2.2　监测设施设备

2.2.1　径流小区

径流小区按面积大小分为微小区、典型小区、集水区（或径流场）。按不同试验目的分为裸地小区（土壤可蚀性）、坡长小区、坡度小区、水土保持措施小区等。

径流小区应布设在不同水土流失类型区的典型区域，目的要明确，并需考虑观测与管理的方便性。

径流小区规格一般水平投影坡长20m，宽5m。具体规格应根据当地实际情况，以能体现试验目的表征面积、不破坏原始土壤剖面为原则确定。

单个径流小区要求坡面横向平整，坡度和土壤条件均一。布设多个径流小区时，应尽量集中，便于观测和管理。径流小区应有围埂、防护设施、集流及测验等设施。围埂和防护设施包括径流小区的围埂、保护带和排洪系统三部分。

围埂为设置在径流小区边界上除下边缘外的隔离设施。围埂的建筑材料要求不渗水、不吸水。一般用水泥预制板或金属板，水泥板一般以厚5cm为宜，且顶部为向外侧斜的刀刃状。金属板一般以厚1mm为宜。围埂应互相连（搭）接紧密，埋深牢靠，地表出露不小于20cm，以结实不倒为原则。

小区之间要有保护带，保护带设置在每组径流小区的两侧和顶部，一般宽度为1.0～2.0m。保护带内坡面条件应与径流小区完全一致。遵循的原则是：小区内外状况越接近越好，保护带对小区的影响越小越好。

排洪系统设置在受洪水威胁的径流小区上部和左右两侧，一般按50年一遇暴雨设计。

汇流槽为集流设施的一部分，位于小区下沿（底端），垂直于径流流向，汇集径流和泥沙进入集流设备，一般由混凝土或砌砖砂浆抹面制成，长度与径流小区宽度一致，宽度（槽缘宽和槽身宽）一般为20～30cm，不能太宽，以免影响小区。槽缘应与小区坡底同高且水平，槽身由两端向中心出水口倾斜，倾斜度以不产生泥沙沉积为准，槽身表面光滑，应不拦挂泥沙。以水平投影坡长20m、宽5m小区为例，汇流槽宽20cm，槽深在小区两侧为10cm、中间20cm深，槽底从两侧至中心出水口坡降为4%。

2.2.2　降雨设备

降雨观测设施应安装在距离最远径流小区100m范围内，建设与配置应按《降雨观测规范》（SL 21—2006）的规定进行，应至少有雨量器和自记雨量计各一台。

1.降雨观测场地环境

降雨设备观测场地环境应符合下列规定：

（1）避开强风区，其周围应空旷、平坦，不受突变地形、树木和建筑物及烟尘的影响。如果不能完全避开建筑物、树木等障碍物的影响时，要求雨量器（计）离开障碍物边缘的距离，至少为障碍物顶部与仪器口高差的2倍以上。

（2）山区观测场不宜设在陡坡上、峡谷内和风口处，要选择相对平坦的场地，承雨器口至山顶的仰角应不大于30°。

（3）当难以找到符合上述要求的观测场时，可选择杆式雨量器（计），根据当地雨期常年盛行风向，设置在障碍物的侧风区，杆位离开障碍物边缘距离至少为障碍物高度的1.5倍。在多风的高山、出山口、近海岸地区，不宜设置杆式雨量器（计）。

2.降雨设备分类与安装

（1）降雨设备分类。

降水量观测设备按传感原理分为直接计量（雨量器，见图2-1）、液柱测量（主要为虹吸式，见图2-2，少量为浮子式）、翻斗测量（单翻斗与多翻斗，见图2-3）等，还有采用新技术的光学雨量计和雷达雨量计等。按记录周期可分为日记和长期自记。

本手册主要介绍常用的3种：①雨量器，观测一次降雨量和一日降雨量；②虹吸式自记雨量计，观测一次降雨过程，通过人工摘录整理计算次雨量、日雨量和时段降雨强度；③翻斗式数字雨量计，观测一次降雨过程，人为选定数据采集时间间隔，如1min、2min、5min、10min、15min、30min、60min等，记录该时间内收集的雨量，最终计算次雨量、日雨量和时段降雨强度。也可采用自动气象站代替单独的翻斗式数字雨量计。

（2）安装。

1）安装高度。以承雨器口在水平状态下至观测场地面的距离计，雨量器的安装高度为0.7m；虹吸式自记雨量计的安装高度为仪器自身高度；翻斗式数字雨量计的安装高度为0.7m；杆式雨量器（计）的安装高度不超过4m。

2）其他安装要求。

a.雨量器和虹吸式自记雨量计。安装前应检查确认仪器各部分完整无损，暂时不用的仪器备件应妥善保管。先修筑埋入土中的圆形木柱或混凝土基柱，基柱埋入土中深度应能保证仪器安置牢固，在暴风雨中不发生抖动或倾斜，基柱顶部应平整；然后用特制的带圆环的铁架套住雨量器或虹吸式自记雨量计，承雨口必须水平，铁架脚用螺钉或螺栓固定在基柱上，以保证仪器安装位置不变，并便于观测时替换雨量筒。对有筒门的仪器外壳，其朝向应背对本地常见风向。也可加装3根钢丝拉紧仪器，绳脚与仪器底座的距离一般为拉高的1/2。

b.翻斗式数字雨量计。安装前应检查确认仪器各部分完整无损，传感器、显示记录器工作正常，方可投入安装。首先，制作支架，保证雨量计固定其上水平放置后，承雨口距离地面高度0.7m；然后将支架固定在混凝土基柱上。传感器与显示记录器间用电缆传输信号，显示记录器应安装在稳固的桌面上；电缆长度应尽可能短，宜加套保护管后埋地铺设，若架空铺设，应有防雷措施；插头插座间应密封，安装牢固。使用交流电的仪器，应同时配备直流备用电源，以保证记录的连续性。采用固态存储的显示记录器，安装时应使用电量充足的蓄电池，并注意连接极性。当配有太阳能电池时，应保证连接正确。根据仪器说明书的要求，正确设置各项参数后，再进行人工注水试验。试验完毕，应清除试验数据。仪器安装完毕后，应用水平尺复核，检查承水器口是否水平。

为了观测降雨过程，虹吸式自记雨量计和翻斗式数字雨量计可任选一种，但二者都有一定的测量误差，或运行时可能发生故障，建议无论采用哪种，都要配备雨量器（图2-1），以便校正和佐证日雨量的观测。

2.2.3　人工采样设备

人工采集小区径流泥沙设备一般由分水箱、导流管和集流桶（池）组成。

（1）分水箱。在径流小区产流量大、集流桶容积有限，或安置区狭小不能增大集流桶等情况下，往往采用一级或多级分流的设备。分水箱一般容积较小，由镀锌铁皮或薄钢板制成圆柱体或长方体，并设若干分流孔，顶部加设盖板。分水箱一般由进水孔（管）、过滤网、箱体、分流孔和排水孔等五部分组成。过滤网的作用是防止杂草堵塞分流孔。进入分水箱的径流，经过滤和混合后，由多个位于同一水平面且大小相同的分流孔同时排出，其中中间一孔连接导流管，流入下一级分水箱或者集流桶。多个分水箱相连时，形成多级分流。分流孔一般等量分布在导流管两侧，分流孔必须大小一致，排列均匀，并在同一水平面上。分水箱水平放置，保证均匀分流。

（2）导流管。汇流槽与集流设备、或集流设备之间的连接管，以输导收集的径流和泥沙。导流管由镀锌铁皮、金属管或PVC管制成，长度一般为50～100cm，上部开口与集流槽紧密连接，下部通向集流桶（池）或分水箱。为保证流水畅通，安装导流管时应有一定的坡度，且直径应大于所连接的分水箱分流孔孔径。

（3）集流桶（池）。用以收集导流管输导下来的全部径流量和泥沙，是集流设备的最末端，由桶体及其进水孔和排水孔组成。集流桶可用镀锌铁皮或薄钢板制成，集流池用砖（石）砌成，底部装有排泄阀门（或孔口），顶部加设盖板。集流桶（池）要求水平放置，保证能够均匀测量水深，排水孔密封不漏水。

设计分水箱和集流桶（池）的规格时，要根据本地暴雨重现期、设计标准及设计标准条件下小区面积所形成的径流总量确定，以设计重现期降雨条件下产流不溢流为准。如果产流量大，需一级或多级分流，并确定合适的分流孔数。为了便于搅拌泥沙均匀采样，建议分水箱和集流桶（池）规格以适宜人工操作为原则。

2.2.4　自动监测设备

径流自动监测设备主要有翻斗流量计、测流槽、径流称重设备等。其中测流槽以H型测流槽比较典型（图2-4）。根据测流范围，又可分为HS型测流槽（小型测流槽）、H型测流槽和HL型测流槽（大型测流槽），其中HS型测流槽适合径流小区自动监测流量，测量范围为0.004～0.022m3/s。

泥沙自动监测设备主要有浊度仪、Coshocton采样轮（图2-5）、德国UGT采样器（图2-6）、γ射线法等测定含沙量（图2-7）、分流采样器（图2-8）等。