CN104977049A - 一种可移动变坡径流组分测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动变坡径流组分测定装置及测定方法，所述装置包括一用于容置试验土的方槽，所述方槽上方设有自计雨量计，所述方槽底面一端通过支撑杆连接一驱动装置，所述驱动装置控制方槽的倾斜角度，所述方槽左侧设有控制区，所述方槽和控制区之间设有坡面径流导流管和土壤中层导流管。本发明采用液压驱动装置驱动方槽转动，实现了坡度调节功能，由于方槽下端面的不同高度处设置导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的同步测定与计算径流，可基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算。

Description

一种可移动变坡径流组分测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及坡面径流测定技术领域，具体涉及一种可移动变坡径流组分测定装置及测定方法。

背景技术

坡地汇流指降雨产生的水流从它产生地点沿坡地向河槽的汇集过程。坡地是产流的场所，也是径流输移的场所。坡地汇流包括坡面、表层和地下三种径流成分的汇流。坡面上的水流多呈沟状或片状，从产流地点到河网的流程不长，因此汇流历时较短。由于坡面糙率大，坡度陡，水流惯性作用可以忽略。表层汇流和地下汇流均属有孔介质中的水流运动。它们的运动都比地面流缓慢。表层汇流速度比地下汇流高得多，地下汇流的速度最低。

与裸露地相比涵养水分是植物生态系统的一项重要功能。不同的生态系统其水源涵养能力是不同的，森林、草地和湿地具有很强的水源涵养能力而荒漠等无植被覆盖的地方水源涵养能力则很低，一般可以根据不同的生态系统类型划分出不同水源涵养功能强弱单元。但是不同的森林树种、不同的草地类型水源涵养能力也不尽相同，甚至差异很大。目前，植物改善土壤理化性质，增加土壤入渗功能的演替研究多以时空替代法，难以模拟同一土体在不同坡度和植被演替过程中径流组分变化，植被水源涵养和土壤侵蚀控制机制研究方法有待进一步提高。本专利以同一土体在不同坡度、不同植被覆盖演替条件下，研究土壤理化性质演替规律和不同层次径流组分演替规律为对象，对于揭示植被水源涵养和土壤侵蚀控制机制提供了有效工具。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种可移动变坡径流组分测定装置，以解决现有技术中同一坡面土体在不同坡度和植被覆盖条件下坡面径流中地表径流、土壤壤中流、基流同步测定的问题，以及壤中流中侧向流测定问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可移动变坡径流组分测定装置，包括一用于容置试验土的方槽，所述方槽上方设有自计雨量计，所述方槽底面一端通过支撑杆连接一驱动装置，所述驱动装置控制方槽的倾斜角度，所述方槽左侧设有控制区，所述方槽和控制区之间设有坡面径流导流管和土壤中层导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的测定与计算径流，基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算： $E=R-R_s-R_{r1}-R_{r2}-.....-R_{\mathrm{rn}}-{\▿W}_1-{\▿W}_2-.....{\▿W}_n,$

E是土壤或者植物蒸发量；R为降雨量；R_s是地表径流量；R_r1-R_rn是1-n层次土壤壤中流流量；是1-n层次土壤壤含水流量。

其中，所述方槽内底面上设有塑料板，所述塑料板上设有漏水孔，所述塑料板上方包覆一渗水土工布，所述塑料板和方槽底部之间设有渗透水集流槽，所述渗透水集流槽的下端设有土壤下层导流管。

其中，所述坡面径流导流管右端连接流泥沙收集槽，所述土壤中层导流管和土壤下层导流管连接集水槽。

其中，所述方槽由钢材制成，所述方槽底面一端通过液压支撑杆连接一液压驱动装置。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种变坡径流组分测定方法，包括以下步骤：

步骤一，设定坡度，启动液压驱动装置通过液压支撑杆带动方槽旋转；

步骤二，测定流泥沙收集槽和集水槽中的物质质量，根据水量平衡公式进行各径流组分的测定与计算。

其中，所述方槽下端面的不同高度处设置导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的测定与计算径流，基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算： $E=R-R_s-R_{r1}-R_{r2}-.....-R_{\mathrm{rn}}-{\▿W}_1-{\▿W}_2-.....{\▿W}_n,$

E是土壤或者植物蒸发量；R为降雨量；R_s是地表径流量；R_r1-R_rn是1-n层次土壤壤中流流量；是1-n层次土壤壤含水流量。

其中，所述土壤壤中流R_r可分为优先流和基流，按照下式计算测定：R_r=R_p+R₆，

R_r是土壤壤中流流量，R_p是降雨过程中快速流出土壤壤中流流量(优先流)，R_b是降雨结束后土壤壤中流基流流量。

其中，在坡度等于零的条件下，土壤壤中流以垂直入渗为主，侧向流测定公式按照下式计算：

R_cn是n层次土壤壤中流流量的侧向流流量；

是变化m°坡度条件下n层次土壤壤中流流量；

是0°坡度条件下n层次土壤壤中流流量。

(三)有益效果

本发明相比较于现有技术，其具有如下有益效果：采用液压驱动装置驱动方槽转动，实现了坡度调节功能，并在方槽下端面的不同高度处设置导流管，分别测定流量数据，可基于水量平衡公式进行各径流组分的测定与计算。本发明以降雨条件下坡面非均匀汇流为内容，测定同一土体在不同坡度和不同植被覆盖类型条件下，土壤在自然降雨或者模拟降雨条件下地表径流量以及不同土壤不同深度各层次的优先流、基流和侧向流径流组分。

附图说明

图1是本发明的可移动变坡径流组分测定装置的侧视图。

图2是本发明的可移动变坡径流组分测定装置的平面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示的，一种可移动变坡径流组分测定装置，包括一用于容置试验土1的方槽2，所述方槽2由钢材制成，规格为2m*5m*0.6m，方槽2内侧做防锈处理，所述方槽2上方设有自计雨量计3用以测定径流过程。在方槽2底部钢板上加一层PVC塑料板4，所述塑料板4上设有漏水孔13，所述塑料板4上方包覆一渗水土工布(图中未示出)，以防止方槽2内的试验土流失，所述塑料板4和方槽2底部之间形成渗透水集流槽7，所述渗透水集流槽7的下端设有土壤下层导流管8，渗透水集流槽高10cm。所述方槽2下端的中部设有土壤中层导流管9，该土壤中层导流管9位于离试验土表层10cm的位置，所述土壤中层导流管9伸入试验土1的一端设有渗水土工布10，所述方槽2下端位于方槽2侧壁上方设有坡面径流导流管11。所述坡面径流导流管11后端连接流泥沙收集槽17，土壤下层导流管和土壤中层导流管连接集水槽18。所述塑料板4中部间隔设有若干凸柱12用以防滑。所述方槽2底面一端通过液压支撑杆5连接一液压驱动装置6，所述支撑杆5设于支撑平板14上，所述支撑平板14下方设有滚轮15。为安全起见，所述支撑平板14上还设有止动杆16，当液压驱动装置6通过液压支撑杆5将方槽2翻转至设定角度后，使用止动杆16将方槽2锁止在该设定角度上，用以增加方槽2的稳定性和安全性。方槽的变坡范围是0-30°，液压驱动装置是方槽的驱动动力，在选型上，采用液压油管的系数均在量程的5倍以上，方槽重量15吨，液压高压油管选型应大于80吨。

方槽坡面地表径流由坡面径流导流管11导入泥沙径流自动监测系统，同时配置径流泥沙收集槽17，以矫正自动监测系统。

本发明还提供了一种变坡径流组分测定方法，包括以下步骤，

步骤一，设定坡度，启动液压驱动装置通过液压支撑杆带动方槽旋转；

步骤二，测定流泥沙收集槽和集水槽中的物质质量，根据水量平衡公式进行各径流组分的测定与计算。

所述方槽下端面的不同高度处设置导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的测定与计算径流，基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算： $E=R-R_s-R_{r1}-R_{r2}-.....-R_{\mathrm{rn}}-{\▿W}_1-{\▿W}_2-.....{\▿W}_n,$

E是土壤或者植物蒸发量；R为降雨量；R_s是地表径流量；R_r1-R_rn是1-n层次土壤壤中流流量；是1-n层次土壤壤含水流量。

所述土壤壤中流R_r可分为优先流和基流，按照下式计算测定：R_r=R_p+R_b，

R_r是土壤壤中流流量，R_p是降雨过程中快速流出土壤壤中流流量(优先流)，R_b是降雨结束后土壤壤中流基流流量。

在坡度等于零的条件下，土壤壤中流以垂直入渗为主，侧向流测定公式按照下式计算： $R_{\mathrm{cn}}=R_{\mathrm{cn}}^m-R_{\mathrm{cn}}^0,$

R_cn是n层次土壤壤中流流量的侧向流流量；

是变化m°坡度条件下n层次土壤壤中流流量；

是0°坡度条件下n层次土壤壤中流流量。

本发明采用液压驱动装置驱动方槽转动，实现了坡度调节功能，并在方槽下端面的不同高度处设置导流管，分别测定流量数据，可基于水量平衡公式进行各径流组分的测定与计算。本发明以降雨条件下坡面非均匀汇流为内容，测定不同土地利用类型在自然降雨或者模拟降雨条件下地表径流量以及不同土壤不同深度各层次的优先流、侧向流径流组分。

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 (8)

1.一种可移动变坡径流组分测定装置，其特征在于，包括一用于容置试验土的方槽，所述方槽上方设有自计雨量计，所述方槽底面一端通过支撑杆连接一驱动装置，所述驱动装置控制方槽的倾斜角度，所述方槽左侧设有控制区，所述方槽和控制区之间设有坡面径流导流管和土壤中层导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的测定与计算径流，基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算： $E=R-R_s-R_{r1}-R_{r2}-.....-R_{\mathrm{rn}}-{\▿W}_1-{\▿W}_2-.....{\▿W}_n,$

E是土壤或者植物蒸发量；R为降雨量；R_s是地表径流量；R_r1-R_rn是1-n层次土壤壤中流流量；是1-n层次土壤壤含水流量。

2.根据权利要求1所述的可移动变坡径流组分测定装置，其特征在于，所述方槽内底面上设有塑料板，所述塑料板上设有漏水孔，所述塑料板上方包覆一渗水土工布，所述塑料板和方槽底部之间设有渗透水集流槽，所述渗透水集流槽的下端设有土壤下层导流管。

3.根据权利要求2所述的可移动变坡径流组分测定装置，其特征在于，所述坡面径流导流管右端连接流泥沙收集槽，所述土壤中层导流管和土壤下层导流管连接集水槽。

4.根据权利要求1所述的可移动变坡径流组分测定装置，其特征在于，所述方槽由钢材制成，所述方槽底面一端通过液压支撑杆连接一液压驱动装置。

5.一种变坡径流组分测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设定坡度，启动液压驱动装置通过液压支撑杆带动方槽旋转；

步骤二，测定流泥沙收集槽和集水槽中的物质质量，根据水量平衡公式进行各径流组分的测定与计算。

6.根据权利要求5所述的变坡径流组分测定方法，其特征在于，所述方槽下端面的不同高度处设置导流管，可在不同降雨强度和坡度下对同一土体坡面非均匀汇流条件下的地表径流和不同土壤深度层次进行径流组分的测定与计算径流，基于水量平衡公式进行土壤和植物蒸发量的计算： $E=R-R_s-R_{r1}-R_{r2}-.....-R_{\mathrm{rn}}-{\▿W}_1-{\▿W}_2-.....{\▿W}_n,$

E是土壤或者植物蒸发量；R为降雨量；R_s是地表径流量；R_r1-R_rn1-n层次土壤壤中流流量；是1-n层次土壤壤含水流量。

7.根据权利要求6所述的变坡径流组分测定方法，其特征在于，所述土壤壤中流R_r可分为优先流和基流，按照下式计算测定：R_r=R_p+R₆，

R_r是土壤壤中流流量，R_p是降雨过程中快速流出土壤壤中流流量(优先流)，R_b是降雨结束后土壤壤中流基流流量。

8.根据权利要求7所述的变坡径流组分测定方法，其特征在于，在坡度等于零的条件下，土壤壤中流以垂直入渗为主，侧向流测定公式按照下式计算： $R_{\mathrm{cn}}=R_{\mathrm{cn}}^m-R_{\mathrm{cn}}^0,$

R_cn是n层次土壤壤中流流量的侧向流流量；

是变化m°坡度条件下n层次土壤壤中流流量；

是0°坡度条件下n层次土壤壤中流流量。