CN107907663A - 一种径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法，包括径流泥沙自动测定装置、壤中流自动测定装置和记录装置，径流泥沙自动测定装置包括构建板和第一测定组件，构建板垂直插入地下，构建板插入地下的部分为地下板段，留在地上的部分为地上板段，地上板段通过连接件依次连接围出径流小区，第一测定组件包括由上至下依次设置的样出口、泥沙测定器和径流测定器，构建板与样出口通过通样管连接，径流小区的径流水和泥沙混合样通过样出口进入泥沙测定器，泥沙测定器对其滤出的泥沙样进行测定，径流测定器对流经泥沙测定器后流入径流测定器的径流水样进行测定，记录装置记录径流泥沙自动测定装置和壤中流自动测定装置的测定结果。

Description

一种径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法

技术领域

本发明涉及土壤性质测定技术领域，尤其涉及一种径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法。

背景技术

水土流失产生的径流泥沙指标测定途径是通过径流小区的构建来进行。《水土保持监测技术规程》(SL 277-2002)里定义径流小区作为不同类型区水蚀地面监测的一种主要措施，用以监测水土流失量。广泛应用的径流小区通常包括边埂及其围成的小区，集流槽，径流和泥沙集蓄设备及排水系统组成。

在降雨期间，一部分降雨在土壤表层汇集并侧向流动的水流，又称表层流.是常规测定的径流。另一部分降雨形成的下渗水流在土壤层次不连续界面上受阻积蓄，形成暂时饱和带，形成壤中流。在土壤有分层结构，且下层土壤的下渗能力小于上层土壤时，下渗水流在界面上受阻积蓄，形成饱和带和侧向水力坡度，容易产生壤中流。有时，在未饱和带中也能产生壤中流。壤中流是一种多孔介质中的水流运动。它的流动速度比地表径流慢。在降雨引发径流的过程中，对土壤壤中流也存在影响，且在降雨结束后，土壤中的壤中流有时可持续数天、几周甚至更长时间。目前对壤中流研究尚不深入，特别在水土流失影响方面，壤中流的研究更加鲜有。

现阶段，常规的反映水土流失只是通过测定径流小区范围内径流泥沙指标的反应。而土壤壤中流的流动也会带走土壤颗粒、水分等，造成水土流失。因此，水土流失的监测不因只单纯的测定径流和泥沙，壤中流部分也应该同时测定和后期测定，更加全面的反应水土流失情况。如何达到系统全面科学的监测降雨引发水土流失产生的径流量、泥沙量和导致的壤中流变化的测定及水土流失后期壤中流的变化尤为重要。通过对径流、泥沙指标的观测，可以很好的反映水土流失的程度，对壤中流的测定，可以更加系统全面的反映水土流失的影响，对试验研究存在科学的指导意义。

但在实际操作过程中，径流小区的应用还存在以下问题：

1、常规的径流小区采用水泥石子、钢板、铁皮等构建，工程造价高，耗时费力，人力物力投入较大。且传统的构建通常只能定位定点构建一个径流小区。

2、径流小区构建过程中对植被土壤的破坏严重，对试验的结果较大，或者径流小区建好后，恢复几年时间才能恢复原来状况，时间跨度大，严重影响了试验进程。

3、对径流泥沙的测定为人为的承接工具承接取样，带回实验室分析，人力投入较大，耗时耗力，样品储存的损耗，人为取样测定的主观误差较大。

4、降雨过程中，壤中流的变化也是很重要的一部分，而传统的径流小区监测达不到对壤中流的测定条件，后期的单独测定壤中流与降雨收集的径流泥沙达不到同时同期，试验存在很大局限性。而且对降雨后期壤中流的变化也缺乏测量。

5、现有的测定装置有单独的测定表层径流和泥沙的装置，而结合壤中流同时进行测定的装置几乎没有。

6、在径流、泥沙测定方面，已有的研究大都为样品的全部人为收集，后续再进行径流泥沙的分离测定，耗费了大量的时间和成本，且运输过程中，样品容易受影响。此外，对样品数据的人为测定结果由于测定人员的不同，数据主观偏差性较大，导致试验误差较大，且耗时耗力。如何简单便捷的达到对径流泥沙的分离及测定很值得研究。并且实现自动化测定径流泥沙及同时对一定深度范围内的壤中流的自动测定尚缺乏研究。

7、传统的径流小区的构建，只能达到一场降雨下的一个小区试验的测定，而想达到通常降雨条件下两个到三个的重复试验径流小区或不同设置径流小区的对比试验测定往往很难实现。

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解决现有的径流小区构建过程复杂，费时费力，且对植被土壤的破坏严重，对试验的结果较大，测定径流小区内径流泥沙指标的同时壤中流无法测定，这些指标通常需要人为测定耗时耗力，且存在人为测定误差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种径流泥沙和壤中流的测定系统，包括径流泥沙自动测定装置、壤中流自动测定装置和记录装置，所述径流泥沙自动测定装置包括构建板和第一测定组件，所述构建板垂直插入地下，所述构建板插入地下的部分为地下板段，留在地上的部分为地上板段，所述地上板段通过连接件依次连接围出径流小区，所述第一测定组件包括由上至下依次设置的样出口、泥沙测定器和径流测定器，所述构建板与所述样出口通过通样管连接，所述径流小区的径流水和泥沙混合样通过所述样出口进入所述泥沙测定器，所述泥沙测定器对其截留的所述泥沙样进行测定，所述径流测定器对流经所述泥沙测定器后流入所述径流测定器的所述径流水样进行测定，所述记录装置记录所述径流泥沙自动测定装置和所述壤中流自动测定装置的测定结果。

其中，所述泥沙测定器包括自计测定圆盘和驱动器，所述自计测定圆盘上具有沿周向均匀设置的多个倒圆台状的通孔，每个所述通孔的孔壁在周向上均匀设有至少三个橡胶块，且所述橡胶块沿所述通孔径向设置，所述通孔内部设有倒锥形塑性滤网，且所述滤网与所述橡胶块接触，所述橡胶块通过触发结构与所述驱动器连接，承接预定量的泥沙样后所述滤网下移使所述橡胶块弯曲，所述橡胶块带动所述触发结构触发所述驱动器，所述驱动器驱动所述自计测定圆盘转动，转至下一所述滤网对准所述样出口。

其中，所述触发结构包括触发件、闸板和闸轴，所述闸轴位于所述自计测定圆盘的中心部位，所述闸板设置于所述闸轴上，且所述闸板下设有可使其沿所述闸轴竖向往复移动的弹性件，所述闸板上方的所述闸轴的轴段套设有套筒，所述触发件一端与每个所述通孔中靠近所述闸轴的所述橡胶块连接，另一端与所述套筒连接，所述橡胶块向下弯曲变形时拉动所述触发件，所述触发件接触并下压所述闸板触碰所述驱动器，以触发所述驱动器。

其中，所述径流测定器包括多个偏心桶、固定轴和套筒，所述偏心桶沿周向均匀分布固定于所述套筒的外壁上，所述套筒套设于所述固定轴的外侧，所述套筒的内壁在对应所述偏心桶的位置设置楔形的第一凸起，所述固定轴在的外壁上设置与所述第一凸起接触配合的楔形的第二凸起，承接预定量的径流水样后所述偏心桶的重心偏离竖直平面，转至下一所述偏心桶对准所述样出口，所述竖直平面为所述固定轴沿竖直方向上的直径与所述固定轴的轴线形成的平面。

其中，所述记录装置为传感器，所述传感器分别记录在时间序列内所述自计测定圆盘的转动时刻和所述固定轴的转动时刻。

其中，所述地下板段的厚度比所述地上板段的厚度小，所述构建板包括边板和底板，三面所述边板和一面所述底板共同围成矩形所述径流小区，所述底板上在其所述地上板段的下部位置设有大网孔状的过滤组件，且在位于所述径流小区外侧正对所述过滤组件的位置设置与所述过滤组件连通的通样管接头，所述通样管接头通过所述通样管与所述样出口的接口连接，所述过滤组件的底面为平面，所述通样管接头的形状与所述过滤组件相配合。

其中，所述连接件包括边连接件和角连接件，所述边连接件的形状为直线型，所述角连接件的形状为L型，所述连接件的两端分别具有插槽，所述插槽内设有橡胶层，相互连接的两个所述构建板分别插入两个所述插槽中。

其中，所述壤中流自动测定装置包括连接土壤部件、通水管和第二测定组件，所述连接土壤部件包括依次连接的尖端凸起、反滤层和通水管接口，所述尖端凸起插入土壤，所述通水管接口通过所述通水管与所述第二测定组件连接。

本发明还提供了一种径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法，包括以下步骤：

S1，在试验区选取径流小区范围并作径流小区每条边的标记线，采用切割件在选取的径流小区外侧沿标记边线开设构建板插槽；

S2，构建板插在构建板插槽处，并将构建板留在地上部分的地上板段通过连接件连接，搭建径流小区；

S3，在距构建板的底板外0.3-0.5m处开挖土壤剖面并确定壤中流的深度范围；

S4，在径流小区外侧挖出土壤层剖面，并在确定壤中流的测定深度范围内，由土壤层剖面向径流小区所在位置的下方再挖出一个通路，在通路的端面安装壤中流测定装置进行测定

S5，在构建板的底板处通过通样管连接第一测定组件；

S6，测定结束后，进行土壤剖面的回填或者进行装置的保护设置。

其中，所述切割件包括底座、下压滑块、导向杆和切割板，所述导向杆垂直固定于所述底座上，所述切割板的上端连接所述下压滑块，所述下压滑块套设于所述导向杆上并可沿所述导向杆向垂直于地面方向移动。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法，适用于各种土壤类型的长期定位和短期人工降雨下的径流、泥沙、壤中流及降雨后期土壤层壤中流变化的监测。本发明构建板的地下板段垂直插入地下，地上板段通过连接件连接构建出径流小区，代替了传统复杂耗时耗力的径流小区的构建，简单易行，省时省力，拆卸方便，能重复利用，节约成本，对植被土壤破坏程度小，几乎不破坏试验小区的植被土壤环境，能够反映真实的试验环境情况，适用于各种土壤，实现了现建现测，大大节省了植被土壤恢复时间；径流小区的径流泥沙测定通过与径流小区连接的第一测定组件实现，第一测定组件中泥沙测定器测定泥沙量，径流测定器测定径流量，通过壤中流自动测定装置的设计，可同时测定降雨过程中壤中流的变化，达到了同场降雨下的径流、泥沙、壤中流同时同因测定，结构简单高效，节省人力物力，结果精确高效，避免了人为计量的误差；本装置实现了自动测定表层径流、表层泥沙流失量、不同深度壤中流和不同深度的土壤随壤中流流动所变化的量的测定，及对雨期过后土壤层壤中流的变化，科学意义性强，结果真实可靠。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的结构示意图；

图2是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的径流泥沙自动测定装置的结构示意图；

图3是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的第一测定组件的结构示意图；

图4是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的样出口与泥沙测定器的结构示意图；

图5是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的自计测定圆盘的结构示意图；

图6是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的泥沙测定器在初始状态的结构示意图；

图7是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的泥沙测定器在承接预定量泥沙样后的结构示意图；

图8是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的径流测定器的结构示意图；

图9是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的边板的结构示意图；

图10是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的底板的侧视图；

图11是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的边板的后视图；

图12是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的边连接件剖面图；

图13是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的角连接件剖面图；

图14是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的底板通过通样管连接第一测定组件的结构示意图；

图15是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的壤中流测定装置的结构示意图；

图16是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法中切割件初始状态的结构示意图；

图17是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法中切割件切割完成的结构示意图；

图18是本发明实施例径流泥沙和壤中流的测定系统的组装好的三个重复或对比小规格径流小区。

图中：1：构建板；2：第一测定组件；3：径流小区；4：记录装置；5：通样管；6：连接件；7：连接土壤部件；8：第二测定组件；9：切割件；10：触发结构；1a：地上板段；1b：地下板段；11：边板；12：底板；1a：地上板段；1b：地下板段；21：样出口；22：泥沙测定器；23：径流测定器；61：边连接件：62：角连接件；63：插槽；71：尖端凸起；72：反滤层；73：通水管接口；74：通水管；91：底座；92：导向杆；93：切割板；94：下压滑块；95：把手；101：触发件；102：闸板；103：闸轴；104：套筒；121：过滤组件；122：通样管接头；211：接口；221：自计测定圆盘；222：滤网；223：驱动器；231：偏心桶；232：固定轴；233：套筒；2211：通孔；2212：橡胶块；2321：第二凸起；2331：第一凸起。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的径流泥沙和壤中流的测定系统，包括径流泥沙自动测定装置、壤中流自动测定装置和记录装置4，径流泥沙自动测定装置包括构建板1和第一测定组件2，构建板1垂直插入地下，构建板1插入地下的部分为地下板段1b，留在地上的部分为地上板段1a，地上板段1a通过连接件6依次连接围出径流小区3，第一测定组件2包括由上至下依次设置的样出口21、泥沙测定器22和径流测定器23，构建板1与样出口21通过通样管5连接，径流小区3的径流水和泥沙混合样通过样出口21进入泥沙测定器22，泥沙测定器22对其截留的泥沙样进行测定，径流测定器23对流经泥沙测定器22后流入径流测定器23的径流水样进行测定，记录装置4记录径流泥沙自动测定装置和壤中流自动测定装置的测定结果。

本发明径流泥沙和壤中流的测定系统，适用于各种土壤类型的长期定位和短期人工降雨下的径流、泥沙、壤中流及降雨后期土壤层壤中流变化的监测。本发明构建板的地下板段垂直插入地下，地上板段通过连接件连接构建出径流小区，代替了传统复杂耗时耗力的径流小区的构建，简单易行，省时省力，拆卸方便，能重复利用，节约成本，对植被土壤破坏程度小，几乎不破坏试验小区的植被土壤环境，能够反映真实的试验环境情况，适用于各种土壤，实现了现建现测，大大节省了植被土壤恢复时间；径流小区的径流泥沙测定通过与径流小区连接的第一测定组件实现，第一测定组件中泥沙测定器测定泥沙量，径流测定器测定径流量，通过壤中流自动测定装置的设计，可同时测定降雨过程中壤中流的变化，达到了同场降雨下的径流、泥沙、壤中流同时同因测定，结构简单高效，节省人力物力，结果精确高效，避免了人为计量的误差；本装置实现了自动测定表层径流、表层泥沙流失量、不同深度壤中流和不同深度的土壤随壤中流流动所变化的量的测定，及对雨期过后土壤层壤中流的变化，科学意义性强，结果真实可靠。

其中，如图3、图4和图5所示，泥沙测定器22包括自计测定圆盘221和驱动器223，自计测定圆盘221上具有沿周向均匀设置的多个倒圆台状的通孔2211，每个通孔2211的孔壁在周向上均匀设有至少三个橡胶块2212，且橡胶块2212沿通孔2211径向设置，通孔2211内部设有倒锥形塑性滤网222，且滤网222与橡胶块2212接触，橡胶块2212通过触发结构10与驱动器223连接，承接预定量的泥沙样后滤网222下移使橡胶块2212弯曲，橡胶块2212带动触发结构10触发驱动器223，驱动器223驱动自计测定圆盘221转动，转至下一滤网222对准样出口21。样出口正下方依次为泥沙测定器和径流测定器，样出口的倒圆台状出口、泥沙测定器的通孔的中轴线重合。泥沙测定器的自计圆盘为一有若干周向分布的通孔的圆盘，每个通孔大小规格一致。通孔的纵截面形状为倒梯形，通孔中放入倒锥形滤网，滤网可为泥沙收集滤纸，类似于快速渗透的滤纸过滤收集泥沙，或收集过滤布袋，类似于密集小孔的布质材料，起到过滤泥沙、径流下渗，达到径流、泥沙分离的作用，收集纸或收集袋的大小可随不同地区土壤性质、不同雨强而采取不同规格大小。样出口流下的径流泥沙混合样进入滤网后，泥沙样留在滤网中，径流样流入径流测定器。通孔的内壁在周向上均匀设置至少三个径向延伸的橡胶块，滤网初始状态为通过橡胶块卡于通孔中，随着滤网收集的泥沙重量增加，滤网逐渐下移，由于滤网和收集的泥沙样重力的原因导致橡胶块变形向下弯曲，橡胶块触动触发结构启动驱动器，驱动器位于自计圆盘中部，带动自计圆盘转动一定角度，此收集泥沙完成的通孔转离样出口正下方，下一个通孔转至样出口正下方，依次循环，实现径流的自动测定。驱动器可为电机、摆动气缸或电池带动的装置，利用计算机程序设定每触发一次，电机带动自计测定圆盘的转动一定角度，这个转动角度根据自计测定圆盘上通孔数量选择确定。

其中，如图6和图7所示，触发结构10包括触发件101、闸板102和闸轴103，闸轴103位于自计测定圆盘221的中心部位，闸板102设置于闸轴103上，且闸板102下设有可使其沿闸轴103竖向往复移动的弹性件，闸板102上方的闸轴103的轴段套设有套筒104，触发件101一端与每个通孔2211中靠近闸轴103的橡胶块2212连接，触发件101另一端与套筒104连接，橡胶块2212向下弯曲变形时拉动触发件101，触发件101接触并下压闸板102触碰驱动器223，以触发驱动器223。滤网收集一定重量泥沙后，橡胶块弯曲变形从而拉动触发件，触发件下拉后与闸板相接触下压闸板，闸板引发驱动器启动，驱动器驱动自计测定圆盘转动，相应地，触发件与闸轴上的套筒相连，闸轴固定不动，套筒可在其上转动，保证与闸板相接触的触发件平行于自计测定圆盘转动，使触发件转离闸板，不压制闸板，闸板上弹离开驱动器，驱动器关闭，自计测定圆盘停止转动。触发件可选用线类或板类。

其中，如图8所示，径流测定器23包括多个偏心桶231、固定轴232和套筒233，偏心桶231沿周向均匀分布固定于套筒233的外壁上，套筒233套设于固定轴232的外侧，套筒233的内壁在对应偏心桶231的位置设置楔形的第一凸起2331，固定轴232在的外壁上设置与第一凸起2331接触配合的楔形的第二凸起2321，承接预定量的径流水后偏心桶231的重心偏离竖直平面，转至下一偏心桶231对准样出口21，竖直平面为固定轴232沿竖直方向上的直径与固定轴232的轴线形成的平面。偏心桶可随不同地区土壤性质、不同雨强而采取不同规格大小。本实施例中径流测定器为四个半圆台形偏心桶，偏心桶底部与套筒连接，偏心桶可根据降雨强度、土壤性质、试验要求的不同而采用不同配套规格，对不同降雨类型、土壤类型适用性较高。其中一个偏心桶位于样出口的出水口下方时为径流测定器的平衡状态，随着径流水逐渐流入偏心桶，偏心桶中水到达预设量时，偏心桶整体的重心偏离固定轴的竖直直径和轴线共同构成的竖向平面，偏心桶在水的重力作用下向偏心侧倾斜翻转，套筒随之转动，从而使相邻的下一个偏心桶转至样出口的出水口正下方，径流测定器恢复平衡状态。套筒同轴套设于固定不动的固定轴上，套筒外壁周向均匀固定偏心桶，内壁设置楔形第一凸起，固定轴外壁也在与套筒相接的对应位置设置楔形第二凸起，两凸起楔形面相对且接触，保证承接容器处于平衡位置，当一个偏心桶承接预定量水后，水和偏心桶共同的重量会对第一凸起产生作用力，第一凸起对第二凸起在接触面上产生一个垂直于接触面向偏心侧倾斜向下的力，由于第一凸起与第二凸起均为塑性材料，达到一定的受力条件时会产生变形量，力消除后变形回复，这个倾斜向下的力打破了承接容器的平衡状态使偏心桶倾斜翻转，同时下一个偏心桶翻转上来，前一个偏心桶中的水将随其翻转而排尽，排空的偏心桶在凸起变形回复的作用下使径流测定器重新回到平衡状态，等待下一次翻转，由此实现承接容器的翻转，自动化程度提高，测定效率提高。径流测定器下部设有收集径流的水槽，以排出计量过的径流。

其中，记录装置4为传感器，传感器分别记录在时间序列内自计测定圆盘221的转动时刻和固定轴232的转动时刻。本发明的传感器包含有两个独立的传感器，分别与泥沙测定器和径流测定器相连，分别记录在时间序列内所述自计测定圆盘的转动时刻和所述固定轴的转动时刻。试验人员可每隔3分钟或试验规定时间根据传感器的记录内容获得自计测定圆盘转动次数和固定轴转动次数。达到了数据的自动计量，减少人工记录误差的效果。

其中，如图9、图10、图11和图14所示，地下板段1b的厚度比地上板段1a的厚度小，构建板1包括边板11和底板12，三面边板11和一面底板12共同围成矩形径流小区3，底板12上在其地上板段1a的下部位置设有大网孔状过滤组件121，且在位于径流小区3外侧正对过滤组件121的位置设置与过滤组件121连通的通样管接头122，通样管接头122通过通样管5与样出口21的接口211连接，过滤组件121的底面为平面，通样管接头122的形状与过滤组件121相配合。构建板长度可根据试验情况调整大小，构建板可选用高70-100cm，长100-120cm，厚度底部为最薄约0.02-0.06cm，中间偏下部为渐变增厚段，上部厚度约0.8-1.2cm的板材，为薄钢质材料或PVC质不透水材料。底板是在边板的基础上，渐变增厚段的上沿中部有一开口的三分之二圆孔，圆孔内部为直径大于5cm的大网孔状过滤组件，过滤径流中的枯枝落叶、大石块等，上厚下薄的构建板有利于构建板插入地下固定。构建板厚度可随不同土壤类型调整厚度。适用于砂土板可调厚，壤土适中，粘土可调薄。径流小区内径流泥沙样流向底板，因此通样管连接在底板上。通样管接头位于底板外侧，与过滤组件紧密相接，内部为一层橡胶质材料，用以连接通样管，通样管的另一端连接样出口的接口。通样管长度通常为0.5-1米左右，可根据实际试验设计调整使用。

其中，如图12和图13所示，连接件6包括边连接件61和角连接件62，边连接件61的形状为直线型，角连接件62的形状为L型，连接件6的两端分别具有插槽63，插槽63内设有橡胶层，相互连接的两个构建板1分别插入两个插槽63中。构建板的连接件分为边连接件和角连接件，边连接件为中部为实体，两端为内部附有橡胶垫的插槽，可插入构建板。角连接件为呈90°直角形状的连接件，中部为实体，两端为内部附有橡胶垫的插槽，可插入构建板。径流小区的小区边构建板通过插入边连接件连接，不同径流小区的小区转角构建板通过插入角连接件进行连接。

其中，如图15所示，壤中流自动测定装置包括连接土壤部件7、通水管74和第二测定组件8，连接土壤部件7包括依次连接的尖端凸起71、反滤层72和通水管接口73，尖端凸起71插入土壤，通水管接口73通过通水管74与第二测定组件8连接。壤中流测定装置的连接土壤部件为带有反滤层圆状部件，为过滤控制土壤剖面体的土壤，使壤中流流过，一侧为4个尖端凸起可横向插入固定于土壤，另一侧为通水管接口，通水管接口内侧为橡胶层且内直径为通水管的外直径。第二测定组件与径流泥沙测定装置中的径流测定器相同。

本发明还提供了一种径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法，包括以下步骤：

S1，在试验区根据地面平致无较大的凸起和凹陷原则选取试验小区范围并作径流小区每条边的标记线，采用切割件在选取的试验小区外侧沿标记边线开设构建板插槽；所选取的试验小区为坡度均匀一致的坡面，没有显著的凸起和凹陷；

S2，将构建板的地下板段插在构建板插槽处，并将构建板留在地上部分的地上板段通过连接件连接，搭建径流小区；

S3，在距构建板的底板外0.3-0.5m处开挖土壤剖面并确定壤中流的深度范围；根据相关资料文献或实际剖面层确定壤中流深度，或者根据试验要求确定所测土壤深度范围确定；

S4，在径流小区外侧挖出土壤层剖面，并在确定壤中流的测定深度范围内，由土壤层剖面向径流小区所在位置的下方再挖出一个通路，在通路的端面安装壤中流测定装置进行测定

S5，在构建板的底板处通过通样管连接第一测定组件；

S6，测定结束后，根据短期试验要求进行土壤剖面的回填或者长期试验要求进行装置的保护设置。

其中，如图16和图17所示，切割件9包括底座91、下压滑块、导向杆92和切割板93，导向杆92垂直固定于底座91上，切割板93的上端连接下压滑块94，下压滑块94套设于导向杆92上并可沿导向杆92向垂直于地面方向移动。切割件为特制的硬制刚材料，底部为一长方形底座，长度稍长于构建板长度，上部有一平行于底座平面的长方形下压滑块，中间有两个钢质导向杆与底座固定连接，切割板固定在下压滑块的下表面，下压滑块套设在导向杆上，初始状态为底座平行放置于土壤层表面上，切割时施力于下压滑块，下压滑块沿导向杆带动切割板垂直于底座向下移动，切割完成后将下压滑块抬起使切割板离开切割形成的槽即可。

使用时，如图18所示，径流小区3可以达到两个到三个的径流小区3的构建，实现同场降雨条件下三个径流小区3的重复试验测定或三个不同设置径流小区3的对比试验测定，试验结果科学真实，指导意义性强。采用径流小区3构建板1和连接件6构建符合目的的单个径流小区3或多个重复试验径流小区3或多个对比试验径流小区3，安装简易快捷方便，搭建好后即可投入测定。可重复使用，如需进行长期监测，也可定点进行长期监测。通孔、滤网和偏心桶规格可根据试验要求、降雨强度、土壤状况等设置不同大小的规格。

综上所述，本发明径流泥沙和壤中流的测定系统及其组建方法，适用于各种土壤类型的长期定位和短期人工降雨下的径流、泥沙、壤中流及降雨后期土壤层壤中流变化的监测。本发明构建板的地下板段垂直插入地下，地上板段通过连接件连接构建出径流小区，代替了传统复杂耗时耗力的径流小区的构建，简单易行，省时省力，拆卸方便，能重复利用，节约成本，对植被土壤破坏程度小，几乎不破坏试验小区的植被土壤环境，能够反映真实的试验环境情况，适用于各种土壤，实现了现建现测，大大节省了植被土壤恢复时间；径流小区的径流泥沙测定通过与径流小区连接的第一测定组件实现，第一测定组件中泥沙测定器测定泥沙量，径流测定器测定径流量，通过壤中流自动测定装置的设计，可同时测定降雨过程中壤中流的变化，达到了同场降雨下的径流、泥沙、壤中流同时同因测定，结构简单高效，节省人力物力，结果精确高效，避免了人为计量的误差；本装置实现了自动测定表层径流、表层泥沙流失量、土壤壤中流的测定，及对雨期过后土壤层壤中流的变化，科学意义性强，结果真实可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：包括径流泥沙自动测定装置、壤中流自动测定装置和记录装置，所述径流泥沙自动测定装置包括构建板和第一测定组件，所述构建板垂直插入地下，所述构建板插入地下的部分为地下板段，留在地上的部分为地上板段，所述地上板段通过连接件依次连接围出径流小区，所述第一测定组件包括由上至下依次设置的样出口、泥沙测定器和径流测定器，所述构建板与所述样出口通过通样管连接，所述径流小区的径流水和泥沙混合样通过所述样出口进入所述泥沙测定器，所述泥沙测定器对其截留的所述泥沙样进行测定，所述径流测定器对流经所述泥沙测定器后流入所述径流测定器的所述径流水样进行测定，所述记录装置记录所述径流泥沙自动测定装置和所述壤中流自动测定装置的测定结果。

2.根据权利要求1所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述泥沙测定器包括自计测定圆盘和驱动器，所述自计测定圆盘上具有沿周向均匀设置的多个倒圆台状的通孔，每个所述通孔的孔壁在周向上均匀设有至少三个橡胶块，且所述橡胶块沿所述通孔径向设置，所述通孔内部设有倒锥形塑性滤网，且所述滤网与所述橡胶块接触，所述橡胶块通过触发结构与所述驱动器连接，承接预定量的泥沙样后所述滤网下移使所述橡胶块弯曲，所述橡胶块带动所述触发结构触发所述驱动器，所述驱动器驱动所述自计测定圆盘转动，转至下一所述滤网对准所述样出口。

3.根据权利要求2所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述触发结构包括触发件、闸板和闸轴，所述闸轴位于所述自计测定圆盘的中心部位，所述闸板设置于所述闸轴上，且所述闸板下设有可使其沿所述闸轴竖向往复移动的弹性件，所述闸板上方的所述闸轴的轴段套设有套筒，所述触发件一端与每个所述通孔中靠近所述闸轴的所述橡胶块连接，另一端与所述套筒连接，所述橡胶块向下弯曲变形时拉动所述触发件，所述触发件接触并下压所述闸板触碰所述驱动器，以触发所述驱动器。

4.根据权利要求2所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述径流测定器包括多个偏心桶、固定轴和套筒，所述偏心桶沿周向均匀分布固定于所述套筒的外壁上，所述套筒套设于所述固定轴的外侧，所述套筒的内壁在对应所述偏心桶的位置设置楔形的第一凸起，所述固定轴在的外壁上设置与所述第一凸起接触配合的楔形的第二凸起，承接预定量的径流水样后所述偏心桶的重心偏离竖直平面，转至下一所述偏心桶对准所述样出口，所述竖直平面为所述固定轴沿竖直方向上的直径与所述固定轴的轴线形成的平面。

5.根据权利要求4所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述记录装置为传感器，所述传感器分别记录在时间序列内所述自计测定圆盘的转动时刻和所述固定轴的转动时刻。

6.根据权利要求1所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述地下板段的厚度比所述地上板段的厚度小，所述构建板包括边板和底板，三面所述边板和一面所述底板共同围成矩形所述径流小区，所述底板上在其所述地上板段的下部位置设有大网孔状的过滤组件，且在位于所述径流小区外侧正对所述过滤组件的位置设置与所述过滤组件连通的通样管接头，所述通样管接头通过所述通样管与所述样出口的接口连接，所述过滤组件的底面为平面，所述通样管接头的形状与所述过滤组件相配合。

7.根据权利要求1所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述连接件包括边连接件和角连接件，所述边连接件的形状为直线型，所述角连接件的形状为L型，所述连接件的两端分别具有插槽，所述插槽内设有橡胶层，相互连接的两个所述构建板分别插入两个所述插槽中。

8.根据权利要求1所述的径流泥沙和壤中流的测定系统，其特征在于：所述壤中流自动测定装置包括连接土壤部件、通水管和第二测定组件，所述连接土壤部件包括依次连接的尖端凸起、反滤层和通水管接口，所述尖端凸起插入土壤，所述通水管接口通过所述通水管与所述第二测定组件连接。

9.一种径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，在试验区选取径流小区范围并作径流小区每条边的标记线，采用切割件在选取的径流小区外侧沿标记边线开设构建板插槽；

S2，构建板插在构建板插槽处，并将构建板留在地上部分的地上板段通过连接件连接，搭建径流小区；

S3，在距构建板的底板外0.3-0.5m处开挖土壤剖面并确定壤中流的深度范围；

S4，在径流小区外侧挖出土壤层剖面，并在确定壤中流的测定深度范围内，由土壤层剖面向径流小区所在位置的下方再挖出一个通路，在通路的端面安装壤中流测定装置进行测定；

S5，在构建板的底板处通过通样管连接第一测定组件；

S6，测定结束后，进行土壤剖面的回填或者进行装置的保护设置。

10.根据权利要求9所述的径流泥沙和壤中流的测定系统的组建方法，其特征在于：所述切割件包括底座、下压滑块、导向杆和切割板，所述导向杆垂直固定于所述底座上，所述切割板的上端连接所述下压滑块，所述下压滑块套设于所述导向杆上并可沿所述导向杆向垂直于地面方向移动。