, 让酒杯的一半在盖子下边,一半在盖子上面,把锅里的水烧开。这样, 开水的蒸汽把酒杯里的水逐渐蒸干(或把酒杯放在烧开水的茶壶口上蒸 干也可以)。拿下酒杯,用干净的布把酒杯外面的水珠擦干,再放在天 平上称重,比空酒杯增加的重量,就是水中含盐的重量。
(二)生产生活对水质的要求 学校乡土地理研究地下水的目的,是为了给乡土建设提供可靠的资 料,以便更好地科学地利用地下水。要达到这个目的,乡土水文研究组 成员必须了解生产生活与水质的关系。 不同用途的水对水质的要求是不同的。对饮用水来说,一般应该是 透明没有臭味的淡水,水温不宜超过当地的平均气温,没有被有机质污 染,而且不含铜、铅、锌、砷、氟等对人体健康有害的物质。此外含盐 量也应有一定的限度。 被有机质污染的地下水,有的呈黄绿色,有的呈淡褐色。根据化学 分析的结果,我们可以正确地判定地下水是否已被有机质污染。一般说 来,如果地下水中含有氨、亚硝酸、硫化氢等,就证明已经被污染,不 宜作饮用水。 饮用水的含盐量,一般不应大于 1 克/升。水中氯化物的含量不应超 过 0.3 克/升,否则就有咸味。如果水中含有硫酸盐或铁的化合物,将会 发出一种令人讨厌的气味。 用来灌溉农田的水,也有一定要求:如果不加选择,用了不好的水 灌溉,不但妨碍作物的生长,而且往往把好地变成无法耕种的盐碱地。 根据科学家的实验,灌溉水的含盐量最好在 1.1—1.7 克/升的范围 内,如果达到 1.7—3 克/升就应该详细进行化学分析,以检验水中各种 盐类的含量。一般地说,灌溉水中碳酸钠的含量应小于 0.1 克/升,氯化 钠的含量应小于 2 克/升,硫酸钠的含量应小于 5 克/升,钠盐和氯化物 是最有害的盐类,而石膏、碳酸镁、碳酸钙等则是危害不大,甚至无害 的盐类。如水中含盐量超过 3 克/升,就不宜灌溉田地。 至于工业用水,几乎各种类型的工业都有它自己对水质的特殊要 求。如造纸工业用水不宜含铁质,否则就会使产品呈现黄色的斑点;毛 纺织工业用水不宜含钙质和镁质,否则会使产品变脆变硬;制糖用水含 盐量不宜过大,否则就不易结晶;制酒用水要求不含有机质及有害盐类, 否则就会影响酒味;锅炉用水不宜含氯化物和硫酸盐,因为这些物质能 促使锅炉壁生锈……。但不管什么工业用水,有一点要求几乎是共同的, 那就是都要用硬度小的水,因为如果采用硬水,在蒸汽锅炉内壁就会形 成硬的水垢——锅垢,这将降低锅炉壁的传热性,并过多地消耗燃料; 在制革生产中,硬水会过多地消耗鞣革材料;在纺织生产中,硬水会降 低纺织品的质量并使纺织品难以染色。
(三)怎样寻找地下水 地下水在自然界中不是孤立的、静止的,它总会通过一定的现象在 地面上反映出来。只要我们仔细观察各种现象,掌握地下水的分布规律, 就有可能找到地下水。 1.根据地面特殊现象找水 ①地面经常潮湿的地方,说明有埋藏不深的地下水;露在地面的坚 硬岩石表面潮湿,甚至可以有水珠渗出,这是有裂隙水存在的特征。根 据这些标志,就可能挖出地下水。 ②在山区,有的泉水雨后流出,旱季断流,这常常是旱季地下水补 给不足水位下降造成的。按此道理,可以在这种间歇泉附近,下挖找水。 ③石灰岩洞穴如果常有白雾弥漫,可能找到溶洞水。一个地方在天 冷久旱时,如常见水汽蒸腾,也可能有地下水,因为地下水温稍高,当 水汽蒸发遇到地面气温低时,冷凝而生雾气。 ④在冬季结冰或积雪的地区内,如果一个小范围内不结冰、不积雪, 下面可能有水。 ⑤如果河流某段水量显著增加,说明两岸有丰富的地下水源。反之, 河流流量骤然减少,甚至变干,是河水补给地下水的标志,两岸或下游 常可挖到地下水。 2.根据流行的谚语找水 我国人民在长期生产实践中积累了丰富的找水经验,并以简洁流畅 的谚语流传在民间。根据这些谚语的指向,有可能找到地下水。(1)“烂 泥田,有水源”:烂泥田常年泥泞不干,有时还可见水泡上翻,说明有 地下水。 (2)“掌心地,找水很有利”:掌心地是三面或两面环山的山区小 洼地。地下水集中流向洼地,所以打井挖水很有利。(3)“两山夹一沟, 沟崖有水流”:两山之间夹一沟谷,河谷切割潜水面,坡脚有泉流出, 可在沟崖下土层和岩层中找到水源。 (4)“两山夹一咀,中间常流水”:这里指的是三面环山,一面出 口的山谷地形。地表水和地下水都在这出口处汇聚,因此常常形成丰富 的地下水流。 (5)“山扭头,有大流”:在山脉拐弯的地方,因山脉走向改变了, 而含水层中部分水流方向未变,流出成泉。所以在山扭头附近地区,可 以开挖地下水。 (6)“两沟相交,流水溜溜”:两条山沟汇合处,常能找到丰富的 地下水源。 (7)“一山迭一山,有水在里边”:一排山后又一排山,一排更比 一排高。山大坡缓,地下水源丰富,在坡脚洼地处,容易挖到地下水。 (8)“岩层像个坡,坡下蓄水多”:这是反映了潜水或承压水的流 向常受地层倾向控制的道理。 3.根据植物找水 某些地表植物的分布状况,可以帮助我们找到地下水。(1)喜湿植 物,如芨芨草、芦苇、沙柳、菖蒲、秧草、三棱草、水王孙、水芹菜、 水冬瓜树等生长的地方,常常埋藏着不深的地下水。 (2)树木开花落叶有一定的季节。如果草木提前发芽开花,过时不 枯黄落叶,这些地方常有地下水。 (3)山地起伏,草木茂盛,而且抗霜御寒能力显著较别处强的地方, 可能有地下水流动。 寻找地下水必须全面地、仔细地观察各种各样与地下水有关的现 象,努力从中寻找最能反映事物本质的找水标志,并结合当地含水层的 性质、分布、埋藏和地下水的补给、排泄条件进行综合分析,才能取得 较好的效果。
本文标题:9.研究水文为家乡合理利用水资源提供科学依据
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