CN101713771B - 一种坡面径流场建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坡面径流场建造方法，包括以下步骤：1)顺着坡地从上至下的走势分别设置相互平行的上侧拦水墙(1)和下侧拦水墙(5)，相互平行的左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)均被夹持在上侧拦水墙(1)和下侧拦水墙(5)之间，形成平行四边形框架；2)在平行四边形框架内设置左拦水土块(21)、右拦水土块；3)在平行四边形框架内埋设径流收集管(4)，沿着平行四边形框架内的坡地表面流动的流体能通过条形缺口(41)进入径流收集管(4)内；4)径流收集管(4)通过输水管(6)与径流收集井(7)相连通。采用该方法建造而得的坡面径流场能充分收集坡面径流场内的径流。
Description
技术领域
本发明涉及一种坡面径流场建造方法，所建立的坡面径流场用于监测坡地水土流失状况。
背景技术
浙江省地处我国东南沿海，陆域面积10.2万km2，境内地貌类型复杂多样，山地和丘陵占70.4％，平原和盆地占23.2％，河流和湖泊占6.4％，耕地面积仅208.3万hm2，素有“七山一水两分田”之说。由于其特有的地质、地貌、气候、植被和土壤等自然条件，以及自然资源的不合理开发利用，长期以来水土资源流失严重。根据浙江省2004年度水土流失遥感调查，全省水土流失总面积13654.13km2，占全省土地总面积的12.95％，多集中于低缓坡地。其中杭州市水土流失面积1989.72km2，占土地面积11.8％。因此，研究水土流失的成因对于合理开发低缓坡地土地资源具有十分重要的现实指导意义。坡面径流通常利用建造径流场来监测，径流场是研究林地坡面径流泥沙的主要方式之一。目前国内对于坡面径流场的建设，很不规范，普遍存在着径流收集不完全的缺点。
目前，现有的坡面径流场的建造方法如下：用金属、木板等材料作成护埂，围成一长方形(大小不一)，在径流场下面建一个池，收集径流。建造过程简单、粗造，且收集径流不完全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种坡面径流场建造方法，采用该方法建造而得的坡面径流场能充分收集坡面径流场内的径流。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种坡面径流场建造方法，包括以下步骤：
1)、顺着坡地从上至下的走势分别设置相互平行的上侧拦水墙和下侧拦水墙，相互平行的左侧拦水墙和右侧拦水墙均被夹持在上侧拦水墙和下侧拦水墙之间，上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙围合形成一个平行四边形框架；上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙的高度H均相等，且上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙在坡地上的入土深度H土也均相等；平行四边形框架的面积为200～400m2；
2)、在平行四边形框架内且紧贴左侧拦水墙的坡地上设置高度h1为4～6cm的左拦水土块，在平行四边形框架内且紧贴右侧拦水墙的坡地上设置高度h2为4～6cm的右拦水土块；
3)、在平行四边形框架内且紧贴下侧拦水墙的坡地内埋设径流收集管，径流收集管上设有贯穿径流收集管整个长度的条形缺口，径流收集管的长度＝下侧拦水墙的长度-左拦水土块的宽度K1-右拦水土块的宽度K2；沿着平行四边形框架内的坡地表面流动的流体能通过条形缺口进入径流收集管内；
4)、在平行四边形框架外的位于向下走势的坡地处埋设径流收集井，径流收集管通过输水管与径流收集井相连通。
作为本发明的坡面径流场建造方法的改进：在坡地内设置条形的引流条，引流条的长度＝径流收集管的长度；引流条的上端位于坡地内，引流条的下端插入条形缺口内。
作为本发明的坡面径流场建造方法的进一步改进：上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙的厚度均为5～7cm；上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙的高度H均为45～55cm，入土深度H土均为25～35cm。
作为本发明的坡面径流场建造方法的进一步改进：上侧拦水墙、下侧拦水墙、左侧拦水墙和右侧拦水墙均由钢筋混凝土预制板制成。
作为本发明的坡面径流场建造方法的进一步改进：左侧拦水墙和右侧拦水墙均分别垂直于上侧拦水墙和下侧拦水墙。
作为本发明的坡面径流场建造方法的进一步改进：径流收集井由混凝土预制板制成，其容积为0.8～1.2立方米。
在本发明中，四侧拦水边墙形成了一个平行四边形框架，该平行四边形框架内的坡面即为收集径流用的坡面径流场。四侧拦水边墙均用钢筋混凝土预制板建成，不易损坏，使用寿命长；30cm左右的入土深度能有效地起到拦水作用。设置左拦水土块后，左侧拦水墙两侧的原本位于同一水平高度的坡地就会产生高度差，即位于坡面径流场内的坡地高于坡面径流场外的坡地，从而起到防止径流侧渗的作用。同理，设置右拦水土块后，右侧拦水墙两侧的原本位于同一水平高度的坡地就会产生高度差，即位于坡面径流场内的坡地高于坡面径流场外的坡地，从而起到防止径流侧渗的作用。设置径流收集管的目的是为了阻止径流在下侧拦水墙处汇合后下渗；从而保证坡面径流场内仅可能多的径流能被最终收集至径流收集井内；这样就能对坡地径流的发生规律进行更为准确的监测。
采用本发明方法建造的坡面径流场，不仅适用于毛竹林，也适用于对其他各种类型的经济林坡面径流的测定。最好在坡面径流场的附近建立微型气象站，便于对径流发生与气象因子之间的关系进行深入研究。
采用本发明方法建造的坡面径流场，具有径流收集完全的特点，能够对林地径流的发生规律进行更为准确的监测，从而满足对竹林等坡地的水土流失监测和研究需要。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的坡面径流场的俯视示意图；
图2是图1中的A-A剖的剖面示意图；
图3是图2的局部放大示意图；
图4是图1中的B-B剖的剖面放大示意图；
图5是图1中的C-C剖的剖面示意图；
图6是实验1中的3个坡面径流场的排列示意图；
图7是试验区1泥沙量随降雨量的变化；
图8是试验区2泥沙量随降雨量的变化；
图9是试验区3泥沙量随降雨量的变化；
图10是试验区1径流量随降雨量的变化；
图11是试验区2径流量随降雨量的变化；
图12是试验区3径流量随降雨量的变化。
具体实施方式
实施例1、图1～图5结合给出了一种坡面径流场建造方法，依次进行以下步骤：
1)、顺着坡地从上至下的走势分别设置相互平行的上侧拦水墙1和下侧拦水墙5，即上侧拦水墙1位于地势相对较高处，下侧拦水墙5位于地势相对较低处；相互平行的左侧拦水墙2和右侧拦水墙3均被垂直地夹持在上侧拦水墙1和下侧拦水墙5之间；上侧拦水墙1、下侧拦水墙5、左侧拦水墙2和右侧拦水墙3围合形成一个方形框架。
上侧拦水墙1、下侧拦水墙5、左侧拦水墙2和右侧拦水墙3均选用长*宽*厚＝100cm*50cm*6cm的钢筋混凝土预制板拼接而成。具体制作方法如下：可先在坡地的相应位置处挖掘宽20厘米、深30厘米沟，然后再放入上述钢筋混凝土预制板(埋深30厘米，露出地面20厘米)，沟内空隙事后用土填平；从而分别形成上侧拦水墙1、下侧拦水墙5、左侧拦水墙2和右侧拦水墙3。该上侧拦水墙1、下侧拦水墙5、左侧拦水墙2和右侧拦水墙3的厚度均为6cm，高度H均为50cm，入土深度H土均为30cm，露出地面高度均为20cm。整个方形框架的面积控制在200～400m2。
整个方形框架内的坡地即为收集径流用的坡面径流场。
2)、在方形框架内且紧贴左侧拦水墙2的坡地上设置高度h1为5cm、宽度K1为5cm的弧形的左拦水土块21，该左拦水土块21的长度＝左侧拦水墙2的长度；起到防止径流从左侧拦水墙2处侧渗的作用。
同样，在方形框架内且紧贴右侧拦水墙3的坡地上设置高度h2为5cm、宽度K2为5cm的弧形的右拦水土块31，该右拦水土块31的长度＝右侧拦水墙3的长度；起到防止径流从右侧拦水墙3处侧渗的作用。
3)、在方形框架内且紧贴下侧拦水墙5的坡地内埋设径流收集管4，径流收集管4为内直径为15cm且横截面1/4开口的塑料管，该1/4开口即为条形缺口41，条形缺口41贯穿径流收集管4的整个长度。径流收集管4的长度＝下侧拦水墙5的长度-左拦水土块21的宽度K1-右拦水土块31的宽度K2。
径流收集管4的中心入土约3cm，条形缺口41正对倾斜而下的坡面；这样沿着方形框架内的坡面流动的流体能通过条形缺口41完全进入径流收集管4内。从而防止径流在下侧拦水墙5处汇合后下渗。
在其表面对准条形缺口41的坡地内设置条形的引流条8，该引流条8由白铁皮制成，引流条8入土约3cm，即引流条8距离坡面3cm。引流条8的长度＝径流收集管4的长度，引流条8的宽度为10cm，其中7cm埋入坡地内，另3cm插入条形缺口41内。
径流收集管4上还设有一个通孔42(也为1/4开口)，该通孔42与输水管6相连通。
4)、在方形框架外的位于向下走势的坡地处埋设一个径流收集井7，输水管6的另一端穿越下侧拦水墙5与径流收集井7相连；即径流收集管4通过输水管6与径流收集井7相连通。
径流收集井7由混凝土预制板制成，在径流收集井7的内表面抹0.5cm厚的沥青，以防裂缝漏水。径流收集井7的容积为1立方米。
日常使用时，在径流收集井7的上方加盖，以防雨水进入径流收集井7内所导致的数据误差。可在径流收集井7内放置一个集水桶，该集水桶正对输水管6的出口；从而便于径流量小时，收集径流。
可在径流场附近建立微型气象站，从而收集气温、降水、温度、光照等气象数据。
下面实例将进一步说明本发明方法的可行性和应用效果：
实验1、2009年4月，发明人在浙江省余杭区鸬鸟镇太公堂村选择地形、坡向、土壤、地质、地下水和毛竹长势诸方面有代表性的毛竹林建造径流场。共设3个试验区(三次重复)，每个试验区设三个处理，分别为对照(CK，即不进行施肥及垦复)、农民常规高产栽培(FFP)、适地科学管理(SSNM)。坡面径流场的面积300m2，坡面径流场的建造方法同实施例1；各处理的排列如图6所示。
2009年5月底建造完毕，开始实施各个处理。从2009年6月开始对径流进行收集分析。试验结果表明，所建径流场能对林地水土流失进行客观准确的监测。部分试验结果总结如下：
6月1日至8月31日一共降雨21次，累积雨量908.6mm。图7、8和9是竹林三个试验区中泥沙含量随降雨量的时空变化，图10、11和12是竹林三个试验区中径流量随降雨量的时空变化。从图中可以看出，径流池有效的收集了径流量和泥沙量，随着降雨量的增加，三个试验区中各个处理的径流量明显增加。就在这三个多月中，径流量达到2920～4226kg/300m2，平均3601kg/300m2。
对比试验1、在浙江省余杭区鸬鸟镇太公堂村还选择等同于实验1的地形按照现有的方法建造一个常规的径流场，适地科学管理(SSNM)。
对应6月1日至8月31日的21次降雨，其径流量随降雨量的时空变化，具体如下表1：
表1
| SSNM | 降雨量 | 径流 |
| 日期 | mm | (kg/m2) |
| 6-3 | 14.5 | 0.00 |
| 6-9 | 14.5 | 0.00 |
| 6-20 | 31.2 | 0.10 |
| 6-22 | 23.1 | 0.06 |
| 6-23 | 31 | 0.03 |
| 6-27 | 11 | 0.01 |
| 6-28 | 4 | 0.00 |
| 7-1 | 71.1 | 0.20 |
| 7-3 | 23.8 | 0.10 |
| 7-7 | 29.8 | 0.04 |
| 7-12 | 1.1 | 0.03 |
| 7-23 | 19.9 | 0.00 |
| 7-25 | 75.6 | 0.20 |
| 7-30 | 73.4 | 0.20 |
| 7-31 | 21 | 0.03 |
| 8-2 | 21.1 | 0.00 |
| 8-6 | 73.3 | 0.70 |
| 8-13 | 298.3 | 8.60 |
| 8-15 | 19.6 | 0.12 |
| 8-23 | 31.8 | 0.20 |
| 8-28 | 19.5 | 0.02 |
以上对比实验能充分说明：采用本发明方法建造而得的坡面径流场能充分收集坡面径流场内的径流。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种坡面径流场建造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、顺着坡地从上至下的走势分别设置相互平行的上侧拦水墙(1)和下侧拦水墙(5)，相互平行的左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)均被夹持在上侧拦水墙(1)和下侧拦水墙(5)之间，上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)围合形成一个平行四边形框架；所述上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)的高度H均相等，且上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)在坡地上的入土深度H土也均相等；所述平行四边形框架的面积为200～400m2；
2)、在平行四边形框架内且紧贴左侧拦水墙(2)的坡地上设置高度h1为4～6cm的左拦水土块(21)，在平行四边形框架内且紧贴右侧拦水墙(3)的坡地上设置高度h2为4～6cm的右拦水土块(31)；
3)、在平行四边形框架内且紧贴下侧拦水墙(5)的坡地内埋设径流收集管(4)，径流收集管(4)上设有贯穿径流收集管(4)整个长度的条形缺口(41)，径流收集管(4)的长度＝下侧拦水墙(5)的长度-左拦水土块(21)的宽度K1-右拦水土块(31)的宽度K2；沿着平行四边形框架内的坡地表面流动的流体能通过条形缺口(41)进入径流收集管(4)内；
4)、在平行四边形框架外的位于向下走势的坡地处埋设径流收集井(7)，所述径流收集管(4)通过输水管(6)与径流收集井(7)相连通。
2.根据权利要求1所述的坡面径流场建造方法，其特征在于：在坡地内设置条形的引流条(8)，引流条(8)的长度＝径流收集管(4)的长度；所述引流条(8)的上端位于坡地内，引流条(8)的下端插入条形缺口(41)内。
3.根据权利要求1或2所述的坡面径流场建造方法，其特征在于：所述上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)的厚度均为5～7cm；上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)的高度H均为45～55cm，入土深度H土均为25～35cm。
4.根据权利要求3所述的坡面径流场建造方法，其特征在于：所述上侧拦水墙(1)、下侧拦水墙(5)、左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)均由钢筋混凝土预制板制成。
5.根据权利要求4所述的坡面径流场建造方法，其特征在于：所述左侧拦水墙(2)和右侧拦水墙(3)均分别垂直于上侧拦水墙(1)和下侧拦水墙(5)。
6.根据权利要求5所述的坡面径流场建造方法，其特征在于：所述径流收集井(7)由混凝土预制板制成，其容积为0.8～1.2立方米。
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