以小流域内各类坡地及沟道为对象，布设相应的观测设施，对径流泥沙进行系统测定。小流域水土流失观测是建立小流域产流产沙的数学模型、研究小流域治理优化模式、分析计算水土保持措施综合效益、规划设计水土保持工程的基础性工作。

实验小流域站网布设

除特殊需要（如研究泥沙输移规律）外，实验小流域面积以不超过50 km²为宜，其自然条件和土地利用状况需具有代表性。规划时遵循大流域套小流域，综合套单项，大区套小区的原则，并在实验小流域内选3个相似且相邻的支沟小流域，一个小流域有综合治理措施，一个为无措施对比小流域，另一个过1～2年后再实施综合治理措施。如果需要且条件许可，可增加一组支沟小流域实施其他方案的综合分析。对比小流域应在受人类活动影响小的自然状态下，以水土流失自然成因的研究为主，建立流域产流产沙的数学模型，进行参数优选及地区综合分析（参见小流域产沙模型）。对综合治理小流域，在自然状态改变下进行各影响要素的研究，探求人类活动的影响。观测前对研究的小流域进行地形测量，对地质、地貌、土壤、植被、土壤侵蚀及土地利用现状等进行调查，并绘制成图。

径流场（小区）布设和观测设备

径流场布设要服从研究目的及课题设计。选择在地形、坡向、土壤、植被等方面有代表性的场地，场地坡度要均匀，如是林地，应保持地面的枯枝落叶层。为了便于管理，场地布设宜相对集中。根据研究目的及地形、人员等条件，确定试验小区数目和试验内容，一为无措施的参照小区，其他为采取不同措施小区。中国早期设置的小区一般宽5 m、长20 m（水平距）。20世纪80年代，配合人工模拟降雨试验常采用2 m×5 m或2 m×10 m的小区。观测设施、仪器有：护埂、承水槽、集水池以及自记雨量计、自记水位计和定时自动取沙装置。大型径流场使用的设备有：H形量水槽、自记水位与自动取沙设备，H形量水槽配有集水槽与分水箱等设备。

沟道径流站选址设计与测验方法

根据站网布设规划，对观测断面进行具体设计，包括断面选位、测流方案确定、测流建筑物设计和测验仪器选择等。断面需设在主沟及支沟出口附近，以控制集水区径流泥沙。地点选在沟道顺直、沟床稳定、无回水影响的地段，必要时进行整理。测验方法应按沟道可能出现的最大、最小流量，悬移质及推移质含沙量等进行选择。方便、精确的方法是测流槽和溢流堰，如槛呈三角形的量水槽的测验范围为0.1～630 cm³/s，在流量大、河槽固定的沟段测流可用流速仪，或用核测法、磁测法测流。在有水闸、溢流坝等水工建筑物的地方，可率定建筑物的水位—流量关系用于计算。在水流汹涌、岩石堆积、地势复杂的石山区沟道，可采用溶液法或用光学流速仪测流。测定悬移质含沙量用常规法，也可用同位素含沙量计或光电测沙仪。测定推移质有机械采样器、推移质测槽、示踪测验等方法，也可实行单站遥测、多站巡测及流域集控系统等自动测报方式。

其他观测项目

包括流域降雨量、水面及陆地蒸发、土壤含水量、土壤理化性质、入渗情况等，以便揭示水量平衡要素物理过程的实质。