本發(fā)明涉及土壤侵蝕監(jiān)測，更具體地指一種雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器及其測定方法。

背景技術(shù)：

坡面土壤侵蝕過程和水文特性是水土保持學(xué)科研究中必不可少的內(nèi)容之一，然而，不同徑流組分在坡面水蝕過程中的相對重要性問題沒有引起足夠的重視，傳統(tǒng)的坡面土壤侵蝕過程測量多集中在面蝕和細(xì)溝侵蝕方面，主要關(guān)注地表徑流這一水文過程，忽視了壤中流對侵蝕過程的影響。壤中流能夠通過影響土壤孔隙水壓力對土壤剪切強度產(chǎn)生影響，測滲過程中的水力梯度勢差能夠改變土壤顆粒脫離土壤基質(zhì)的阻力，同時對已經(jīng)剝離進(jìn)入壤中流中的土粒進(jìn)行搬運。以往徑流小區(qū)設(shè)備的研究主要停留在坡面地表徑流的采集，無法測定壤中流流量，容易產(chǎn)生較大的誤差，影響土壤侵蝕量測量的精度。壤中流形成過程的定量研究及計算相對滯后，以至于無法對坡面水蝕過程進(jìn)行深入細(xì)化的研究。同時，坡面侵蝕試驗?zāi)Ｐ鸵竽軌蛘{(diào)節(jié)坡度，盡管部分模型達(dá)到這一要求，但是隨著科學(xué)研究的不斷深入，對坡面形態(tài)要求也越來越復(fù)雜，越來越多的研究需要變換坡面的凹凸形態(tài)，從而分析不同凹凸形態(tài)坡面對土壤水蝕過程的影響，所以設(shè)計一種雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能按照實驗要求設(shè)置坡面不同凹凸形態(tài)的徑流小區(qū)，解決了地表徑流和壤中流的觀測問題，從而提供一種變坡侵蝕測定儀器。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，包括至少兩節(jié)土壤侵蝕槽；所有土壤侵蝕槽設(shè)置在一條直線上，構(gòu)成土壤侵蝕槽鏈；每節(jié)土壤侵蝕槽均為上端開口的空腔，所述土壤侵蝕槽，相鄰?fù)寥狼治g槽之間連通；所有土壤侵蝕槽兩端均連接有升降調(diào)節(jié)裝置，所述升降調(diào)節(jié)裝置用于分別調(diào)節(jié)所述土壤侵蝕槽兩端的高度；所述土壤侵蝕槽的槽底均設(shè)置有土壤侵蝕槽底部擋板，所述土壤侵蝕槽底部擋板與所述土壤侵蝕槽槽底之間設(shè)置有空隙，所述土壤侵蝕槽底部擋板上設(shè)置有壤中流采集孔陣列，所述壤中流采集孔陣列由壤中流采集孔組成；

所述土壤侵蝕槽鏈一端的所述土壤侵蝕槽的外端面為侵蝕測定板，所述侵蝕測定板上設(shè)置有壤中流測定孔陣列；所述壤中流測定孔陣列由壤中流測定孔組成；所述侵蝕測定板的外側(cè)面設(shè)置有壤中流收集器。

進(jìn)一步地，所有土壤侵蝕槽內(nèi)均設(shè)置有土壤侵蝕槽分隔板，所述土壤侵蝕槽分隔板所處平面與土壤侵蝕槽連接方向相平行；所述土壤侵蝕槽分隔板將所述土壤侵蝕槽分隔為容積相等的兩個部分；所述土壤侵蝕槽分隔板分隔所述侵蝕測定板為兩部分，一部分為地表徑流導(dǎo)流板，另一部分為壤中流測定板；所述地表徑流導(dǎo)流板上的壤中流測定孔全部密封，所述地表徑流導(dǎo)流板上端外側(cè)連接有地表徑流收集槽，所述地表徑流收集槽連接有地表徑流收集器。

進(jìn)一步地，所述土壤侵蝕槽設(shè)置有兩節(jié)，分別為下部土壤侵蝕槽、上部土壤侵蝕槽；所述下部土壤侵蝕槽遠(yuǎn)離所述上部土壤侵蝕槽的端面為所述侵蝕測定板；所述下部土壤侵蝕槽槽底與所述上部土壤侵蝕槽槽底通過連接絞盤轉(zhuǎn)動連接，所述下部土壤侵蝕槽槽底與所述上部土壤侵蝕槽槽底的連接處設(shè)置有塑膠過渡帶，所述塑膠過渡帶用于密封所述連接絞盤處土壤。

所述升降調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置于地面上的模型固定支架、下部液壓升降機、上部液壓升降機；所述連接絞盤與下部液壓升降機的活動端相連接，所述下部液壓升降機的固定端的與所述模型固定支架相連接；所述上部土壤侵蝕槽遠(yuǎn)離所述連接絞盤一端下方與所述上部液壓升降機的活動端相連接，所述上部液壓升降機的固定端與所述固定支架相連接；所述下部土壤侵蝕槽遠(yuǎn)離所述連接絞盤一端的下方設(shè)置有支撐絞盤，所述下部土壤侵蝕槽通過所述支撐絞盤與所述模型固定支架轉(zhuǎn)動連接。

進(jìn)一步地，所述壤中流收集器間隔設(shè)置有至少兩個壤中流輸出管，所述壤中流輸出管內(nèi)設(shè)置有閥門。

進(jìn)一步地，相鄰所述壤中流采集孔之間的距離為2cm，所述壤中流采集孔內(nèi)徑為1cm；相鄰所述壤中流測定孔之間的距離為2cm，所述壤中流測定孔內(nèi)徑為1cm；所述土壤侵蝕槽底部擋板與所述土壤侵蝕槽槽底之間的空隙高5～10cm。

進(jìn)一步地，所述土壤侵蝕槽兩側(cè)設(shè)置有防滑踏板以及扶手。

應(yīng)用雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的測定方法，包括如下步驟：

步驟一、從野外采集土壤樣品，根據(jù)實驗設(shè)計，對土壤樣品進(jìn)行過篩；在所述下部土壤侵蝕槽和所述上部土壤侵蝕槽內(nèi)分層裝填上述土壤樣品；壓實土壤樣品，并控制土壤容重和初始含水量在實驗設(shè)計的范圍內(nèi)；

步驟二、通過所述上部液壓升降機和所述下部液壓升降機將所述下部土壤侵蝕槽和所述上部土壤侵蝕槽調(diào)整到實驗設(shè)計所需的坡度和凹凸形態(tài)；

步驟三、率定降雨強度，調(diào)整人工降雨器至實驗預(yù)設(shè)的雨強，將變坡侵蝕測定儀器置于人工降雨器的降雨區(qū)域；

步驟四、打開所述閥門，打開人工降雨器，開始降雨實驗；

步驟五、觀察地表徑流收集器及壤中流收集器流出的水流，一旦出現(xiàn)成股的持續(xù)穩(wěn)定攜沙水流，記錄產(chǎn)流時刻和降雨歷時；待坡面土壤產(chǎn)流穩(wěn)定后，每2min收集一次地表和壤中流徑5流泥沙樣至降雨結(jié)束，整個降雨過程中，測量地表徑流和壤中流徑流泥沙總樣的質(zhì)量、徑流量和產(chǎn)沙量多個參數(shù)；

步驟六、降雨結(jié)束后，測量侵蝕槽內(nèi)土壤雨后含水率、坡面侵蝕形態(tài)、細(xì)溝的數(shù)量和尺寸、土壤容重。

步驟五中還包括分別從所述下部土壤侵蝕槽和所述上部土壤侵蝕槽的上、中、下三個位置用染色劑法測量地表徑流流速，觀察并記錄帶色徑流的型態(tài)。

本發(fā)明雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器主要優(yōu)點如下：操作方便，測控精度高，利用雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器構(gòu)造不同凹凸形態(tài)的坡面微地形，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同地形條件下土壤水蝕過程精確模擬；通過測定整個降雨過程中壤中流、地表徑流、泥沙、坡面侵蝕形態(tài)、細(xì)溝的數(shù)量和尺寸等重要參數(shù)，能夠?qū)⒄麄€降雨過程中土壤水蝕的發(fā)生發(fā)展規(guī)律進(jìn)行定量分析，應(yīng)用范圍廣。雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器設(shè)置在模型固定支架上，方便移動，適用于室外天然降雨監(jiān)測實驗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的俯視圖。

圖2為本發(fā)明雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明土壤侵蝕槽底部蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：地表徑流收集器1；壤中流收集器2；土壤侵蝕槽下部擋板3；扶手4；腳踏板5；地表徑流導(dǎo)流板6；土壤侵蝕槽底部擋板7；下部土壤侵蝕槽8；土壤侵蝕槽分隔板9；塑膠過渡帶10；模型固定支架11；下部液壓升降機12；上部液壓升降機13；上部土壤侵蝕槽14。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，但該實施例不應(yīng)該理解為對本發(fā)明的限制，僅作舉例而已，同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。

如附圖所示，雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，包括設(shè)置由下部土壤侵蝕槽8、上部土壤侵蝕槽14和鋼架焊接而成的模型固定支架11，所述下部土壤侵蝕槽8一端與模型固定支架11鉸接，另一端與下部液壓升降機12鉸接，所述上部土壤侵蝕槽14一端與下部液壓升降機12鉸接，另一端與上部液壓升降機13鉸接；所述上部土壤侵蝕槽14與下部土壤侵蝕槽8通過塑膠過渡帶10連接，所述土壤侵蝕槽通過土壤侵蝕槽分隔板9分隔為左右兩部分，便于平行對照試驗的樣本設(shè)置，所述土壤侵蝕槽兩側(cè)均設(shè)有扶手4，腳踏板5；

所述下部土壤侵蝕槽8傾斜角度可通過下部液壓升降機12進(jìn)行調(diào)整，角度調(diào)整范圍在0～30度之間；所述上部土壤侵蝕槽14傾斜角度可通過上部液壓升降機12和下部液壓升降機13進(jìn)行調(diào)整，角度調(diào)整范圍在-30～30度之間；

所述下部土壤侵蝕槽8的尾部設(shè)置有土壤侵蝕槽下部擋板3和土壤侵蝕槽底部擋板7，下部土壤侵蝕槽8的下方連接有壤中流收集器2，壤中流收集器2上方設(shè)置有白鐵皮打制而成的地表徑流導(dǎo)流板6，即運用地表徑流導(dǎo)流板6的密封作用限制地表徑流只能漫過地表徑流導(dǎo)流板6流向收集器，實現(xiàn)地表徑流與壤中流分離的功能；所述下部土壤侵蝕槽8通過地表徑流導(dǎo)流板6連接T型地表徑流收集器1。

優(yōu)選地，下部土壤侵蝕槽8為長4m、寬2m、深70cm的鋼槽，上部土壤侵蝕槽14為長3m、寬2m、深70cm的鋼槽，所述土壤侵蝕槽槽底為鋼板封底，在距離土壤侵蝕槽槽底5cm處設(shè)置有土壤侵蝕槽底部擋板7，所述土壤侵蝕槽底部擋板分為上下兩部分，下部土壤侵蝕槽底部擋板長為4m、寬為2m，上部土壤侵蝕槽底部擋板長為3m、寬為2m，所述土壤侵蝕槽底部擋板7上均勻布設(shè)著間隔為2cm、內(nèi)徑為1cm的壤中流采集孔。

優(yōu)選地，壤中流收集器2為長50cm、寬2m、深70cm的鋼槽，與下部土壤侵蝕槽焊接在一起，通過土壤侵蝕槽下部擋板3與侵蝕槽內(nèi)土樣隔開，通過土壤侵蝕槽分隔板9分隔為左右兩個部分，壤中流收集器的左下角和右下角分別開有內(nèi)徑2cm的壤中流輸出管，壤中流輸出管通過閥門開關(guān)，當(dāng)實驗不需要測壤中流流量時關(guān)閉閥門即可。

優(yōu)選地，腳踏板5為長50cm、寬40cm的金屬防滑板，固定在土壤侵蝕槽兩側(cè)，其中下部土壤侵蝕槽8左右兩側(cè)各布設(shè)了7塊腳踏板，上部土壤侵蝕槽14左右兩側(cè)各布設(shè)了5塊腳踏板，扶手4分為兩部分，其中焊接在下部土壤侵蝕槽腳踏板外側(cè)的為長4m、高90cm的矩形鋼制扶手，焊接在上部土壤侵蝕槽腳踏板外側(cè)的為長3m、高90cm的矩形鋼制扶手。通過腳踏板和扶手的設(shè)置，便于實驗操作人員現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。

應(yīng)用上述雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的土壤水蝕過程測定方法，包括如下步驟：

步驟一、從野外采集土樣，根據(jù)實驗設(shè)計，過篩后，在土壤侵蝕槽內(nèi)分層裝填、壓實實驗用土并控制土壤容重和初始含水量。

步驟二、通過上部液壓升降機12和下部液壓升降機13將土壤侵蝕槽調(diào)整到實驗設(shè)計所需的坡度和凹凸形態(tài)。

步驟三、正式降雨前，要率定降雨強度，然后調(diào)整至實驗所需的雨強，將土壤水蝕過程測定儀器置于降雨區(qū)域。

步驟四、打開壤中流收集器閥門，并將地表徑流導(dǎo)流板6蓋在壤中流收集器2上方與T型地表徑流收集器1連接，打開人工降雨器，開始降雨實驗。

步驟五、觀察當(dāng)?shù)乇韽搅鞒隽骺诤腿乐辛鞒隽骺谝坏┏霈F(xiàn)成股的持續(xù)穩(wěn)定攜沙水流，記錄產(chǎn)流時刻和降雨歷時。坡面土壤產(chǎn)流穩(wěn)定后，每2min收集一次地表和壤中流徑流泥沙樣至降雨結(jié)束，整個降雨過程中，量測地表徑流流量和壤中流徑流流量和產(chǎn)沙量。降雨過程中，分別從下部土壤侵蝕槽和上部土壤侵蝕槽的上、中、下三個位置用染色劑法測量地表徑流流速，用帶色流束法觀察徑流的型態(tài)；

步驟六、降雨結(jié)束后，測量侵蝕槽內(nèi)土壤雨后含水率、坡面侵蝕形態(tài)、細(xì)溝的數(shù)量和尺寸、土壤容重。結(jié)合實驗測得的數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)測算坡面土壤水蝕的侵蝕形態(tài)、土壤流失途徑和侵蝕量。

以上未作詳細(xì)說明均為現(xiàn)有技術(shù)。