CN106198369B - 一种土壤风蚀测量装置及土壤风蚀测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤风蚀测量装置及土壤风蚀测量方法。土壤风蚀测量装置包括方形测量框、测钎、两个纵向滑动块、垂直测量尺以及横向滑动尺；方形测量框的位于纵向方向的边至少有一边为纵向测量尺；且纵向方向的两个边分别安装有纵向滑动块，横向滑动尺与两个纵向滑动块的上部固定连接，并可随纵向滑动块沿纵向移动；垂直测量尺与横向滑动尺垂直，滑动连接件可沿横向滑动尺的长度方向移动从而带动垂直测量尺沿横向移动；滑动连接件在垂直方向设有通孔，垂直测量尺穿过通孔并可在通孔内沿竖直方向移动。本发明具有不需要电力驱动、便于携带、安装简单和操作简单等优点。

Description

一种土壤风蚀测量装置及土壤风蚀测量方法

技术领域

本发明涉及风力侵蚀监测技术领域，尤其涉及一种测量土壤风蚀量的装置及土壤风蚀测量方法。

背景技术

土壤风蚀是全球严重的环境问题之一，中国是世界上受土壤风蚀危害严重的国家之一，土壤风蚀是中国干旱、半干旱及部分湿润地区土地荒漠化的首要过程。中国截止2014年，中国风蚀荒漠化面积达182.63×104km²，占全国荒漠化土地总面积的69.93％，土壤风蚀造成土地沙化、土壤贫瘠，生产力下降，严重影响这些地区的资源开发和社会经济持续稳定发展。

风蚀量是指一定时间内，被风吹走的地表土壤的质量与堆积质量之差。风蚀量是对风蚀进行分级和防风措施设计规划的重要指标和依据。目前用于测定土壤风蚀量的仪器以及方法目前尚未完善，一直没有取得满意的结果。

目前测量土壤风蚀的方法按测量原理主要有一下几个途径：第一种就是野外调查，根据地标志物风蚀裸露状况去估计或确定其年代后再估算风蚀速率；这种方法主要是早期风蚀调查和第一次涉足一些偏远地区在没有任何监测设备的前提一下，一种粗略估算风蚀量的方法。第二种利用某种元素示踪；利用元素衰变周期推算风蚀速率，这样风蚀测定方法成本比较昂贵，技术难度大，不利于推广。第三种，对比不同年份土壤机械组成去判断风蚀；是一种间接方法，目前应用范围比较狭窄，理论上不成熟。第四种通过室内风洞或者野外风蚀盘，称重法去测定风蚀量；是最直接且应用比较广泛的方法，风蚀盘野外放置容易对风产生影响，进而影响风蚀量准确性。第五种在野外地表布设风蚀测钎和风蚀桥进行风蚀厚度测量，进而利用土壤容重计算风蚀量，风蚀测钎测到风蚀代表一个点的风蚀，风蚀桥代表一条线上的风蚀量；第六种利用高科技的无人机航空测量、三维激光扫描仪以及各类地形测量仪器估算风蚀量，一般用于大范围内的风蚀测量，对操作人员的技术要求高。

风蚀研究区域大都是比较偏远、荒凉的干旱荒漠地区。电力供应基本不可能，且交通极为不方便，不便于携带重量较大的且耗电较大的仪器。类似风蚀测钎和风蚀桥的方法在野外环境下的优势就凸显出来。但风蚀测钎测定的数据仅代表一个点上的风蚀量，需要大量设置才能推算到面上，测钎布设太稠密，容易对风蚀产生影响，太稀疏影响测量精度；风蚀桥观测的只是一个风蚀断面变化的风蚀量，推广到面域精度较低。

野外风蚀研究工作中急需研制一个可以观测单位面积的风蚀观测设备，不需要电力驱动，便于携带，安装简单，操作简单的风蚀观测设备及其相应的观测方法。

发明内容

鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种土壤风蚀测量装置及利用该装置进行土壤风蚀测量方法，具有不需要电力驱动、测量精度高、便于携带、安装简单和操作简单等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种土壤风蚀测量装置，包括方形测量框、安装在方形测量框的底部的测钎、对应设置的两个纵向滑动块、垂直测量尺以及横向滑动尺；

所述方形测量框位于纵向方向的边至少有一边为纵向测量尺；方形测量框的纵向方向的两个边分别安装有可沿纵向移动的纵向滑动块，横向滑动尺与两个纵向滑动块的上部固定连接，并可随纵向滑动块沿纵向移动；

所述垂直测量尺通过滑动连接件安装在横向滑动尺上，所述垂直测量尺与横向滑动尺垂直，滑动连接件可沿横向滑动尺的长度方向移动从而带动垂直测量尺沿横向移动；所述滑动连接件在垂直方向设有通孔，所述垂直测量尺穿过通孔并可在通孔内沿竖直方向移动。

本发明的有益效果是：

本发明所述土壤风蚀测量装置通过合理的设置，能精确测量土壤表面的风蚀厚度，通过计算可获取到风蚀量和风蚀模数。

通过方形测量框、纵向滑动块、横向滑动尺以及垂直测量尺的合理设置，可以方便移动至检测区域内的任一点，并通过垂直测量尺测量高度，从而获得风蚀测量装置内不同点位的风蚀厚度，获取单位面积的平均风蚀厚度，较单个风蚀测钎的测量增加了观测点的同时节省了测钎数量，这样可以减少多个测钎对风的干扰进而土壤风蚀，同时测量结果代表了单位面积的风蚀量。

本发明所述土壤风蚀测量装置具有不需要电力驱动、测量精度高、便于携带、安装简单和操作简单等优点。

本发明结构简单、体积小、易于拆卸、使用方便、使用方便、便于放置和安装携带、测量方法科学合理、测量精度高和整个工具简单实用。可以广泛应用于风沙物理学、林学、生态学和铁路、公路、工矿等防沙治沙工程以及水土流失监测中的风蚀监测方面的研究及监测工作，是风蚀观测必不可少的一种观测仪器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述横向滑动尺沿长度方向设有横向滑动尺凹槽；

所述滑动连接件包括：滑动连接片、横向滑动块、连接螺丝和垂直测量尺卡槽；

所述滑动连接片的一端卡在横向滑动齿凹槽内，所述滑动连接片的另一端通过连接螺丝与横向滑动块固定，在滑动连接片与横向滑动块之间还设有垂直测量尺卡槽，

垂直测量尺卡槽与滑动连接片或横向滑动块形成了用于放置垂直测量尺的通孔；垂直测量尺穿过该通孔并沿竖直方向移动；连接螺丝的螺纹部分穿过滑动连接片，用于固定滑动连接片，连接螺丝的无螺纹部分穿过横向滑动块，用于控制滑动连接片与横向滑动块之间的通孔的大小。

采用上述进一步方案的有益效果是：

通过滑动连接件各部分的合理设置，可以方便调整垂直测量尺沿横向滑动尺的长度方向的位置以及方便调整垂直测量尺在垂直方向的位置。

滑动连接片呈倒梯形结构，内大外小结构使得滑动连接片在横向滑动尺凹槽内自由滑动而不脱落。

通过连接螺丝的设置可以方便调整滑动连接片和横向滑动连接块之间的孔隙，保证具有一定预留空间可以供垂直测量尺卡槽及垂直测量尺通过。

垂直测量尺卡槽呈弓形结构，保证垂直测量尺卡槽与横向滑动块留有一定距离，该距离与垂直测量尺厚度一致，保证垂直测量尺在垂直测量尺卡槽内自由上下移动。

进一步，所述横向滑动块上有一个开口观测窗，开口观测窗设有两个指针，分别用于指示垂直测量尺和横向滑动尺的刻度。

采用上述进一步方案的有益效果是：

横向滑动块设置的开口观测窗可以方便使用者读取垂直测量尺和横向滑动尺的刻度。

进一步，所述垂直测量尺的中心位置留有一条沿垂直方向设置的细缝，方便横向滑动块的开口观测窗设有的指针通过细缝读取横向滑动尺的刻度。

采用上述进一步方案的有益效果是：如果没有细缝，垂直测量尺会遮挡横向滑动尺的刻度，通过细缝的设置，方便横向滑动块的开口观测窗的指针通过细缝读取横向滑动尺的刻度。

进一步，所述纵向滑动块包括：固定部和与固定部固定连接的滑动部，固定部位于滑动部的上方；

固定部沿横向滑动尺的长度方向设置，横向滑动尺的端部从固定部内部的通孔中穿过；滑动部沿纵向设置并可沿方形测量框的纵向的边的长度方向移动，方形测量框的纵向的边从滑动部的内部的通孔中穿过；

在滑动部的表面上设有用于指示纵向测量尺的刻度的指针。

采用上述进一步方案的有益效果是：

固定部用于固定横向滑动尺，滑动部的设置方便在纵向方向的调节；使用时，只需要调整滑动部，即可以带动横向滑动尺沿纵向调节；通过指针的设置方便使用者读取在纵向方向的坐标。

进一步，所述滑动部与方形测量框的纵向的边接触的面和/或固定部与横向滑动尺接触的表面设有滑动框防磨垫层。

采用上述进一步方案的有益效果是：防止滑动部滑动过程将带刻度的测量框的刻度磨损。

进一步，所述方形测量框包括第一边、第二边、第三边和第四边，所述第一边、第二边、第三边和第四边依次通过连接头首尾相连形成方形；所述第一边和/或第三边为纵向测量尺；所述连接头的结构为内部中空的L型结构，L型结构的两端分别与方形测量框的相邻的两边连接，所述L型结构的底部设有用于安装万向球螺杆的通孔，万向球螺杆的球状部分位于L型结构的内部，万向球螺杆的杆状部分从通孔伸出用于与测钎的顶部可拆卸地安装，所述测钎设有四个。

采用上述进一步方案的有益效果是：

通过L型结构方便的连接第一边、第二边、第三边和第四边，组成方形测量框；同时，也方便连接方形测量框与测钎。

测钎与测量框可以分离，一个测量区的多个观测点仅需设置测钎部分，测量时仅用一个测量框测量进行各观测点测量，在测量结束后测钎支柱留在风蚀监测区域，用于下次测量，保证测量精度。

本发明所述的土壤风蚀测量装置，可以根据地形设置在不同位置，通过连接头处的万向球螺杆可以360度调节方向，保证测钎沿重心竖直与坡面形成一定角度后，仍然可使测量框安装在测钎上。方便调节方向角度，观测不同地形条件的风蚀量。

进一步，所述测钎上还套设有测钎防沉降盘，所述测钎防沉降盘通过固定螺丝与测钎的杆体固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：

使用时，测钎一半入土，一半在地面以上，有测钎防沉降盘，可以避免测钎由于测量框及自身的重量下沉造成风蚀测量数据的误差，从而保证仪器的测量精度。在风蚀监测期内，测钎不移动，一个风蚀测量装置可以配有多套风蚀测钎。

进一步，所述方形测量框为正方形。

采用上述进一步方案的有益效果是：满足监测过程中的使用需要。

本发明还提供一种利用上述土壤风蚀测量装置进行土壤风蚀测量方法，包括以下步骤：

1)在观察区域内根据研究或者试验的目的选择多个观测点；

2)将上述土壤风蚀测量装置布设于待测定区域的每一个观测点；其中每一观测点，仅需布设测钎，其余测部分整个试验仅需一套即可，在每个观测点可以与测钎简单分离后去测量剩余的观测点；

3)在每一个观测点，分别等间距的沿纵向移动横向滑动尺，并沿横向等间距地移动垂直测量尺，利用垂直测量尺监测不同测量点的垂直高度Zij,其中i和j分别代表横向移动次数和纵向移动次数或坐标点序号，并用矩阵的方式进行记录；

初始测量结果的矩阵为A，

；

不同的观测点进行上重复测量，分别记录对应点的观测值；

第二次测量时，重复初始测量时的操作，第二次测量的结果的矩阵记为B；利用E＝B-A进行元素求平均值，即为风蚀厚度Z_mean,单位为cm或m；根据公式M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S进行计算，其中，M_{Wind erosion}为一段时间或一场风的S面积内的风蚀量，单位为t或g；γ为土壤容重g/cm³或kg/m³；S为待测定区域的面积，单位为cm²或m²。可以根据侵蚀量M_{Wind erosion},求取单位时间内单位面积的土壤风蚀量，即为研究区的土壤侵蚀模数EM erosionmodulus，计算公式为：

一般根据侵蚀模数的概念单位可以换算为常用单位t/a﹒km²；其a表示年，t表示吨；公式中T表示时间。

本发明的有益效果是：

本发明所述的土壤风蚀测量方法操作简单、精确度高。通过横向滑动尺的滑动，到达需要测定风蚀的位置，记录垂直测量尺数据，将整个测量框覆盖区域按照等间距测量的方法，全部测定完成，将两个时间段的测量结果的对应点相减，求取平均值，可以获得平均风蚀厚度，之后利用公式进行计算可以求得测定区域的风蚀量和风蚀模数。风蚀测量装置，通过滑动框刻度和横向滑动尺刻度可以准确定位，保证每次测量结果都是在同一位置风蚀量，保证测量精度。同时，测钎支柱在风蚀监测期内，保留在测量区域不移动。风蚀测量装置在风蚀观测时，在1平米面积内等间距测量多个测量点，求取多次测量结果的平均平均值，计算风蚀厚度和风蚀量，结果更科学合理。相比测钎方法，更加准确、科学。结果能代表单位面积的风蚀厚度和风蚀量。

附图说明

图1为本发明所述土壤风蚀测量装置的立体结构示意图；

图2包括图2A和图2B，分别为本发明所述第一边、第二边的结构示意图；

图3为本发明所述连接头的结构示意图；

图4为本发明所述测钎的结构示意图；

图5为本发明所述纵向滑动块的结构示意图；

图6为本发明所述横向滑动尺和垂直测量尺的连接结构示意图；

图7为本发明所述的滑动连接件的结构示意图，包括图7A至图7F。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、方形测量框，11、第一边，12、第二边，2、连接头，21、测量框连接口，22、万向球螺杆，3、测钎，31、测钎防沉降盘，32、固定螺丝，4、纵向滑动块，41、滑动部，42、固定部，43、滑动块固定螺丝，44、滑动框防磨垫层，5、横向滑动尺，51、横向滑动尺凹槽，52、横向滑动块，53、滑动连接片，54、连接螺丝，55、垂直测量尺卡槽，56、紧固件，6、垂直测量尺，61、细缝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-7所示，一种土壤风蚀测量装置，包括方形测量框1、安装在方形测量框1的底部的测钎3、对应设置的两个纵向滑动块4、垂直测量尺6以及可沿纵向移动的横向滑动尺5；所述垂直测量尺6与方形测量框1垂直。

方形测量框1可以水平设置也可以倾斜设置，当需要测量的区域有坡度就会发生方形测量框1倾斜设置的情况。

所述方形测量框1的位于纵向方向的边至少有一边为纵向测量尺；方形测量框1的纵向方向的两个边分别安装有可沿纵向移动的纵向滑动块4，横向滑动尺5与两个纵向滑动块4的上部固定连接，并可随纵向滑动块4沿纵向移动；

所述垂直测量尺6通过滑动连接件安装在横向滑动尺5上，所述垂直测量尺6与横向滑动尺5垂直，滑动连接件可沿横向滑动尺5的长度方向移动从而带动垂直测量尺6沿横向移动；所述滑动连接件在垂直方向设有通孔，所述垂直测量尺6穿过通孔并可在通孔内沿竖直方向移动。

所述横向滑动尺5沿长度方向设有横向滑动尺凹槽51；

所述滑动连接件包括：滑动连接片53、横向滑动块52、连接螺丝54和垂直测量尺卡槽55；

所述滑动连接片53的纵截面为倒梯形，所述滑动连接片53的一端卡在横向滑动尺凹槽51内，所述滑动连接片53的一端通过连接螺丝54与横向滑动块52固定，同时还利用紧固件56将连接螺丝54与横向滑动块52进一步固定，所述滑动连接片53的卡在横向滑动尺凹槽51内的一端的高度大于与横向滑动块52固定一端的高度，在滑动连接片53与横向滑动块52之间还设有垂直测量尺卡槽55。

垂直测量尺卡槽55与滑动连接片53或横向滑动块52形成了用于放置垂直测量尺6的通孔，该通孔即为放置垂直测量尺6的空间；垂直测量尺6穿过该空间并沿竖直方向移动；连接螺丝54的螺纹部分穿过滑动连接片53，用于固定滑动连接片53，连接螺丝54的无螺纹部分穿过横向滑动块52，用于控制滑动连接片53与横向滑动块52之间的空间的大小。

所述横向滑动块52上有一个开口观测窗，开口观测窗设有两个指针，分别用于指示垂直测量尺6和横向滑动尺5的刻度。

所述纵向滑动块4包括：固定部42和与固定部42固定连接的滑动部41，固定部42位于滑动部41的上方且固定部42与滑动部41垂直；

固定部42沿横向滑动尺5的长度方向设置，横向滑动尺5的端部从固定部42内部的通孔中穿过，在位于横向滑动尺5的侧面的固定部42的开口处还设有滑动块固定螺丝43，用于增强固定效果；滑动部41沿纵向设置并可沿方形测量框1的纵向的边的长度方向移动，方形测量框1的纵向的边从滑动部41的内部的通孔中穿过；

在滑动部41的表面上设有用于指示纵向测量尺的刻度的指针。

所述滑动部41与方形测量框1的纵向的边接触的面和/或固定部42与横向滑动尺5接触的表面设有滑动框防磨垫层44。

所述方形测量框1包括第一边11、第二边12、第三边和第四边，所述第一边、第二边、第三边和第四边依次通过连接头2首尾相连形成方形；所述第一边和/或第三边为纵向测量尺；所述连接头2的结构为内部中空的L型结构，L型结构的两端分别为测量框连接口21，用于与方形测量框1的相邻的两边连接，所述L型结构的底部设有用于安装万向球螺杆22的通孔，万向球螺杆22的球状部分位于L型结构的内部，万向球螺杆22的杆状部分从通孔伸出用于与测钎3的顶部可拆卸地安装，所述测钎3设有四个。

所述垂直测量尺6的中心位置留有一条沿垂直方向设置的细缝61，方便横向滑动块52的观测窗口的指针，通过细分读取横向滑动尺5的刻度。

所述测钎3上还套设有测钎防沉降盘31，在本发明的一个实施例中，所述测钎防沉降盘31包括圆环状本体和圈状连接部，圈状连接部的底部与圆环状本体的上表面一体成型并且轴线在同一轴线上，圆环状本体和圈状连接部均套在测钎3的杆体上，圈状连接部通过固定螺丝32与测钎3的杆体固定连接。

本发明中的“横向”和“纵向”是指互相垂直的两条边，如果其中一条边为“横向”，另一条边则为“纵向”。附图1-7中，仅示意了符合本发明方案的一种理解方式，如果将附图1-7中表示的横向和纵向互相调换，也符合本发明的方案，也在本发明的保护范围内。

在实际应用中，为方便使用者使用，方形测量框1通常为正方形。

上述土壤风蚀测量装置进行土壤风蚀测量方法，包括以下步骤：

1)在观察区域内根据研究或者试验的目的选择多个测量点；

2)将上述土壤风蚀测量装置布设于待测定区域的每一个观测点；其中每一观测点，仅需布设测钎及测钎防沉降盘，其余测部分整个试验仅需一套即可，在每个观测点可以通过万向球螺杆22部分与测钎简单分离后去测量剩余的观测点。

3)在每一个观测点，分别等间距的沿纵向移动横向滑动尺，并沿横向等间距地移动垂直测量尺，利用垂直测量尺监测不同测量点的垂直高度Zij,其中i和j分别代表横向移动次数和纵向移动次数或坐标点序号，并用矩阵的方式进行记录；

初始测量结果的矩阵为A，

不同的观测点进行上重复测量，分别记录对应点的观测值。

第二次测量时，重复初始测量时的操作，第二次测量的结果的矩阵记为B；利用E＝B-A进行元素求平均值，即为风蚀厚度Z_mean,单位为cm或m；

4)根据公式M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S进行计算，其中，M_{Wind erosion}为一段时间或一场风的S面积内的风蚀量，单位为t或g；γ为土壤容重g/cm³或kg/m³；S为待测定区域的面积，单位为cm²或m²。可以根据侵蚀量M_{Wind erosion},求取单位时间内单位面积的土壤风蚀量，即为研究区的土壤侵蚀模数。

一般根据侵蚀模数的概念单位可以换算为常用单位t/a﹒km²；其a表示年，t表示吨；公式中T表示时间。

下面通过具体的实施例来进行介绍。

实施例1

一种土壤风蚀测量装置，包括水平设置的方形测量框1、四个测钎3、两个纵向滑动块4、垂直测量尺6以及横向滑动尺5。四个测钎3安装于方形测量框1的拐角处。垂直测量尺6以及横向滑动尺5均设有刻度。横向滑动尺5沿X轴方向设置，垂直测量尺6沿Z轴方向设置。

方形测量框1由第一边11、第二边12、第三边和第四边依次首尾相连形成的正方形结构，相邻的边通过连接头2连接。其中，第一边11和第三边为纵向测量尺，并带有刻度，沿Y轴方向设置；第二边12和第四边不带有刻度，沿X轴方向设置。

连接头2的数量为四个，分别位于方形测量框1的拐角处，用于连接方形测量框1相连的两个边，与测钎3形成为X、Y、Z三个方向垂直结构。连接头2的结构为内部中空的L型结构，L型结构的两端分别为测量框连接口21，用于与方形测量框1的相邻的两边连接，连接时，可以通过连接件进行固定。每个L型结构的底部均设有用于安装万向球螺杆22的通孔，万向球螺杆22的球状部分位于L型结构的内部，万向球螺杆22的杆状部分从通孔伸出用于与测钎3的顶部可拆卸地安装。

测钎3还套设有测钎防沉降盘31，测钎防沉降盘31包括圆环状本体和圈状连接部，圈状连接部的底部与圆环状本体的上表面一体成型并且二者的轴线在同一直线上，圆环状本体和圈状连接部均套在测钎3的杆体上，圈状连接部通过固定螺丝32与测钎3的杆体固定连接。使用时，测钎3的一部分入土，一部分留在地表，测钎防沉降盘31位于紧贴地表处。

在第一边和第三边上分别安装有纵向滑动块4。纵向滑动块4包括固定部42和与固定部42固定连接的滑动部41，固定部42位于滑动部41的上方且固定部42与滑动部41垂直；固定部42和滑动部41均为侧面开口的凹形结构。

固定部42沿横向滑动尺5的长度方向(即X轴方向)设置，横向滑动尺5的端部从固定部42内部的通孔中穿过，在位于横向滑动尺5的侧面的固定部42的开口处还设有滑动块固定螺丝43，用于增强固定效果；滑动部41沿纵向设置并可沿方形测量框1的纵向的边的长度方向移动，从而带动横向滑动尺5沿该方向移动，方形测量框1的纵向的边从滑动部41的内部的通孔中穿过；在滑动部41的表面上设有用于指示纵向测量尺的刻度的指针。所述滑动部41与纵向测量尺接触的表面设有滑动框防磨垫层44。滑动部41沿Y轴滑动时，滑动框防磨垫层44起润滑作用，滑动框防磨垫层44的材质为软质的，可以减少金属相互划伤的材质即可，保证刻度不被磨掉。固定部与横向滑动尺接触的表面也设有滑动框防磨垫层44，避免磨损横向滑动尺的刻度。

通过纵向滑动块4的设置，一方面利用固定部42将横向滑动尺5固定，通过滑动部41可以使横向滑动尺5沿着Y轴方向移动，滑动部41的表面设有的指针指向方形测量框1上的刻度，即为当前Y方向坐标值。

横向滑动尺5通过滑动连接件与垂直测量尺6连接。横向滑动尺5沿X轴方向设有横向滑动尺凹槽51；

所述滑动连接件包括滑动连接片53、横向滑动块52、连接螺丝54和垂直测量尺卡槽55；

横向滑动尺凹槽51内嵌有滑动连接片53；所述滑动连接片53的纵截面为倒梯形，所述滑动连接片53的一端卡在横向滑动尺凹槽51内，所述滑动连接片53的另一端通过连接螺丝54与横向滑动块52固定，同时还利用紧固件56将连接螺丝54与横向滑动块52进一步固定，所述滑动连接片53的卡在横向滑动尺凹槽51内的一端的高度大于与横向滑动块52固定一端的高度，在滑动连接片53与横向滑动块52之间还设有垂直测量尺卡槽55，垂直测量尺卡槽55的横截面为弓型结构，

垂直测量尺卡槽55与滑动连接片53或横向滑动块52形成了放置垂直测量尺6的空间；垂直测量尺6穿过该空间并沿竖直方向移动；连接螺丝54的螺纹部分穿过滑动连接片53，用于固定滑动连接片53，连接螺丝54的无螺纹部分穿过横向滑动块52，用于控制滑动连接片53与横向滑动块52之间的空间的大小。

所述垂直测量尺6的中心位置留有一条沿垂直方向设置的细缝61，方便滑动块52的观测窗口的指针，通过细分读取横向滑动尺5的刻度。

所述横向滑动块52上有一个开口观测窗，开口观测窗呈长方形，开口观测窗设有两个指针，分别为垂直指针和水平指针，可以分别读出X轴坐标位置以及垂直测量尺显示的垂直高度Z；

纵向测量尺、横向滑动测量尺和垂直测量尺的所有带刻度部分最小单位为毫米(mm)。

垂向测量尺通过横向滑动块安装在横向滑动尺上，通过横向滑动块在X轴方向移动带动垂向测量尺在X轴方向移动，通过横向滑动块上指针与横向滑动尺刻度确定X方向坐标；垂向测量尺可以沿Z轴方向移动，通过横向滑动块52的Z方向指针确定距地面高度。

本发明可以根据测量的要求直接测量面域上任意一点(X,Y)的风蚀区高度Z(单位为cm)，即垂直测量尺测出的底面距方形测量框的高度，通过两次测量结果获得风蚀高度ΔZ，进一步获得S面积上的风蚀量M_{Wind erosion}＝γ×ΔZ×S；其中，S是X和Y相乘的结果，在本次试验中，数值为1平方米，用于观测1平方米内的风蚀量。

测量框带有刻度，按照刻度等间距Y1方向移动，固定在某一刻度后，然后等间距移动横向测量尺到X1，两次等间距可以一致，读取垂向测量尺Z1，记录结果(X1，Y1，Z1)，继续移动横向测量尺到X2，读取垂向测量尺Z1，记录结果(X2，Y1，Z2)，一直到沿X轴方向结束；然后移动纵向滑动块到Y2，重复上述步骤，直到整个面S全部测量完毕；下次测量都按照Y方向和X方向移动距离与上一次一致，保证2次测量点为同一点，保证测量精度。

具体地，如图1和图2所示，方形测量框1呈方形，边长为110cm，方形测量框1的测量范围0-100cm。垂直滑动尺5通过横向滑动尺凹槽51与横向滑动块52配合作用沿着凹槽轨道运行，然后通过滑动连接片53配合连接螺丝54将横向滑动块52和滑动连接片53固定。横向滑动块52与滑动连接片53之间的距离可以通过连接螺丝54的无螺纹部分控制，间距保证可以将垂直测量尺卡槽55通过连接螺丝54安装在滑动连接片53上，将垂直测量尺6插入垂直测量尺卡槽55中。通过纵向滑动块4的固定部42将横向滑动尺5利用螺丝通过滑动块固定螺丝43固定在纵向滑动块4上。测钎3用锤击入土，地上部分保持在测钎防沉降盘31位置，通过固定螺丝32将测钎防沉降盘31固定在测钎3上。测钎3顶部配合插入连接头2的万向球螺杆中。

该土壤风蚀测量装置的具体使用方法为：

根据测定区域的地形以及植被覆盖度等的差异，在不同坡度、坡向的位置布设风蚀测量装置的观测点，每个观测点布置四根测钎，保持测钎上的沉降盘的位置与地面接触，布设完成后形成正方向的，四根测钎的水平距离保持在110cm。

每一个风蚀观测点，可以观测1平方米内的风蚀变化量。根据观测的精度和观测的工作量均衡的原则，选择在1平方米平面内测量点之间的距离。一般的野外风蚀观测，10cm间距观测一个即可满足要求。

如图1所示，选定第一边和第二边的交点为坐标原点(0,0)，沿Y轴移动纵向滑动块至(10,0)位置，向X轴一侧移动横向滑动块到达(10,10)位置处，测量其垂直高度记为Z_{1 1}，沿X轴方向移动横向滑动块，每隔10cm，测量其垂直高度并记录为Z_1，j；直至到达(10,100)，并记录垂直高度Z_{1 10}直到第一行结束。

沿Y轴移动纵向滑动块，至(20,0)位置，然后移动横向滑动块至(20,10)位置，测量其垂直高度Z_{2 1}，继续上面步骤，直至到达(20,100)，记录垂直高度Z_{2 10}直到第二行结束。

依次类推，直到整个面积上风蚀测量结束，将一次测量结果记录成一个矩阵A，记作：

以第一次测试值作为初始值，然后进行第二测量并记录成矩阵B，用矩阵B-A，对E＝B-A进行元素求平均值Z_mean，结果即为一次大风或一段时间内该面积S上的平均风蚀厚度，利用环刀获取研究区的土壤容重γ，通过下面公式

M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S

获得一段时间或一场风的风蚀量M_{Wind erosion}，根据测量频次和测量目的不同风蚀量的单位t或g。γ为土壤容重g/cm³或kg/m³；S为待测定区域的面积，单位为cm²或m²。可以根据侵蚀量M_{Wind erosion},求取单位时间内单位面积的土壤风蚀量，即为研究区的土壤侵蚀模数。

一般根据侵蚀模数的概念单位可以换算为常用单位t/a﹒km²；其a表示年，t表示吨。公式中T表示时间。

不同坡面、坡向上多个位置的风蚀观测，能更好的代表整个研究区的风蚀量。

使用该风蚀测量装置，计算结果直接有效的推广到一个单位面积上的风蚀厚度或者风蚀量。比单个风蚀测钎的测量结果更具有代表性和科学性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，包括方形测量框(1)、安装在方形测量框(1)的底部的测钎(3)、对应设置的两个纵向滑动块(4)、垂直测量尺(6)以及横向滑动尺(5)；

所述方形测量框(1)位于纵向方向的边至少有一边为纵向测量尺；方形测量框(1)的纵向方向的两个边分别安装有可沿纵向移动的纵向滑动块(4)，横向滑动尺(5)与两个纵向滑动块(4)的上部固定连接，并可随纵向滑动块(4)沿纵向移动；

所述垂直测量尺(6)通过滑动连接件安装在横向滑动尺(5)上，所述垂直测量尺(6)与横向滑动尺(5)垂直，滑动连接件可沿横向滑动尺(5)的长度方向移动从而带动垂直测量尺(6)沿横向移动；所述滑动连接件在竖直方向设有通孔，所述垂直测量尺(6)穿过通孔并可在通孔内沿竖直方向移动；

所述方形测量框(1)包括第一边(11)、第二边(12)、第三边和第四边，所述第一边、第二边、第三边和第四边依次通过连接头(2)首尾相连形成方形；所述第一边和/或第三边为纵向测量尺；所述连接头(2)的结构为内部中空的L型结构，L型结构的两端分别与方形测量框(1)的相邻的两边连接，所述L型结构的底部设有用于安装万向球螺杆(22)的通孔，万向球螺杆(22)的球状部分位于L型结构的内部，万向球螺杆(22)的杆状部分从通孔伸出并与测钎(3)的顶部可拆卸地安装，所述测钎(3)设有四个；

所述测钎(3)上还套设有测钎防沉降盘(31)，所述测钎防沉降盘(31)通过固定螺丝(32)与测钎(3)的杆体固定连接。

2.根据权利要求1所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述横向滑动尺(5)沿长度方向设有横向滑动尺凹槽(51)；

所述滑动连接件包括：滑动连接片(53)、横向滑动块(52)、连接螺丝(54)和垂直测量尺卡槽(55)；

所述滑动连接片(53)的一端卡在横向滑动尺凹槽(51)内，所述滑动连接片(53)的另一端通过连接螺丝(54)与横向滑动块(52)固定，在滑动连接片(53)与横向滑动块(52)之间还设有垂直测量尺卡槽(55)，

垂直测量尺卡槽(55)与滑动连接片(53)或横向滑动块(52)形成了放置垂直测量尺(6)的通孔；垂直测量尺(6)穿过该通孔并沿竖直方向移动；连接螺丝(54)的螺纹部分穿过滑动连接片(53)，用于固定滑动连接片(53)，连接螺丝(54)的无螺纹部分穿过横向滑动块(52)，用于控制滑动连接片(53)与横向滑动块(52)之间的通孔的大小。

3.根据权利要求2所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述横向滑动块(52)上有一个开口观测窗，开口观测窗设有两个指针，分别用于指示垂直测量尺(6)和横向滑动尺(5)的刻度。

4.根据权利要求3所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述垂直测量尺(6)的中心位置留有一条沿垂直方向设置的细缝(61)，方便横向滑动块(52)的开口观测窗设有的指针通过细缝(61)读取横向滑动尺(5)的刻度。

5.根据权利要求1所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述纵向滑动块(4)包括：固定部(42)和与固定部(42)固定连接的滑动部(41)，固定部(42)位于滑动部(41)的上方；

固定部(42)沿横向滑动尺(5)的长度方向设置，横向滑动尺(5)的端部从固定部(42)内部的通孔中穿过；滑动部(41)沿纵向设置并可沿方形测量框(1)的纵向的边的长度方向移动，方形测量框(1)的纵向的边从滑动部(41)的内部的通孔中穿过；

在滑动部(41)的表面上设有用于指示纵向测量尺的刻度的指针。

6.根据权利要求5所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述滑动部(41)与方形测量框(1)的纵向的边接触的面和/或固定部(42)与横向滑动尺(5)接触的表面设有滑动框防磨垫层(44)。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种土壤风蚀测量装置，其特征在于，所述方形测量框(1)为正方形。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述土壤风蚀测量装置进行土壤风蚀测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在观察区域内根据研究或者试验的目的选择多个观测点；

2)将权利要求1-7任一项所述土壤风蚀测量装置布设于待测定区域的每一个观测点；其中每一观测点，仅需布设测钎(3)，其余观测部分整个试验仅需一套即可，在每个观测点可以通过与测钎(3)简单分离后去测量剩余的观测点；

3)在每一个观测点，分别等间距的沿纵向移动横向滑动尺(5)，并沿横向等间距地移动垂直测量尺(6)，利用垂直测量尺(6)监测不同测量点的垂直高度Zij,其中i和j分别代表横向移动次数和纵向移动次数或坐标点序号，并用矩阵的方式进行记录；

初始测量结果的矩阵为A,

不同的观测点进行上重复测量，分别记录对应点的观测值；

第二次测量时，重复初始测量时的操作，第二次测量的结果的矩阵记为B；利用E＝B-A进行元素求平均值，即为风蚀厚度Z_mean,单位为cm或m；

4)根据公式M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S进行计算，其中，M_{Wind erosion}为一段时间或一场风的S面积内的风蚀量，单位为t或g；γ为土壤容重g/cm³或kg/m³；S为待测定区域的面积，单位为cm²或m²；根据侵蚀量M_{Wind erosion},求取单位时间内单位面积的土壤风蚀量，即为研究区的土壤侵蚀模数EM erosion modulus，计算公式为：

根据侵蚀模数的概念,单位换算为常用单位t/a﹒km²；其中a表示年，t表示吨；公式中T表示时间。