图 2- 2 泰森多边形法求点雨量代表面积 泰森多边形法是将布设的雨量点依据紧邻关系连成多个三角形，如图2-2示（虚线）；从周边雨量点起作三角形每个边的中垂线，即图中细实线；再延长连接流域中部雨量点周围各线的中垂线，形成围绕雨量点的多边形（含流域边界线），这些多边形所包围的面积即为被围雨量点的面积。面积量测：先分别量算各雨量点的面积并求和，再与总面积相比，将差值按各点面积大小平均分配到各个多边形中（称平差），得出真实面积并求出占总面积的份数，即面积权数f，用下式计算流域平均雨量：
P??(pifi)
式中：pi—各点雨量（mm）；
fi fi?—各点雨量的面积权数；
FiF（Fi为该雨量点覆盖面积，F为流域总面积）。
若流域面积较大，且有较多雨量点时，可按一定比例尺绘制雨量等值线图，分别量测各等值线间所包围的面积，经平差后用不同面积分别乘以两邻等值线所示雨量的平均值，再求和后除以总面积即得平均雨量。式为：
P?1F?(pi?pi?12?fi)
式中：Fi、F—分别为等值线所围面积和流域总面积；
； pi、pi?1—两相邻等值线示出的雨量（mm）
有了流域次平均雨量，就可进行日雨量和月雨量统计，并找出最大雨量值和时间。
三、坡面侵蚀观测
降雨由坡面向沟道汇流，因而坡面侵蚀成为小流域产流、产沙的重要部位和来源。坡面侵蚀观测的主要方式为侵蚀小区径流泥沙观测。通过在不同土壤、植被和坡度的坡面设置侵蚀小区进行径流泥沙观测，探索侵蚀规律，可为小流域综合治理优化配置防治措施提供依据。同时在有防治措施的坡面（如坡改梯、生物措施等）设置对照侵蚀小区就可以观测得到防治措施的蓄水保土的效益。
（一） 侵蚀小区径流泥沙观测
1.概述
侵蚀小区径流泥观测是坡面水蚀测验的基本方法，在小区集中地又称径流场观测。目前，各国径流场的分类和面积大小不一，但规划布设及观测设施、方法、内容基本一致。
美国分实验小区和集水区，前者面积为2322.1m2，后者在数公顷到数十公顷。我国分为小区和大区，小区面积为5320m2，大区多在500-2000m2之间，包括一个或几个微地形。在模拟实验中还利用微形小区，其面积小的1m2，大的也只数平米。
径流场观测按照观测项目又分为单因子观测和多因子观测。单因子观测是在其它全部因子相同的条件下，仅一个试验因子发生变化的观测。如设立有无治理措施的小区，观测小流域综合治理对产流产沙的影响；又如设立不同坡长小区、不同植被覆盖小区……等。多因子观测是在小区中布设两种或两种以上试验因子，其它因子保持不变（相同）的观测，如对分别在坡耕地和坡改梯后的梯地上设置侵蚀小区，小区上采用不同的覆盖措施（地膜、秸秆、杂草），或种植不同作物、采用不同耕作措施等，以观测和分析多个影响因子的产流产沙状况。
2.侵蚀小区规划布设原则与基本要求
不同侵蚀区域的坡面侵蚀特点及主要影响因素不同，不同治理措施区域的水土流失防治效益也不同，因而规划布设小区时，首先要选择能代表区域环境特征的地段。环境特征应包括地形、土壤、土地利用、植被、人为生产活动、治理方式等方面，小区径流场应设置在具有代表性的典型地段。其次要考虑环境因素的极端情况，如坡度和坡长的极大、极小值，极端降雨、植被盖度、各种水土流失防治措施等，以使设置的小区涵盖和适应各种情况。第三，具体布设的地段，应有一定面积，尽可能使小区设置相对集中，并应交通方便，利于管理和观测。另外，在小区集中的径流场周围可布设护栏。
为了使不同环境区域观测资料有可比性，及不同小区观测资料归一化，在治理小流域内必须设置一组标准小区，采用全国一致的标准小区。标准小区面积为5320m2，坡度为10°（或15°），地面采用裸露休闲均整的直线坡、人工锄草和长期不施肥处理。
小区观测属1：1比例尺的真实观测，因而必须保持自然原始状态，尽量减少人为对地形尤其对别层次的干扰破坏。
侵蚀小区各处理必须设置重复（最少需1个）构成一组处理，各处理在径流场内的排列多为对比随机排列，若条件允许也可作对比顺序排列，标准小区组也排列其中。
小区观测应从每年第一次降雨产生侵蚀开始，到最后一次侵蚀降雨结束。因而要保持观测期小区处理的一致性。
3.小区修建及设施
为提高测验精度，坡面侵蚀观测的径流小区布设成宽5m、长20m（水平距）的长方形，且顺坡向为长边；重复小区紧邻，中间被隔板分开。布设形式如图2-3所示。
保护带 集流池 集流池 5m 1#小区 5m 2m 2#小区 挡土墙 2m 20m 图 2- 3 径流小区平面布置图
每组小区设置宽不小于2m的保护带，保护带的处理与小区相同。用三角形小土埂或混凝土板（中间为隔板）把小区与保护带（或小区）分开。混凝土板与隔板高不小于40cm，厚约5cm，埋深不少于20cm。小区顶部应有排洪渠（亦称截水沟），以防止上部坡面径流流入小区。底部设集流槽，将径流泥沙导入集流池或集流桶。集流槽上缘为一水平面，宽不超过5~10cm，集流槽下沿为挡土墙，槽体中部为倾斜的陡槽，将径流泥沙导人集流口，并通过安装在墙体内的集流管，将径流泥沙收集在集流池（桶）中。集流槽多用混凝土或砖砌砂浆模面做成，表面均整光滑，以减少沉积。
目前，小流域综合治理监测的小区径流泥沙多为雨后总量观测，若径流泥沙数量不大，可采用集流池收集。该池平面为一正方形或长方形，利用设在边壁的刻度尺可推算出体积。为了清除泥沙方便，通常在下游的一个角设一小排泥坑，多为10cm310cm310cm尺寸大小（也可留有塞孔）。当用集流桶收集径流泥沙时，可用一个或两个（甚至三个、四个）集流桶连接方式收集。若径流泥沙总量大，则采用集流桶加分流箱收集（如图2-4）。设置分流箱可以加一个（称一级分流）也可每隔一个集流筒（或多个）加一个，采用多级分流办法收集。分流箱为一铁皮制长方箱体，长、宽、高分别为45cm、30cm、45cm，结构如图2-5。箱内安装有两道活动铁丝网和一道挡水板，它能阻挡杂物，不影响出流。挡水板能将翻滚扰动的水流经消力栏消能后转变成稳态流，使水出流平稳，少有波浪。分水箱的分水孔设在近底部约15cm处，水平均匀排列，孔径为2cm或更大。通常分水箱前的集流桶泥沙多，经沉积进入分水箱，泥沙含量逐渐减小。不管分水箱的分水孔有几个，仅收集中间一孔至下一个集流桶。
集流桶分水箱图 2- 4 集流桶、分水箱安装示意图 正视图挡水板消力栏丝网B-B 图 2- 5 分水箱结构图
应该注意，无论采用何种设施收集径流泥沙，顶部均应有防雨遮盖，
以免雨水落入。
径流场除布设各处理小区外，还应按气象部门要求建立小型气象园，主要测定降雨、风、空气湿度、气温、地温、蒸发等要素。
4.小区观测项目、方法与资料整理 （1）分水箱分水系数试验
分水箱的结构变化是为出流均匀服务的，但实践证明中孔出流量小，边孔出流量大。有试验采用上述分水箱，最大误差1.84％，且清水误差小浑水误差大。若改变结构尺寸，需要厘订分水系数。
厘订分水系数是一项细致反复的试验工作过程。设几种试验流量，分别量测每种流量下的中孔出流量和边孔出流量，计算出总流量、分水系数a和误差。我们用该试验浑水加草沫试验记录表来说明。见表2-2。
表 2- 2 分水系数试验记录表
试验流3量 （dm／s） 0.117 0.333 0.800 1.100 分水系数 最大误差 0.171 0.164 0.035 0.074 边孔出流中孔出流 33量 （dm） （dm） 228.77 192.59 196.03 193.73 27.93 22.76 23.68 23.45 总出流量 3（dm） 256.70 215.35 219.71 217.18 分水系数 a 9.191 9.462 9.278 9.261 最大误含沙量 3差 （%） （kg/m） 1.84 1.76 0.38 0.80 3.3 4.7 5.9 5.3 平均 9.298 1.195 表中 总出流量=边孔出流量+中孔出流量 分水系数a=总出流量／中孔出流量
分水系数最大误差是从该流量多次试验中的最大a（或最小a）与平均a值之差；最大误差百分数是分水系数最大误差与多次试验求得的平均分水系数a之比的百分值。
一般分水系数最大误差应控制在1％上下，并在实地安装后，再进行测试，以避免风雨、人、畜影响变化。
（2）径流观测与计算
降雨产流结束后，应立即观测收集的径流量。当为集流池（或仅有集流桶）时，可直接量测浑水位，计算出或用表查出浑水总体积（V浑总）。当有分水箱时，在量得分流前的浑水量（如图2-4中A，或A1，A2）、分流箱的水量（如图2-4中AB、BC）以及分流箱后的出流量（如图2-4中B1、B2和C）后，用已知的分水系数a计算出浑水总量。式为：
V浑总=（VAl+VA2+…）+VAB+（VBl+VB2+VBC）a1+VC2ala2 式中：VAl、VA2…VAB—分流前集流桶和分流箱中的泥水量（m3）；
3
VBl、VB2…VBC—第一次分水量（m）； VC—第二次分水量（m3）；
a1、a2…—试验的第一次、第二次…分水系数。
需知上述取得的数值为含泥沙的浑水量，并非产流真值。从浑水体积中扣除其中泥沙体积，以及集流槽收集的多余径流和其他人为加入水量后，才能得出小区产流量。
即 V净=V浑总-V泥总-PA集-V其它