專利名稱：風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬荒漠化監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種適用于風蝕區(qū)土壤侵蝕速率監(jiān)測的土壤侵蝕標尺。
背景技術(shù)：
我國是世界上受沙漠化危害最嚴重的國家之一，每年因沙漠化造成的直接經(jīng)濟損失超過540億元。風沙危害嚴重地區(qū)，風沙蠶食可利用土地，掩埋村舍，甚至造成人員傷亡。 目前，全國已有1000萬畝耕地、3525萬畝草地和9585萬畝林地與灌草地沙化，全國有2. 4 萬多個村莊，1400公里鐵路、3萬公里公路和5萬多公里灌渠常年遭受沙害威脅，形勢十分嚴峻。因此，加強風蝕地區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測，研究風沙運動規(guī)律，對制定行之有效的防治風沙危害的措施具有重要的實踐意義。目前還沒有研究者普遍認可和廣泛采用的野外風蝕地區(qū)土壤侵蝕監(jiān)測工具，常用的方法是預(yù)埋水泥樁、竹簽等簡易參照物，采用傳統(tǒng)測量工具監(jiān)測風蝕狀況，現(xiàn)用工具和方法大多存在操作不便、精度不夠、效率不高等問題。當前在風沙運動相關(guān)研究方面，還缺少科學(xué)可行的侵蝕速率監(jiān)測工具。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺。本發(fā)明提供的風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺，其為由四個首尾順次相連的第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面和第四側(cè)面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側(cè)面為凸弧面，第一側(cè)面和第二側(cè)面相交的棱為第一棱，第二側(cè)面和第三側(cè)面相交的棱為第二棱，第三側(cè)面和第四側(cè)面相交的棱為第三棱，第四側(cè)面和第一側(cè)面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關(guān)于第一棱和第三棱所在的平面對稱，第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，第一側(cè)面和第二側(cè)面分別在其與第一棱相交的一側(cè)涂覆與側(cè)面本體不同的顏色， 第二側(cè)面和第三側(cè)面分別在其與第二棱相交的一側(cè)、第三側(cè)面和第四側(cè)面分別在其與第三棱相交的一側(cè)和/或第四側(cè)面和第一側(cè)面分別在其與第四棱相交的一側(cè)設(shè)置刻度。本發(fā)明，將上述的柱體定義為凸弧面棱柱。優(yōu)選的，第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線的弧長大于第三側(cè)面對應(yīng)的第三弧線的弧長。其中，所述第一弧線和第二弧線的夾角為5 15° ；所述第三弧線和第四弧線的夾角為30 45°。本發(fā)明，兩條弧線的夾角是指分別以兩弧線的交點做切線，所求出的兩條切線的夾角。其中，所述刻度包括正值刻度、0刻度和負值刻度，優(yōu)選的，0刻度位于正值刻度和負值刻度中間。其中，最小刻度優(yōu)選為毫米。其中，正值刻度所在區(qū)域的顏色和負值刻度所在區(qū)域的顏色不同，優(yōu)選，二者的原色區(qū)分度應(yīng)當大。如，黑和紅、藍和黑、紅和藍、黃和紅、黃和黑等。更優(yōu)選地，正值刻度所在的區(qū)域的顏色為黑色，負值刻度所在區(qū)域的顏色為紅色。本發(fā)明中，可用本領(lǐng)域公知的方法進行顏色處理，如噴涂、浸染等，或采用符合要求的著色材料加工而成。本發(fā)明提供的標尺優(yōu)選由硬質(zhì)塑料、鋁合金或竹材等材料制成，更優(yōu)選由硬質(zhì)塑料材料制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)風蝕區(qū)的風力侵蝕特點，設(shè)計本發(fā)明侵蝕標尺的長度，優(yōu)選總長度設(shè)計成40cm，黑色正值部分為20cm，紅色負值部分為20cm。這樣的長度基本可用于所有的風蝕區(qū)的土壤侵蝕速率監(jiān)測。用本發(fā)明提供的風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺進行土壤侵蝕速率的監(jiān)測，其包括如下步驟1)在預(yù)選監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，按照行列式布設(shè)侵蝕標尺，侵蝕標尺垂直埋于監(jiān)測樣地表面，0刻度線與地表齊平，正值部分掩埋在地表以下，使侵蝕標尺尖銳一端(即相鄰兩側(cè)面角度較小的棱)迎向風向，并依次編號；2)按照預(yù)定的監(jiān)測方案要求，采用人工讀數(shù)或借助數(shù)碼照相機拍照并讀數(shù)的方法依次讀出各侵蝕標尺度數(shù)。讀數(shù)為正，表示侵蝕標尺受侵蝕而裸露；讀數(shù)為負，表示侵蝕標尺被堆積掩埋；3)計算出監(jiān)測樣地平均土層侵蝕厚度，乘以監(jiān)測樣地土壤容重和面積，可計算出
土壤侵蝕量。本發(fā)明侵蝕標尺外形設(shè)計充分應(yīng)用流體力學(xué)原理和風沙運動一般規(guī)律，采用了凸弧面棱柱的外形設(shè)計，盡可能避免了因侵蝕標尺的布設(shè)，而引起外營力流體力學(xué)特征的變化，以降低測量誤差；可規(guī)避采用傳統(tǒng)測量工具量測量測過程中的量具因素、人為因素、視覺因素和環(huán)境因素，提高工作效率和測量精度；本發(fā)明的標尺的齊地線定義為0刻度線，標識柱黑色部分刻度為正，表示侵蝕標尺被掩埋，紅色部分刻度為負，標識侵蝕標尺受侵蝕裸露，判斷簡單直觀。


圖1為本發(fā)明標尺的主視圖，其中不同陰影表示不同的顏色。圖2所示為本發(fā)明標尺的底面，其中Si、S2、S3和S4分別表示第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面和第四側(cè)面所對應(yīng)的弧線。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1所示為本發(fā)明標尺的主視圖。圖2所示為本發(fā)明標尺的底面。本發(fā)明的用于風蝕區(qū)土壤侵蝕速率監(jiān)測的土壤侵蝕標尺，其為由四個首尾順次相連的第一側(cè)面、第二側(cè)面、 第三側(cè)面和第四側(cè)面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側(cè)面為凸弧面，第一側(cè)面和第二側(cè)面相交的棱為第一棱，第二側(cè)面和第三側(cè)面相交的棱為第二棱，第三側(cè)面和第四側(cè)面相交的棱為第三棱，第四側(cè)面和第一側(cè)面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關(guān)于第一棱和第三棱所在的平面對稱，因此，第一側(cè)面對應(yīng)的第一弧線(Si)的弧度和弧長與第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線(S》的弧度和弧長相同，第三側(cè)面對應(yīng)的第三弧線(s;3)的弧度和弧長與第四側(cè)面對應(yīng)的第四弧線(S4)的弧度和弧長相同，第二弧線(S2)所在圓的半徑大于第三弧線 (S3)所在圓的半徑，第一側(cè)面和第二側(cè)面分別在其與第一棱相交的一側(cè)涂覆與側(cè)面本體不同的顏色，第二側(cè)面和第三側(cè)面分別在其與第二棱相交的一側(cè)、第三側(cè)面和第四側(cè)面分別在其與第三棱相交的一側(cè)和第四側(cè)面和第一側(cè)面分別在其與第四棱相交的一側(cè)設(shè)置刻度。 將正值刻度所在的區(qū)域涂覆成黑色，將負值刻度所在區(qū)域涂覆成紅色。當然，本發(fā)明不限于這兩種顏色。本實施方案中，第一弧線(Si)和第二弧線(S2)的夾角為10°，第三弧線(S3)和第四弧線(S4)的夾角為40°。本實施方案中，標尺橫截面寬(最寬處)lcm，長3cm，第一弧線(Si)所在圓的半徑為6. 6cm，第三弧線(S3)所在圓的半徑為1. 7cm，標尺總長度為40cm，正值部分和負值部分分別為20cm，最小刻度為毫米，正值刻度和正值刻度中間為零刻度。侵蝕標尺總長度和正負值部分長度，可根據(jù)實際需要進行調(diào)整。本實施方案中，標尺用透明硬質(zhì)塑料制成，但也可由其它材料制成。使用時，將標尺埋于預(yù)選的監(jiān)測區(qū)內(nèi)，0刻度線與地表對齊，露出黑色的負值部分， 依次編號；按照預(yù)定的監(jiān)測方案要求，采取數(shù)碼照相機成像或人工讀數(shù)的方式，依次讀出各侵蝕標尺被掩埋或裸露高度，通過計算監(jiān)測樣地土壤侵蝕平均厚度，乘以監(jiān)測樣地面積和土壤容重，即可計算出土壤侵蝕量。實施例1在風洞內(nèi)模擬完成了秋翻耕耙平地和裸露沙地風蝕量監(jiān)測，試驗風速分別為 4m · s"\8m · S^1U2m · s—1，共布設(shè)侵蝕標尺3列3行，列間距為0. 5m,行距為Im,與實際侵蝕量相比，使用該侵蝕標尺測量秋翻耕耙平地侵蝕量的精度分別達到95. 17%,97. 06%, 97. 74%，測量裸露沙地侵蝕量的精度分別達到97. 85%,98. 31%,98. 75%。在風洞模擬條件下，侵蝕標尺的測量精度達到95%以上。實施例2在河北豐寧小壩子鄉(xiāng)完成了該標尺的野外監(jiān)測精度測定工作，設(shè)置監(jiān)測小區(qū)面積為50m2，共布設(shè)侵蝕標尺4列5行，列間距為lm，行間距為2m，連續(xù)進行了 5次獨立觀測試驗，平均風速分別為10. 6m · s人12. 3m · s人7. 20m · s人11. 35m · s人8. 51m · s人以風蝕盤法(國內(nèi)外風蝕監(jiān)測方法回顧與評述，戴海倫，金復(fù)鑫，張科利.地球科學(xué)進展[J]. 2011， 26 (4) :401-408)的測量精度為基準，該標尺的測量精度分別為94. 24 %,95. 68 %, 93. 72%,95. 83%,93. 84%，最低精度達到 93. 72%。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺，其特征在于，其為由四個首尾順次相連的第一側(cè)面、第二側(cè)面、第三側(cè)面和第四側(cè)面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側(cè)面為凸弧面，第一側(cè)面和第二側(cè)面相交的棱為第一棱，第二側(cè)面和第三側(cè)面相交的棱為第二棱，第三側(cè)面和第四側(cè)面相交的棱為第三棱，第四側(cè)面和第一側(cè)面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關(guān)于第一棱和第三棱所在的平面對稱，第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，其中，第一側(cè)面和第二側(cè)面分別在其與第一棱相交的一側(cè)涂覆與側(cè)面本體不同的顏色，第二側(cè)面和第三側(cè)面分別在其與第二棱相交的一側(cè)、第三側(cè)面和第四側(cè)面分別在其與第三棱相交的一側(cè)和/或第四側(cè)面和第一側(cè)面分別在其與第四棱相交的一側(cè)設(shè)置刻度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標尺，其特征在于，第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線的弧長大于第三側(cè)面對應(yīng)的第三弧線的弧長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標尺，其特征在于，所述第一弧線和第二弧線的夾角為5 15°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標尺，其特征在于，所述第三弧線和第四弧線的夾角為30 45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標尺，其特征在于，所述刻度包括正值刻度、0刻度和負值刻度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標尺，其特征在于，最小刻度為毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的標尺，其特征在于，其中，正值刻度所在區(qū)域的顏色和負值刻度所在區(qū)域的顏色不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的標尺，其特征在于，正值刻度所在的區(qū)域的顏色為黑色，負值刻度所在區(qū)域的顏色為紅色。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任一項所述的標尺，其特征在于，所述標尺由硬質(zhì)塑料、鋁合金、 竹材或木材制成。
10.權(quán)利要求1 9任一項所述的標尺在風蝕區(qū)土壤侵蝕速率監(jiān)測中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風蝕區(qū)土壤侵蝕標尺，其為四個側(cè)面為凸弧面的柱體，所述柱體關(guān)于第一側(cè)面和第二側(cè)面相交的棱和第三側(cè)面和第四側(cè)面相交的棱所在的平面對稱，第二側(cè)面對應(yīng)的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，其中，第一側(cè)面和第二側(cè)面分別在其與第一棱相交的一側(cè)涂覆與側(cè)面本體不同的顏色，第二側(cè)面和第三側(cè)面分別在其與第二棱相交的一側(cè)、第三側(cè)面和第四側(cè)面分別在其與第三棱相交的一側(cè)和/或第四側(cè)面和第一側(cè)面分別在其與第四棱相交的一側(cè)設(shè)置刻度。本發(fā)明提供的標尺有效避免了采用傳統(tǒng)測量工具量測過程中的量具因素、人為因素、視覺因素和環(huán)境因素，提高了工作效率和測量精度。
文檔編號G01N33/24GK102565302SQ20111040209
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者楊建英, 祁有祥, 趙廷寧, 辜再元 申請人:北京北林綠源生態(tài)技術(shù)研究院有限責任公司