CN102565302A - 风蚀区土壤侵蚀标尺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风蚀区土壤侵蚀标尺，其为四个侧面为凸弧面的柱体，所述柱体关于第一侧面和第二侧面相交的棱和第三侧面和第四侧面相交的棱所在的平面对称，第二侧面对应的第二弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧、第三侧面和第四侧面分别在其与第三棱相交的一侧和/或第四侧面和第一侧面分别在其与第四棱相交的一侧设置刻度。本发明提供的标尺有效避免了采用传统测量工具量测过程中的量具因素、人为因素、视觉因素和环境因素，提高了工作效率和测量精度。

Description

风蚀区土壤侵蚀标尺及其应用
技术领域
本发明属荒漠化监测领域，涉及一种适用于风蚀区土壤侵蚀速率监测的土壤侵蚀标尺。
背景技术
我国是世界上受沙漠化危害最严重的国家之一，每年因沙漠化造成的直接经济损失超过540亿元。风沙危害严重地区，风沙蚕食可利用土地，掩埋村舍，甚至造成人员伤亡。目前，全国已有1000万亩耕地、3525万亩草地和9585万亩林地与灌草地沙化，全国有2.4万多个村庄，1400公里铁路、3万公里公路和5万多公里灌渠常年遭受沙害威胁，形势十分严峻。因此，加强风蚀地区土壤侵蚀监测，研究风沙运动规律，对制定行之有效的防治风沙危害的措施具有重要的实践意义。目前还没有研究者普遍认可和广泛采用的野外风蚀地区土壤侵蚀监测工具，常用的方法是预埋水泥桩、竹签等简易参照物，采用传统测量工具监测风蚀状况，现用工具和方法大多存在操作不便、精度不够、效率不高等问题。当前在风沙运动相关研究方面，还缺少科学可行的侵蚀速率监测工具。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种风蚀区土壤侵蚀标尺。
本发明提供的风蚀区土壤侵蚀标尺，其为由四个首尾顺次相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面以及两个底面组成的柱体，其中，四个侧面为凸弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第四侧面相交的棱为第三棱，第四侧面和第一侧面相交的棱为第四棱，其中，所述柱体关于第一棱和第三棱所在的平面对称，第二侧面对应的第二弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧、第三侧面和第四侧面分别在其与第三棱相交的一侧和/或第四侧面和第一侧面分别在其与第四棱相交的一侧设置刻度。
本发明，将上述的柱体定义为凸弧面棱柱。
优选的，第二侧面对应的第二弧线的弧长大于第三侧面对应的第三弧线的弧长。
其中，所述第一弧线和第二弧线的夹角为5～15°；所述第三弧线和第四弧线的夹角为30～45°。本发明，两条弧线的夹角是指分别以两弧线的交点做切线，所求出的两条切线的夹角。
其中，所述刻度包括正值刻度、0刻度和负值刻度，优选的，0刻度位于正值刻度和负值刻度中间。其中，最小刻度优选为毫米。
其中，正值刻度所在区域的颜色和负值刻度所在区域的颜色不同，优选，二者的原色区分度应当大。如，黑和红、蓝和黑、红和蓝、黄和红、黄和黑等。更优选地，正值刻度所在的区域的颜色为黑色，负值刻度所在区域的颜色为红色。
本发明中，可用本领域公知的方法进行颜色处理，如喷涂、浸染等，或采用符合要求的着色材料加工而成。
本发明提供的标尺优选由硬质塑料、铝合金或竹材等材料制成，更优选由硬质塑料材料制成。
本领域技术人员可根据风蚀区的风力侵蚀特点，设计本发明侵蚀标尺的长度，优选总长度设计成40cm，黑色正值部分为20cm，红色负值部分为20cm。这样的长度基本可用于所有的风蚀区的土壤侵蚀速率监测。
用本发明提供的风蚀区土壤侵蚀标尺进行土壤侵蚀速率的监测，其包括如下步骤：
1)在预选监测区域内，按照行列式布设侵蚀标尺，侵蚀标尺垂直埋于监测样地表面，0刻度线与地表齐平，正值部分掩埋在地表以下，使侵蚀标尺尖锐一端(即相邻两侧面角度较小的棱)迎向风向，并依次编号；
2)按照预定的监测方案要求，采用人工读数或借助数码照相机拍照并读数的方法依次读出各侵蚀标尺度数。读数为正，表示侵蚀标尺受侵蚀而裸露；读数为负，表示侵蚀标尺被堆积掩埋；
3)计算出监测样地平均土层侵蚀厚度，乘以监测样地土壤容重和面积，可计算出土壤侵蚀量。
本发明侵蚀标尺外形设计充分应用流体力学原理和风沙运动一般规律，采用了凸弧面棱柱的外形设计，尽可能避免了因侵蚀标尺的布设，而引起外营力流体力学特征的变化，以降低测量误差；可规避采用传统测量工具量测量测过程中的量具因素、人为因素、视觉因素和环境因素，提高工作效率和测量精度；本发明的标尺的齐地线定义为0刻度线，标识柱黑色部分刻度为正，表示侵蚀标尺被掩埋，红色部分刻度为负，标识侵蚀标尺受侵蚀裸露，判断简单直观。
附图说明
图1为本发明标尺的主视图，其中不同阴影表示不同的颜色。
图2所示为本发明标尺的底面，其中S1、S2、S3和S4分别表示第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面所对应的弧线。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1所示为本发明标尺的主视图。图2所示为本发明标尺的底面。本发明的用于风蚀区土壤侵蚀速率监测的土壤侵蚀标尺，其为由四个首尾顺次相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面以及两个底面组成的柱体，其中，四个侧面为凸弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第四侧面相交的棱为第三棱，第四侧面和第一侧面相交的棱为第四棱，其中，所述柱体关于第一棱和第三棱所在的平面对称，因此，第一侧面对应的第一弧线(S1)的弧度和弧长与第二侧面对应的第二弧线(S2)的弧度和弧长相同，第三侧面对应的第三弧线(S3)的弧度和弧长与第四侧面对应的第四弧线(S4)的弧度和弧长相同，第二弧线(S2)所在圆的半径大于第三弧线(S3)所在圆的半径，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧、第三侧面和第四侧面分别在其与第三棱相交的一侧和第四侧面和第一侧面分别在其与第四棱相交的一侧设置刻度。将正值刻度所在的区域涂覆成黑色，将负值刻度所在区域涂覆成红色。当然，本发明不限于这两种颜色。
本实施方案中，第一弧线(S1)和第二弧线(S2)的夹角为10°，第三弧线(S3)和第四弧线(S4)的夹角为40°。
本实施方案中，标尺横截面宽(最宽处)1cm，长3cm，第一弧线(S1)所在圆的半径为6.6cm，第三弧线(S3)所在圆的半径为1.7cm，标尺总长度为40cm，正值部分和负值部分分别为20cm，最小刻度为毫米，正值刻度和正值刻度中间为零刻度。侵蚀标尺总长度和正负值部分长度，可根据实际需要进行调整。
本实施方案中，标尺用透明硬质塑料制成，但也可由其它材料制成。
使用时，将标尺埋于预选的监测区内，0刻度线与地表对齐，露出黑色的负值部分，依次编号；按照预定的监测方案要求，采取数码照相机成像或人工读数的方式，依次读出各侵蚀标尺被掩埋或裸露高度，通过计算监测样地土壤侵蚀平均厚度，乘以监测样地面积和土壤容重，即可计算出土壤侵蚀量。
实施例1
在风洞内模拟完成了秋翻耕耙平地和裸露沙地风蚀量监测，试验风速分别为4m·s-1、8m·s-1、12m·s-1，共布设侵蚀标尺3列3行，列间距为0.5m，行距为1m，与实际侵蚀量相比，使用该侵蚀标尺测量秋翻耕耙平地侵蚀量的精度分别达到95.17％、97.06％、97.74％，测量裸露沙地侵蚀量的精度分别达到97.85％、98.31％、98.75％。在风洞模拟条件下，侵蚀标尺的测量精度达到95％以上。
实施例2
在河北丰宁小坝子乡完成了该标尺的野外监测精度测定工作，设置监测小区面积为50m2，共布设侵蚀标尺4列5行，列间距为1m，行间距为2m，连续进行了5次独立观测试验，平均风速分别为10.6m·s-1、12.3m·s-1、7.20m·s-1、11.35m·s-1、8.51m·s-1。以风蚀盘法(国内外风蚀监测方法回顾与评述，戴海伦，金复鑫，张科利.地球科学进展[J].2011，26(4)：401-408)的测量精度为基准，该标尺的测量精度分别为94.24％、95.68％、93.72％、95.83％、93.84％，最低精度达到93.72％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风蚀区土壤侵蚀标尺，其特征在于，其为由四个首尾顺次相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面以及两个底面组成的柱体，其中，四个侧面为凸弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第四侧面相交的棱为第三棱，第四侧面和第一侧面相交的棱为第四棱，其中，所述柱体关于第一棱和第三棱所在的平面对称，第二侧面对应的第二弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧、第三侧面和第四侧面分别在其与第三棱相交的一侧和/或第四侧面和第一侧面分别在其与第四棱相交的一侧设置刻度。
2.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，第二侧面对应的第二弧线的弧长大于第三侧面对应的第三弧线的弧长。
3.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述第一弧线和第二弧线的夹角为5～15°。
4.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述第三弧线和第四弧线的夹角为30～45°。
5.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述刻度包括正值刻度、0刻度和负值刻度。
6.根据权利要求5所述的标尺，其特征在于，最小刻度为毫米。
7.根据权利要求5所述的标尺，其特征在于，其中，正值刻度所在区域的颜色和负值刻度所在区域的颜色不同。
8.根据权利要求7所述的标尺，其特征在于，正值刻度所在的区域的颜色为黑色，负值刻度所在区域的颜色为红色。
9.根据权利要求1～8任一项所述的标尺，其特征在于，所述标尺由硬质塑料、铝合金、竹材或木材制成。
10.权利要求1～9任一项所述的标尺在风蚀区土壤侵蚀速率监测中的应用。
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