專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)方法，具體涉及一種測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
沖溝通常是指由于暫時(shí)性流水的沖刷作用，在坡地形成的深溝。沖溝侵蝕是一種重要的土壤侵蝕方式，它加速土壤侵蝕速率，造成嚴(yán)重的土地退化。同時(shí)，沖溝發(fā)育加劇地表破碎化進(jìn)程，影響土地耕作及其它土地利用，威脅道路、建筑等設(shè)施。沖溝還是流域產(chǎn)沙的重要來(lái)源，Poesen等總結(jié)了全球56個(gè)地區(qū)沖溝侵蝕量占土壤侵蝕總量的比例，其中有43個(gè)地區(qū)的比例超過(guò)了 30%，最高比例達(dá)到了 94%。國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究也表明，在我國(guó)，包括沖溝、切溝在內(nèi)的溝谷侵蝕產(chǎn)沙量可占流域產(chǎn)沙總量的一半以上。近年來(lái)沖溝侵蝕逐漸成為土壤侵蝕研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。然而，由于沖溝發(fā)育過(guò)程復(fù)雜，影響因素眾多，實(shí)驗(yàn)?zāi)M困難，研究難度大，相對(duì)于坡面侵蝕，對(duì)沖溝侵蝕的機(jī)理研究還較為薄弱。在沖溝發(fā)育地帶，溝床植被對(duì)徑流能量及泥沙運(yùn)動(dòng)存在重要影響，它有效降低徑流動(dòng)能，攔截徑流泥沙，導(dǎo)致泥沙淤積位置上移，溝床坡降降低，進(jìn)而影響了溝頭溯源侵蝕的速率及整個(gè)沖溝的活躍程度，然而溝床植被對(duì)徑流消能攔沙作用機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效、合理的測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，包括如下步驟:步驟一、布置5個(gè)平行的溝床,溝床沿水流方向的長(zhǎng)度為20m,寬度為2m,在部分溝床內(nèi)種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，植被帶沿水流方向的長(zhǎng)度分別為O m、4m、8 m、12 m和16 m,并通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度,在溝床的上游方向設(shè)置有穩(wěn)流池，溝床沿水流方向的長(zhǎng)度上，每隔2m設(shè)置有一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；
步驟二、利用穩(wěn)流池進(jìn)行2至3次的放水試驗(yàn)，控制每次放水的流量為5 m 3/h，每次放水沖刷時(shí)間為lh，在監(jiān)測(cè)斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過(guò)該斷面的徑流樣，用于監(jiān)測(cè)植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時(shí)在監(jiān)測(cè)斷面上，每IOmin監(jiān)測(cè)一次通過(guò)斷面時(shí)徑流的流速、徑流深、徑流寬；
步驟三、在每次放水試驗(yàn)后，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)后沉降一周，再進(jìn)行下次試驗(yàn)，并保證每個(gè)溝床的放水試驗(yàn)次數(shù)相同；
步驟四、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、
—■.---，
步驟五、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、--.---，
步驟六、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、
—■.---，
步驟七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、三；
即完成了測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)。更進(jìn)一步的方案是:所述步驟二中，通過(guò)流量計(jì)控制每次放水的流量為5 m Vh0步驟三中，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)是指在溝床上，對(duì)放水試驗(yàn)后沖刷流失的土壤進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后溝床上無(wú)明顯的沖刷痕跡，且修補(bǔ)采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類(lèi)型、性質(zhì)相同的土壤表層土。本發(fā)明能夠盡量準(zhǔn)確的模擬沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)，從植被帶的長(zhǎng)度、植被蓋度的不同設(shè)置，可以反映實(shí)際情況下不同植被狀況對(duì)徑流消能和攔沙效應(yīng)的影響。在試驗(yàn)測(cè)定中，植被分布方式為從下游向上游延伸的方式，這是由于溝床植被通常是從下游逐漸向上游生長(zhǎng)的，因此這種原位試驗(yàn)不涉及土體搬移，對(duì)土體結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較少，兼之植被分布方式非常接近實(shí)際情況，因此本模擬試驗(yàn)方法較傳統(tǒng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn)而言更符合實(shí)際，所得結(jié)果與實(shí)際情況更加逼近。利用本發(fā)明的試驗(yàn)方法，可以模擬不同植被生長(zhǎng)模式和植被蓋度下沖溝發(fā)育過(guò)程，探明溝床植被狀況對(duì)徑流能量的消減機(jī)制及減沙攔沙作用機(jī)理，對(duì)揭示植被對(duì)沖溝活躍程度的影響機(jī)理具有重要意義，同時(shí)對(duì)地貌學(xué)和土壤侵蝕學(xué)中關(guān)于沖溝的發(fā)育過(guò)程和穩(wěn)定機(jī)制的闡述起到一定的補(bǔ)充完善作用。試驗(yàn)方法整體設(shè)計(jì)合理，具有可操作性，適宜于沖溝發(fā)育地區(qū)開(kāi)展類(lèi)似研究時(shí)大 力推廣。


圖1為本發(fā)明模擬試驗(yàn)示意圖。圖2為本發(fā)明五個(gè)溝床及植被示意圖。圖3為本發(fā)明中某一植被分布模式下的5個(gè)植被蓋度不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。一種測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，包括如下步驟: 步驟一、如附圖1所示，布置5個(gè)平行的溝床I,溝床沿水流方向的長(zhǎng)度為20m,寬度為
2m,在部分溝床內(nèi)種植被,植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶3,植被帶沿水流方向的長(zhǎng)度分別為O m、4 m、8 m、12 m和16 m，并通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度，在溝床的上游方向設(shè)置有穩(wěn)流池2，溝床沿水流方向的長(zhǎng)度上，每隔2m設(shè)置有一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；附圖1中箭頭方向即為徑流流向；
步驟二、利用穩(wěn)流池2進(jìn)行2至3次的放水試驗(yàn)，通過(guò)流量計(jì)控制每次放水的流量為5m 3/h，每次放水沖刷時(shí)間為lh，穩(wěn)流池放水后，經(jīng)過(guò)布置在溝床I上游方向的跌坎5，可以使水更均勻平鋪到溝床上，在監(jiān)測(cè)斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過(guò)該斷面的徑流樣，用于監(jiān)測(cè)植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時(shí)在監(jiān)測(cè)斷面上，每IOmin監(jiān)測(cè)一次通過(guò)斷面時(shí)徑流的流速、徑流深、徑流寬，以計(jì)算Fr、Re等水動(dòng)力學(xué)參數(shù)；在溝床下游方向，有一個(gè)收集徑流的徑流桶4 ；
步驟三、在每次放水試驗(yàn)后，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)后沉降一周，再進(jìn)行下次試驗(yàn)，并保證每個(gè)溝床的放水試驗(yàn)次數(shù)相同；
步驟四、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、
三； 步驟五、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、三；
步驟六、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、三；
步驟七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、三；
即完成了測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)。步驟三中，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)是指在溝床上，對(duì)放水試驗(yàn)后沖刷流失的土壤進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后溝床上無(wú)明顯的沖刷痕跡，且修補(bǔ)采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類(lèi)型、性質(zhì)相同的土壤表層土。如附圖2所示，為本發(fā)明五個(gè)溝床及植被示意圖；而附圖3為本發(fā)明中具有16m長(zhǎng)植被帶的植被分布模式下的5個(gè)植被蓋度示意圖。本發(fā)明能夠比較簡(jiǎn)單的測(cè)定得到夠溝床植被與徑流消能攔沙效應(yīng)的關(guān)系，有很大的利用及推廣價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一、布置5個(gè)平行的溝床,溝床沿水流方向的長(zhǎng)度為20m,寬度為2m,在部分溝床內(nèi)種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，植被帶沿水流方向的長(zhǎng)度分別為O m、4m、8 m、12 m和16 m,并通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度,在溝床的上游方向設(shè)置有穩(wěn)流池，溝床沿水流方向的長(zhǎng)度上，每隔2m設(shè)置有一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面； 步驟二、利用穩(wěn)流池進(jìn)行2至3次的放水試驗(yàn)，控制每次放水的流量為5 m 3/h，每次放水沖刷時(shí)間為lh，在監(jiān)測(cè)斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過(guò)該斷面的徑流樣，用于監(jiān)測(cè)植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時(shí)在監(jiān)測(cè)斷面上，每IOmin監(jiān)測(cè)一次通過(guò)斷面時(shí)徑流的流速、徑流深、徑流寬； 步驟三、在每次放水試驗(yàn)后，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)后沉降一周，再進(jìn)行下次試驗(yàn)，并保證每個(gè)溝床的放水試驗(yàn)次數(shù)相同； 步驟四、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、—■.---， 步驟五、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、—■.---， 步驟六、通過(guò)剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、—■.---， 步驟七、剪除全部植 被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復(fù)步驟二、三； 即完成了測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟二中，通過(guò)流量計(jì)控制每次放水的流量為5 m Vh0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟三中，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)是指在溝床上，對(duì)放水試驗(yàn)后沖刷流失的土壤進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)后溝床上無(wú)明顯的沖刷痕跡，且修補(bǔ)采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類(lèi)型、性質(zhì)相同的土壤表層土。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)定沖溝溝床植被對(duì)徑流消能及攔沙效應(yīng)的模擬試驗(yàn)方法，包括步驟一、布置5個(gè)平行的溝床，在部分溝床內(nèi)種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，在溝床的上游方向設(shè)置有穩(wěn)流池，溝床沿水流方向的長(zhǎng)度上，每隔2m設(shè)置有一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面；步驟二、利用穩(wěn)流池進(jìn)行2至3次的放水試驗(yàn)，在監(jiān)測(cè)斷面上，每隔10min，監(jiān)測(cè)植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；監(jiān)測(cè)一次通過(guò)斷面時(shí)徑流的流速、徑流深、徑流寬；步驟三、在每次放水試驗(yàn)后，對(duì)地形進(jìn)行修復(fù)，再進(jìn)行下次試驗(yàn)。利用本發(fā)明的試驗(yàn)方法，可以模擬不同植被生長(zhǎng)模式和植被蓋度下沖溝發(fā)育過(guò)程，探明溝床植被狀況對(duì)徑流能量的消減機(jī)制及減沙攔沙作用機(jī)理。
文檔編號(hào)G01N33/24GK103105480SQ20131003102
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者熊東紅, 楊丹, 董一帆, 蘇正安, 李佳佳, 張寶軍, 鄭學(xué)用 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所