雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器及其測定方法技術

本發明專利技術公開了一種雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器及其測定方法，設置由下部土壤侵蝕槽、上部土壤侵蝕槽和鋼架焊接而成的模型固定支架，上下部底端均連接有升降裝置。上部土壤侵蝕槽與下部土壤侵蝕槽通過塑膠過渡帶連接，土壤侵蝕槽通過土壤侵蝕槽分隔板分隔為左右兩部分，下部土壤侵蝕槽分別與壤中流收集器和地表徑流收集器相連。本發明專利技術還涉及使用該雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器對土壤水蝕過程的測定方法，使用該儀器可以構造不同凹凸形態的坡面微地形，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、細溝的數量和尺寸等重要參數，能夠將整個降雨過程中土壤水蝕的發生發展規律進行定量分析，應用范圍廣。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及土壤侵蝕監測，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。
技術介紹
坡面土壤侵蝕過程和水文特性是水土保持學科研究中必不可少的內容之一，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，傳統的坡面土壤侵蝕過程測量多集中在面蝕和細溝侵蝕方面，主要關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的阻力，同時對已經剝離進入壤中流中的土粒進行搬運。以往徑流小區設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行深入細化的研究。同時，坡面侵蝕試驗模型要求能夠調節坡度，盡管部分模型達到這一要求，但是隨著科學研究的不斷深入，對坡面形態要求也越來越復雜，越來越多的研究需要變換坡面的凹凸形態，從而分析不同凹凸形態坡面對土壤水蝕過程的影響，所以設計一種雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器是非常有必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種能按照實驗要求設置坡面不同凹凸形態的徑流小區，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。本專利技術的目的是通過如下技術方案實現的：雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，包括至少兩節土壤侵蝕槽；所有土壤侵蝕槽設置在一條直線上，構成土壤侵蝕槽鏈；每節土壤侵蝕槽均為上端開口的空腔，所述土壤侵蝕槽，相鄰土壤侵蝕槽之間連通；所有土壤侵蝕槽兩端均連接有升降調節裝置，所述升降調節裝置用于分別調節所述土壤侵蝕槽兩端的高度；所述土壤侵蝕槽的槽底均設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置有空隙，所述土壤侵蝕槽底部擋板上設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面設置有壤中流收集器。進一步地，所有土壤侵蝕槽內均設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流板，另一部分為壤中流測定板；所述地表徑流導流板上的壤中流測定孔全部密封，所述地表徑流導流板上端外側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。進一步地，所述土壤侵蝕槽設置有兩節，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。所述升降調節裝置包括設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離所述連接絞盤一端的下方設置有支撐絞盤，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動連接。進一步地，所述壤中流收集器間隔設置有至少兩個壤中流輸出管，所述壤中流輸出管內設置有閥門。進一步地，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。進一步地，所述土壤侵蝕槽兩側設置有防滑踏板以及扶手。應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，根據實驗設計，對土壤樣品進行過篩；在所述下部土壤侵蝕槽和所述上部土壤侵蝕槽內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計的范圍內；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整到實驗設計所需的坡度和凹凸形態；步驟三、率定降雨強度，調整人工降雨器至實驗預設的雨強，將變坡侵蝕測定儀器置于人工降雨器的降雨區域；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，一旦出現成股的持續穩定攜沙水流，記錄產流時刻和降雨歷時；待坡面土壤產流穩定后，每2min收集一次地表和壤中流徑5流泥沙樣至降雨結束，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量、徑流量和產沙量多個參數；步驟六、降雨結束后，測量侵蝕槽內土壤雨后含水率、坡面侵蝕形態、細溝的數量和尺寸、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。本專利技術雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器主要優點如下：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造不同凹凸形態的坡面微地形，從而能夠實現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、細溝的數量和尺寸等重要參數，能夠將整個降雨過程中土壤水蝕的發生發展規律進行定量分析，應用范圍廣。雙變坡侵蝕槽及壤中流測定儀器設置在模型固定支架上，方便移動，適用于室外天然降雨監測實驗。附圖說明圖1為本專利技術雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的俯視圖。圖2為本專利技術雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器的側視圖。圖3為本專利技術土壤侵蝕槽底部蓋板的結構示意圖。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合附圖和實施例對本專利技術作進一步地詳細描述，但該實施例不應該理解為對本專利技術的限制，僅作舉例而已，同時通過說明本專利技術的優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置，所述土壤侵蝕槽兩側均設有扶手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進行調整，角度調整范圍在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進行調整，角度調整范圍在-30～30度之間；所述下部土壤侵蝕槽8的尾本文檔來自技高網...

【技術保護點】
雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，其特征在于：包括至少兩節土壤侵蝕槽；所有土壤侵蝕槽設置在一條直線上，構成土壤侵蝕槽鏈；每節土壤侵蝕槽均為上端開口的空腔，所述土壤侵蝕槽，相鄰土壤侵蝕槽之間連通；所有土壤侵蝕槽兩端均連接有升降調節裝置，所述升降調節裝置用于分別調節所述土壤侵蝕槽兩端的高度；所述土壤侵蝕槽的槽底均設置有土壤侵蝕槽底部擋板(7)，所述土壤侵蝕槽底部擋板(7)與所述土壤侵蝕槽槽底之間設置有空隙，所述土壤侵蝕槽底部擋板(7)上設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面設置有壤中流收集器(2)。

【技術特征摘要】
1.雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，其特征在于：包括至少兩節土壤侵蝕槽；所有土壤侵蝕槽設置在一條直線上，構成土壤侵蝕槽鏈；每節土壤侵蝕槽均為上端開口的空腔，所述土壤侵蝕槽，相鄰土壤侵蝕槽之間連通；所有土壤侵蝕槽兩端均連接有升降調節裝置，所述升降調節裝置用于分別調節所述土壤侵蝕槽兩端的高度；所述土壤侵蝕槽的槽底均設置有土壤侵蝕槽底部擋板(7)，所述土壤侵蝕槽底部擋板(7)與所述土壤侵蝕槽槽底之間設置有空隙，所述土壤侵蝕槽底部擋板(7)上設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面設置有壤中流收集器(2)。2.根據權利要求1所述的雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，其特征在于：所有土壤侵蝕槽內均設置有土壤侵蝕槽分隔板(9)，所述土壤侵蝕槽分隔板(9)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(9)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(9)分隔所述侵蝕測定板為兩部分，一部分為地表徑流導流板(6)，另一部分為壤中流測定板；所述地表徑流導流板(6)上的壤中流測定孔全部密封，所述地表徑流導流板(6)上端外側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(1)。3.根據權利要求2所述的雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，其特征在于：所述土壤侵蝕槽設置有兩節，分別為下部土壤侵蝕槽(8)、上部土壤侵蝕槽(14)；所述下部土壤侵蝕槽(8)遠離所述上部土壤侵蝕槽(14)的端面為所述侵蝕測定板；所述下部土壤侵蝕槽(8)槽底與所述上部土壤侵蝕槽(14)槽底通過連接絞盤(16)轉動連接，所述下部土壤侵蝕槽(8)槽底與所述上部土壤侵蝕槽(14)槽底的連接處設置有塑膠過渡帶(10)，所述塑膠過渡帶(10)用于密封所述連接絞盤(16)處土壤。4.根據權利要求3所述的雙變坡侵蝕槽和壤中流測定儀器，其特征在于：所述升降調節裝置包括設置于地面上的模型固定支架(11)、下部液壓升降機(12)、上部液壓升降機(13)；所述連接絞盤(16)與下部液壓升降機(12)的活動端相連接，所述下部液壓升降機(12)的固定端的與所述模型固定支架(11)相連接；所述上部土壤侵蝕槽(14)遠離所述連接絞盤(1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張平倉，程冬兵，錢峰，劉曉路，王一峰，董林垚，趙元凌，張長偉，
申請(專利權)人：長江水利委員會長江科學院，
類型：發明
國別省市：湖北;42