本发明提供了一种以直接的方式收集和计量任意时段的水流样品并自动记录的小流域暴雨径流自动采集系统，其特征在于采集系统是由抽水、分流和采集三部分机构组成，抽水机构包括一个设置于小流域出口处量水堰观测井内的抽水泵和浮球控制行程开关；分流机构包括对应导水管的下方框架上设置的电机、行程开关、延时继电器J、扭杆开关控制的分水控制盘；采集机构包括框架上设置的分水盘，分水盘上均布的分水槽，每一分水槽开孔与下方的一个集水杯连通。本发明与传统水样收集方法相比自动化程度高，管理方便，更适于野外试验样品和数据的采集。