CN103743884B - 一种降雨侵蚀测量箱和土壤侵蚀量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水土流失技术领域，特别涉及一种降雨侵蚀测量箱，包括箱体和倾斜机构，箱体用于承载土壤；倾斜机构与箱体相连接，用于推动箱体并使箱体的一端的高度低于箱体的另一端的高度；箱体在倾斜机构推动下的高度低的一端的端面上设有排水眼，该端面的上方设有集水器，集水器用于收集箱体顶面土壤倾斜留下的水流。本发明还涉及一种用所述降雨侵蚀测量箱的土壤侵蚀量的测量方法。本发明能够在实验室或其他非现场的环境，模拟现场环境进行水土流失测量，特别是地表径流和壤中流的数据，利于科学分析和研究人员使用。

Description

一种降雨侵蚀测量箱和土壤侵蚀量的测量方法

技术领域

本发明涉及一种水土流失技术领域，特别涉及一种降雨侵蚀测量箱和一种土壤侵蚀量的测量方法。

背景技术

在矿产资源开发利用过程中,由于人类活动诱发的地质条件变化,历史上大规模无序开采,使生态系统遭到严重破坏,地质环境问题突出,在矿山开采过程中产生一系列的问题，如地质灾害严重、石漠化严重、植被荒芜、占用大量的土地、水土流失严重、直接或间接污染水源、污染大气。在矿山治理过程中，经常会对生态系统造成二次破坏，不同的坡度、覆土厚度治理措施对水土保持效益有重要的作用。故本发明针对以上几点，在室内进行模拟实验，探究水土流失规律，为将来的矿山恢复治理工作提供一定的理论依据。

现有技术大都是现场设置测量仪器，缺乏这种模拟实验的装置。

为了解决以上问题，本发明做了有益改进。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的一个要解决的技术问题是克服了现有技术缺乏模拟实验和测量装置的缺点，提供了一种可以通过实验模拟和测量降雨对土壤侵蚀情况的降雨侵蚀测量箱。

本发明的另一个目的是提供了一种应用所述降雨侵蚀测量箱来测量土壤侵蚀量的测量方法。

（二）技术方案

对于降雨侵蚀测量箱这一技术主题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种降雨侵蚀测量箱，包括箱体和倾斜机构，

所述箱体用于承载土壤；

所述倾斜机构与所述箱体相连接，用于推动所述箱体并使所述箱体的一端的高度低于所述箱体的另一端的高度；

所述箱体在所述倾斜机构推动下的高度低的一端的端面上设有排水眼，该端面的上方设有集水器，所述集水器用于收集与所述箱体顶面平齐的所述箱体内土壤的上表面倾斜留下的水流。

进一步，所述集水器的下沿高于所述排水眼，所述集水器的上沿高于所述箱体的顶面，所述集水器的开口宽度大于等于所述箱体高度低一端的端面宽度。

进一步，所述箱体的两个侧面的顶部均设有沿竖直方向向上延伸的挡水板。

进一步，所述倾斜机构包括液压缸，所述液压缸的活塞杆与所述箱体的一端的底部相连接，用于带动所述箱体的一端升高或降低。

进一步，所述倾斜机构包括箱架和定位板，所述箱体的一端与所述箱架的一端相铰接，所述定位板立设于所述箱架的另一端，所述定位板上设有多个定位孔，各所述定位孔在所述定位板上沿竖直方向排列，所述箱体的另一端设有定位眼，所述定位眼的眼径与所述定位孔的孔径相等。

进一步，所述排水眼为多个，且各所述排水眼排成竖直一列。

进一步，所述箱体的底部设有车轮。

进一步，所述箱体的内底设有从所述箱体的一侧向所述箱体的另一侧延伸的挡板，所述挡板两侧的箱体侧面的底部均设有坡位排水眼。

对于土壤侵蚀量的测量方法这一技术主题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种土壤侵蚀量的测量方法，包括如下步骤：

步骤A1，将所述的降雨侵蚀测量箱的所述箱体内盛满土壤；

步骤A2，调整所述倾斜机构使所述箱体倾斜；

步骤A3，模拟人工降雨，并将所述箱体置于人工降雨环境之中；

步骤A4，收集所述集水器采集的水土；

步骤A5，收集所述排水眼流出的水土；

步骤A6，停止人工降雨；

步骤A7，测量所述集水器采集的水土的容量，得到地表径流量；

步骤A8，测量所述排水眼流出的水土的容量，得到不同层深度的分层径流量；

步骤A9，烘干所述集水器采集的水土中的水，得带地表土壤流失量；

步骤A10，烘干所述排水眼流出的水土中的水，得带不同层深度的分层土壤流失量；

步骤A11，根据地表径流量、分层径流量、地表土壤流失量和分层土壤流失量得到土壤侵蚀量。

还有一个针对设有坡位排水眼的土壤侵蚀量的测量方法这一技术主题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种土壤侵蚀量的测量方法，包括如下步骤：

步骤B1，将设有坡位排水眼的降雨侵蚀测量箱的所述箱体内盛满土壤；

步骤B2，调整所述倾斜机构使所述箱体倾斜；

步骤B3，模拟人工降雨，并将所述箱体置于人工降雨环境之中；

步骤B4，收集所述集水器采集的水土；

步骤B5，收集从所述排水眼流出的水土；

步骤B6，收集从所述坡位排水眼流出的水土；

步骤B7，停止人工降雨；

步骤B8，测量所述集水器采集的水土的容量，得到地表径流量；

步骤B9，测量从所述排水眼流出的水土的容量，得到不同层深度的分层径流量；

步骤B10，测量从所述坡位排水眼流出的水土的容量，得到不同坡位的坡位径流量；

步骤B11，烘干所述集水器采集的水土中的水，得带地表土壤流失量；

步骤B12，烘干从所述排水眼流出的水土中的水，得带不同层深度的分层土壤流失量；

步骤B13，烘干从所述坡位排水眼流出的水土中的水，得带不同坡位的坡位土壤流失量；

步骤B14，根据地表径流量、分层径流量、坡位径流量、地表土壤流失量、分层土壤流失量和坡位土壤流失量得到土壤侵蚀量。

（三）有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

1、本发明能够在实验室或其他非现场的环境，模拟现场环境进行水土流失测量，特别是地表径流和壤中流的数据，利于科学分析和研究人员使用。

2、本发明可以测量与土壤侵蚀量有关的多种相关数据，为获得土壤侵蚀量提供了全面的参考。

3、本实验装置结构简单，易于制作，使用和测量也非常方便。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的俯视示意图；

图3是本发明的左视示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、箱体，2、倾斜机构，3、排水眼，4、集水器，5、挡水板，6、箱架，7、挡板，8、坡位排水眼，9、定位板，10、定位眼，11、车轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示的降雨侵蚀测量箱，包括箱体1和倾斜机构2，箱体1用于承载土壤，箱体1可以是多块钢板焊接成的一个长宽高为2000毫米*1000毫米*800毫米的无盖长方体；

倾斜机构2与箱体1相连接，用于推动箱体1并使箱体1的一端的高度低于箱体1的另一端的高度；也就是说，倾斜机构2的作用是使箱体1产生倾斜，一般按照长度方向来说，一端高，另一端低，也就实现了倾斜。

在倾斜机构2的推动后，箱体1的高度低的一端的端面上设有排水眼3，排水眼3优选为多个，且各排水眼分别开在不同高度，以测量不同层的径流量，例如各排水眼排成竖直一列，还可以每一水平高度设有多个排水眼，例如7个不同高度上，每个高度设置7个排水眼，然后将每一高度排水眼的水都收集起来，也是可以的；前面提到的该端面的上方设有集水器4，集水器4用于收集箱体1顶面土壤倾斜留下的水流。一般来说，这里的集水器4的下沿高于排水眼，因为集水器就是用来收集地表径流的，所以不能太低，以防收集的是下层土壤中的水；集水器4的上沿高于箱体1的顶面，因为地表径流的水流很大，有可能形成连续水流向下流，这个连续水流具有一定的高度，因此，集水器开口也最好具有一定高度，将地表径流全部收集；再有，集水器4的开口宽度大于等于箱体1高度低一端的端面开口宽度，其目的也是将地表径流全部收集。集水器4还优选做成如图1所示的漏斗形状或其他类似的减缩形状，以便于进一步将收集到的水流导出，即沿水流下的方向减缩。

类似的，地表径流的水量较大，为防止其外溢，箱体1的两个侧面的顶部均设有沿竖直方向向上延伸的挡水板5。

倾斜机构2可以有多种实现方式，其目的是使箱体1可以模拟地面坡度，因此只要使箱体1形成坡度即可，例如包括倒链，倒链的吊钩钩住箱体1的一端的上部，使用时人工手动拽倒链，将箱体1的一端提起来；

倾斜机构2还可以是，将液压缸的活塞杆与箱体1的一端的底面相连接，或者液压缸的活塞杆通过连杆与箱体1相连接，液压缸伸缩时将箱体1的一端向上顶起。当然，也可以带动箱体1的一端降低，同样也可以达到形成坡度的目的。

倾斜机构2还可以这样实现，将箱体1的一端铰接在箱架6上，箱体1的另一端的箱架6上设置有定位板9，定位板是一块立板，上面不同高度设有定位眼10，箱体1的另一端也有与定位眼10大小相同的对准眼，提升时人工将箱体1的一端抬起，可以借助滑轮、千斤顶或杠杆等工具将箱体1的一端抬起，当箱体1的一端提起到一定高度时，用销子穿过定位眼和对准眼，将箱体1的高度位置锁定。

箱体1的底部还可以设有车轮。这样可使箱体1便于移动。

在箱体1的内底还可以设有从箱体的一侧向箱体的另一侧延伸的挡板，也就是挡板7沿箱体1宽度方向延伸，挡板7两侧的箱体侧面的底部均设有坡位排水眼8，这里，挡板7也可以设置有多个，例如在2000毫米的长度长每隔2000mm/3的长度设置一个挡板7，一共有两个挡板7，将内底面按图中方向分成从左到右的三部分，每一部分的侧面的底部设有坡位排水眼，也就是将箱体1分成不同的坡位，例如分成高坡位、中坡位、低坡位和三个坡位，对于每个坡位，雨水会产生垂直入渗，到箱体1的内底后，被挡板7挡住，我们将各坡位的水引出测量，可以按照分成的坡位，得到相应的数据。这里的挡板也可以在箱体1的内底焊接直径15mm圆钢，因为能渗透到底面的水并不会很多，足以满足要求。为了使得各坡位的水更好流出，圆钢放置时可以略有一点倾斜。

接下来，说明一下如何用该降雨侵蚀测量箱来测量土壤侵蚀量的方法：

步骤1，将如降雨侵蚀测量箱的箱体内盛满土壤；并使箱体内土壤的上表层与箱体的顶面平齐；

步骤2，调整所述倾斜机构使所述箱体倾斜；这样就模拟了现场土壤的自然斜面，并可以通过调整倾斜角度的变化，测量得到不同倾角的的水土流失情况；这里步骤1和步骤2可以互换，先调倾斜后放土时，调整倾斜的过程会更省力些；先放土后调倾斜，利于将图放置的更容易更紧密些，而且不同倾角进行试验时，往往也需要带土调整。

步骤3，模拟人工降雨，并将箱体1置于人工降雨环境之中；

步骤4，收集集水器4采集的水土；

步骤5，收集从排水眼3流出的水土；

步骤6，收集从坡位排水眼8流出的水土；

步骤7，停止人工降雨；

步骤8，测量集水器4采集的水土的容量，得到地表径流量；

步骤9，测量从排水眼3流出的水土的容量，得到不同层深度的分层径流量；相当于分层壤中流的流量。

步骤10，测量从坡位排水眼8流出的水土的容量，得到不同坡位的坡位径流量；

步骤11，烘干集水器4采集的水土中的水，得带地表土壤流失量；

步骤12，烘干从排水眼3流出的水土中的水，得带不同层深度的分层土壤流失量；

步骤13，烘干从坡位排水眼8流出的水土中的水，得带不同坡位的坡位土壤流失量；

步骤14，根据上述得到的地表径流量、分层径流量、坡位径流量、地表土壤流失量、分层土壤流失量和坡位土壤流失量得到土壤侵蚀量。

其中步骤6、10、13是对事先分好坡位测量坡位相关数据，有利于更全面掌握土壤侵蚀量。

本发明可应用于矿山恢复治理室内，通过人工降雨模拟实验调节不同的坡度，可以收集地表径流以及地表土壤流失量、不同土壤深度的壤中流的流失量以及各土壤层的土壤流失量、不同坡位的土壤垂直入渗量、不同护坡治理措施以及不同覆土厚度条件下，调节不同降雨强度，探究地表径流和壤中流的规律以及土壤流失规律。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种降雨侵蚀测量箱，其特征在于：包括箱体和倾斜机构，

所述箱体用于承载土壤，所述箱体是一个长宽高为2000毫米*1000毫米*800毫米的无盖长方体；

所述倾斜机构与所述箱体相连接，用于推动所述箱体并使所述箱体的一端的高度低于所述箱体的另一端的高度；

所述箱体在所述倾斜机构推动下的高度低的一端的端面上设有排水眼，所述排水眼为多个，且各所述排水眼排成竖直一列；该端面的上方设有集水器，所述集水器用于收集与所述箱体顶面平齐的所述箱体内土壤的上表面倾斜留下的水流；所述集水器的下沿高于所述排水眼，所述集水器的上沿高于所述箱体的顶面，所述集水器的开口宽度大于等于所述箱体高度低一端的端面宽度；

所述箱体的内底设有从所述箱体的一侧向所述箱体的另一侧延伸的挡板，所述挡板两侧的箱体侧面的底部均设有坡位排水眼。

2.根据权利要求1所述的降雨侵蚀测量箱，其特征在于：所述箱体的两个侧面的顶部均设有沿竖直方向向上延伸的挡水板。

3.根据权利要求1所述的降雨侵蚀测量箱，其特征在于：所述倾斜机构包括液压缸，所述液压缸的活塞杆与所述箱体的一端的底部相连接，用于带动所述箱体的一端升高或降低。

4.根据权利要求1所述的降雨侵蚀测量箱，其特征在于：所述倾斜机构包括箱架和定位板，所述箱体的一端与所述箱架的一端相铰接，所述定位板立设于所述箱架的另一端，所述定位板上设有多个定位孔，各所述定位孔在所述定位板上沿竖直方向排列，所述箱体的另一端设有定位眼，所述定位眼的眼径与所述定位孔的孔径相等。

5.根据权利要求1所述的降雨侵蚀测量箱，其特征在于：所述箱体的底部设有车轮。

6.一种土壤侵蚀量的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤B1，将如权利要求1-5任一项所述的降雨侵蚀测量箱的所述箱体内盛满土壤；

步骤B2，调整所述倾斜机构使所述箱体倾斜；

步骤B3，模拟人工降雨，并将所述箱体置于人工降雨环境之中；

步骤B4，收集所述集水器采集的水土；

步骤B5，收集从所述排水眼流出的水土；

步骤B6，收集从所述坡位排水眼流出的水土；

步骤B7，停止人工降雨；

步骤B8，测量所述集水器采集的水土的容量，得到地表径流量；

步骤B9，测量从所述排水眼流出的水土的容量，得到不同层深度的分层径流量；

步骤B10，测量从所述坡位排水眼流出的水土的容量，得到不同坡位的坡位径流量；

步骤B11，烘干所述集水器采集的水土中的水，得 到地表土壤流失量；

步骤B12，烘干从所述排水眼流出的水土中的水，得到不同层深度的分层土壤流失量；

步骤B13，烘干从所述坡位排水眼流出的水土中的水，得到不同坡位的坡位土壤流失量；

步骤B14，根据地表径流量、分层径流量、坡位径流量、地表土壤流失量、分层土壤流失量和坡位土壤流失量得到土壤侵蚀量。