CN109613209A - 一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，通过设定坡面采样系统、地边沟采样系统和坡地边沟末端采样系统，对坡面流量、含沙量、沟口流量、含沙量以及地边沟中泥沙沉积量及其分布特征进行准确测定，为研究天然状态下地边沟在不同坡面来水来沙、不同含沙量以及不同地边沟沟底坡度条件下其泥沙输移与沉积规律，沟中径流入渗与产流特征提供可靠地实验数据。
Description
技术领域
本发明属于土壤侵蚀与水土保持技术领域，具体涉及一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法。
技术背景
我国南方地区降雨充沛，地形破碎，坡度陡峻，土壤侵蚀严重。治理坡耕地水土流失问题从古至今广受关注，在有着上千年耕作历史的南方丘陵区尤其是紫色土丘陵区，广大农民创造性地应用坡面水系工程措施防治水土流失，并利用沟沙回地维持地力。这项措施在坡地保护与治理中发挥了重要的作用。在坡面水系工程中，地边沟是坡地水土流失的第一道防线，在坡地保护与治理中发挥了重要的作用。
地边沟虽然具有较长实践应用历史，但由于其规格和形状随坡地条件和类型、耕作制度、耕作习惯、区域气候等不同而复杂多样，加之对其理论研究的重视不足，其保水保土功能及作用机理以及地边沟对坡面水沙运移规律的影响和效益至今仍不清楚。为了加深对坡地边沟保水保土作用机理以及地边沟泥沙沉积规律的认识，需要设计不同的室内或野外模拟试验以获取大量可靠的试验数据进行分析研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，通过本方法研究天然状态下地边沟在不同坡面来水来沙、不同含沙量以及不同地边沟沟底坡度条件下其泥沙输移与沉积规律，沟中径流入渗与产流特征。
一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）选地：选取一块土壤、坡度等下等条件均匀，坡面平整的坡耕地，作为试验地块；
（2）降雨区的设定：在选好试验地块上组装3台Norton可移动槽式人工降雨机，单机由2个喷头组成，摆动方向相邻两喷头距离为1.1m降雨机的间距为1.5m，降雨高度2.5m，可以提供7×2.6m的均匀降雨区域，；
（3）实验小区的设定：
a、将试验地块划分为：供沙坡面、坡地边沟、观测活动区三部分；
b、供沙坡面的土壤进行均匀翻耕，保持小区土壤结构均一，上端及两侧用高度高于试验地面板材分隔，在供沙小区地表上方3cm处覆盖纱网，在相同降雨强度的环境下，则通过纱网来控制地表径流的含沙量；
c、靠近供沙坡面挖设坡地边沟，将地边沟沟道进行修整，使沟道几何形态一致，在沟壁上方镶嵌一块角铝直角凸起角向上，一个斜面插入供沙坡面的末端，角铝的顶角与供沙坡面平直，保证坡面径流能顺利流下，同时根据观测需求将整条地边沟平分成12-14段，用固定针将无纺布分段固定在整条沟道的上坡面、坡底及下坡面，地边沟的末端设置有引流管；
（4）样品的采集：
a、坡面小区流水流沙的采样：利用坡面采样器进行采样，在采样时通过移动采样器使得角铝的另一个斜面插入采样器的样品入口内进行采样；
b、坡地边沟采样：每场模拟试验结束后，分段取出无纺布上沉积的泥沙；
c、地边沟末端采样：在引流管的末端设置集流桶，收集经坡地边沟流出的径流；
（5）试验观测：
每场模拟试验降雨40分钟，模拟试验持续50分钟，从坡面产流开始对其采样，每次采样12-16s，每5-8分钟采样一次，三人同时端起取样器，用清水冲洗干净后对供沙小区的径流进行采样，之后将采取样品转移到样桶里，再用定量的清水将取样器内壁附着的泥土冲洗到样桶里，做好采样时刻、历时以及体积的详细记录；从地边沟末端产流时开始对其采样，每次采样10-14s，每3-5分钟采样一次；当地边沟中径流稳定后进行流速监测，在降雨后的第27分钟和第37分钟用染色剂从沟口向上游进行分段测定；试验结束后对沟底泥沙取样，先对沟底泥沙进行分段拍照，拍照后将每段的泥沙取出后编号并装入样品袋中。
本发明一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其中所述的纱网为双层纱网。
本发明一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其中所述的采样器由筒体、样品入口、堵头A、堵头B组成，对穿的圆筒形筒体上开有一个条形穿入筒体内的样品入口，筒体两端分别用堵头A、堵头B堵住，角铝从样品入口插入筒体内。
本发明一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其中所述的地边沟为倒梯形。
本发明一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其中所述的无纺布为表面粗糙而渗透性好的无纺布。
本发明一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其中所述的无纺布铺设的方式为盖瓦式铺设法。
本发明同现有技术相比，具有明显的优点和有益效果，由以上技术方案可知，本发明通过设定坡面采样系统、地边沟采样系统和坡地边沟末端采样系统，对坡面流量、含沙量、沟口流量、含沙量以及地边沟中泥沙沉积量及其分布特征进行准确测定，为研究天然状态下地边沟在不同坡面来水来沙、不同含沙量以及不同地边沟沟底坡度条件下其泥沙输移与沉积规律，沟中径流入渗与产流特征提供可靠地实验数据。
附图说明
图1是本发明实验小区示意图；
图2是本发明实验小区剖面图；
图3是本发明采样器的结构示意图；
图4是本发明角铝的结构示意图；
图5 不同雨强下地边沟泥沙沉积量分布图。
图中标识：1、土壤；2、纱网；3、边框；4、供沙坡面；5、坡地边沟；6、无纺布；7、固定针；8、角铝；9、引流管； 10、观测活动区；12、采样器筒体；13、采样器样品入口；14、采样器堵头A；15、采样器堵头B。
具体实施方式
实施例1
一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，包括以下步骤：
一、选地：选取一块土壤、坡度等下等条件均匀，坡面平整的坡耕地，作为试验地块；
（2）降雨区的设定：在选好试验地块上组装3台Norton可移动槽式人工降雨机，单机由2个喷头组成，摆动方向相邻两喷头距离为1.1m降雨机的间距为1.5m，降雨高度2.5m，可以提供7×2.6m的均匀降雨区域，；
（3）实验小区的设定：
a、将试验地块划分为：供沙坡面4、坡地边沟5、观测活动区10三部分；
b、供沙坡面4的土壤进行均匀翻耕，保持小区土壤结构均一，上端及两侧用高度高于试验地面板材3分隔，在供沙小区地表上方3cm处覆盖纱网2，在相同降雨强度的环境下，则通过纱网来控制地表径流的含沙量；
c、靠近供沙坡面4挖设坡地边沟5，将地边沟沟道进行修整，使沟道几何形态一致，在沟壁上方镶嵌一块角铝8直角凸起角向上，一个斜面插入供沙坡面4的末端，角铝8的顶角与供沙坡面4平直，保证坡面径流能顺利流下，同时根据观测需求将整条地边沟平分成14段，用固定针将无纺布6分段固定在整条沟道的上坡面、坡底及下坡面，地边沟的末端设置有引流管9；
（4）样品的采集：
a、坡面小区流水流沙的采样：利用坡面采样器进行采样，在采样时通过移动采样器11使得角铝8的另一个斜面插入采样器11的样品入口13内进行采样；
b、坡地边沟采样：每场模拟试验结束后，分段取出无纺布上沉积的泥沙；
c、地边沟末端采样：在引流管9的末端设置集流桶，收集经坡地边沟流出的径流；
（5）试验观测：
每场模拟试验降雨40分钟，模拟试验持续50分钟，从坡面产流开始对其采样，每次采样12s，每8分钟采样一次，三人同时端起取样器，用清水冲洗干净后对供沙小区的径流进行采样，之后将采取样品转移到样桶里，再用定量的清水将取样器内壁附着的泥土冲洗到样桶里，做好采样时刻、历时以及体积的详细记录；从地边沟末端产流时开始对其采样，每次采样10s，每5分钟采样一次；当地边沟中径流稳定后进行流速监测，在降雨后的第27分钟和第37分钟用染色剂从沟口向上游进行分段测定；试验结束后对沟底泥沙取样，先对沟底泥沙进行分段拍照，拍照后将每段的泥沙取出后编号并装入样品袋中。
实施例2
一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，包括以下步骤：
一、选地：选取一块土壤、坡度等下等条件均匀，坡面平整的坡耕地，作为试验地块；
（2）降雨区的设定：在选好试验地块上组装3台Norton可移动槽式人工降雨机，单机由2个喷头组成，摆动方向相邻两喷头距离为1.1m降雨机的间距为1.5m，降雨高度2.5m，可以提供7×2.6m的均匀降雨区域，；
（3）实验小区的设定：
a、将试验地块划分为：供沙坡面4、坡地边沟5、观测活动区10三部分；
b、供沙坡面4的土壤进行均匀翻耕，保持小区土壤结构均一，上端及两侧用高度高于试验地面板材3分隔，在供沙小区地表上方3cm处覆盖纱网2，在相同降雨强度的环境下，则通过纱网来控制地表径流的含沙量；
c、靠近供沙坡面4挖设坡地边沟5，将地边沟沟道进行修整，使沟道几何形态一致，在沟壁上方镶嵌一块角铝8直角凸起角向上，一个斜面插入供沙坡面4的末端，角铝8的顶角与供沙坡面4平直，保证坡面径流能顺利流下，同时根据观测需求将整条地边沟平分成13段，用固定针将无纺布6分段固定在整条沟道的上坡面、坡底及下坡面，地边沟的末端设置有引流管9；
（4）样品的采集：
a、坡面小区流水流沙的采样：利用坡面采样器进行采样，在采样时通过移动采样器11使得角铝8的另一个斜面插入采样器11的样品入口13内进行采样；
b、坡地边沟采样：每场模拟试验结束后，分段取出无纺布上沉积的泥沙；
c、地边沟末端采样：在引流管9的末端设置集流桶，收集经坡地边沟流出的径流；
（5）试验观测：
每场模拟试验降雨40分钟，模拟试验持续50分钟，从坡面产流开始对其采样，每次采样14s，每6分钟采样一次，三人同时端起取样器，用清水冲洗干净后对供沙小区的径流进行采样，之后将采取样品转移到样桶里，再用定量的清水将取样器内壁附着的泥土冲洗到样桶里，做好采样时刻、历时以及体积的详细记录；从地边沟末端产流时开始对其采样，每次采样13s，每4分钟采样一次；当地边沟中径流稳定后进行流速监测，在降雨后的第27分钟和第37分钟用染色剂从沟口向上游进行分段测定；试验结束后对沟底泥沙取样，先对沟底泥沙进行分段拍照，拍照后将每段的泥沙取出后编号并装入样品袋中。
实施例3
一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，包括以下步骤：
一、选地：选取一块土壤、坡度等下等条件均匀，坡面平整的坡耕地，作为试验地块；
（2）降雨区的设定：在选好试验地块上组装3台Norton可移动槽式人工降雨机，单机由2个喷头组成，摆动方向相邻两喷头距离为1.1m降雨机的间距为1.5m，降雨高度2.5m，可以提供7×2.6m的均匀降雨区域，；
（3）实验小区的设定：
a、将试验地块划分为：供沙坡面4、坡地边沟5、观测活动区10三部分；
b、供沙坡面4的土壤进行均匀翻耕，保持小区土壤结构均一，上端及两侧用高度高于试验地面板材3分隔，在供沙小区地表上方3cm处覆盖纱网2，在相同降雨强度的环境下，则通过纱网来控制地表径流的含沙量；
c、靠近供沙坡面4挖设坡地边沟5，将地边沟沟道进行修整，使沟道几何形态一致，在沟壁上方镶嵌一块角铝8直角凸起角向上，一个斜面插入供沙坡面4的末端，角铝8的顶角与供沙坡面4平直，保证坡面径流能顺利流下，同时根据观测需求将整条地边沟平分成12段，用固定针将无纺布6分段固定在整条沟道的上坡面、坡底及下坡面，地边沟的末端设置有引流管9；
（4）样品的采集：
a、坡面小区流水流沙的采样：利用坡面采样器进行采样，在采样时通过移动采样器11使得角铝8的另一个斜面插入采样器11的样品入口13内进行采样；
b、坡地边沟采样：每场模拟试验结束后，分段取出无纺布上沉积的泥沙；
c、地边沟末端采样：在引流管9的末端设置集流桶，收集经坡地边沟流出的径流；
（5）试验观测：
每场模拟试验降雨40分钟，模拟试验持续50分钟，从坡面产流开始对其采样，每次采样16s，每5分钟采样一次，三人同时端起取样器，用清水冲洗干净后对供沙小区的径流进行采样，之后将采取样品转移到样桶里，再用定量的清水将取样器内壁附着的泥土冲洗到样桶里，做好采样时刻、历时以及体积的详细记录；从地边沟末端产流时开始对其采样，每次采样14s，每3分钟采样一次；当地边沟中径流稳定后进行流速监测，在降雨后的第27分钟和第37分钟用染色剂从沟口向上游进行分段测定；试验结束后对沟底泥沙取样，先对沟底泥沙进行分段拍照，拍照后将每段的泥沙取出后编号并装入样品袋中。
通过本方法进行如下实验：
（1）坡面泥沙样品：量取坡面泥沙样品体积，静置48h，倾倒上层清水，将稀泥转移到铝盒中进行烘干，称量并做好相关记录；
（2）沟中沉积泥沙：将无纺布上沉积泥沙分别置于通风处晾干，称量每段泥沙重量，并及时用烘干法测试泥沙含水量，分段取适量风干泥沙装入样品袋中，以备后期分析测试；
（3）沟口泥沙样品：将泥沙样品静置48h，倾倒上层清水，将稀泥转移到铝盒中进行烘干，称量并做好相关记录。
如图5不同雨强下地边沟泥沙沉积量分布图所示，图中A为供沙小区为裸地状态，B为供沙小区采用纱网覆盖供沙小区25%状态，C为供沙小区采用纱网覆盖供沙小区50%状态；
降雨强度为60mm/h时，在 A、B、C状态下其坡面径流含沙量不同分别为0.044 g/ml、0.0389 g/ml、0.0377 g/ml，供沙小区来沙总量不同分别为8393g、6020g、5150g，坡地边沟中泥沙沉积总量也不同分别为A1=5077g，B1=3773g，C1=3097g，沉积率变化不大，分别为60.49%、62.67%、60.14%；
雨强为90mm/h时，在A、B、C状态下供沙小区来沙总量、坡面径流含沙量、坡地边沟中泥沙沉积总量均不同，但沉积率变化不大，分别是53.38%、53.56%、51.46%。A、B、C处理下其流量变化不大，含沙量和沟中泥沙沉积量均依次减小，泥沙沉积量分布特征相同，其变化趋势与雨强为60mm/h时的变化趋势一致；
雨强为112mm/h时，在A、B、C状态下供沙小区来沙总量、坡面径流含沙量、坡地边沟中泥沙沉积总量均不同，但沉积率变化不大，分别为50.45%、54.72%、51.67%。A、B、C处理下其流量变化不大，含沙量和沟中泥沙沉积量也依次减小，但泥沙沉积量分布特征相同，其变化趋势与雨强为60mm/h、90mm/h时的变化趋势一致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）选地：选取一块土壤、坡度等下等条件均匀，坡面平整的坡耕地，作为试验地块；
（2）降雨区的设定：在选好试验地块上组装3台Norton可移动槽式人工降雨机，单机由2个喷头组成，摆动方向相邻两喷头距离为1.1m降雨机的间距为1.5m，降雨高度2.5m，可以提供7×2.6m的均匀降雨区域，；
（3）实验小区的设定：
a、将试验地块划分为：供沙坡面（4）、坡地边沟（5）、观测活动区（10）三部分；
b、供沙坡面（4）的土壤进行均匀翻耕，保持小区土壤结构均一，上端及两侧用高度高于试验地面板材（3）分隔，在供沙小区地表上方3cm处覆盖纱网（2），在相同降雨强度的环境下，则通过纱网来控制地表径流的含沙量；
c、靠近供沙坡面（4）挖设坡地边沟（5），将地边沟沟道进行修整，使沟道几何形态一致，在沟壁上方镶嵌一块角铝（8）直角凸起角向上，一个斜面插入供沙坡面（4）的末端，角铝（8）的顶角与供沙坡面（4）平直，保证坡面径流能顺利流下，同时根据观测需求将整条地边沟平分成12-14段，用固定针将无纺布（6）分段固定在整条沟道的上坡面、坡底及下坡面，地边沟的末端设置有引流管（9）；
（4）样品的采集：
a、坡面小区流水流沙的采样：利用坡面采样器进行采样，在采样时通过移动采样器（11）使得角铝（8）的另一个斜面插入采样器（11）的样品入口（13）内进行采样；
b、坡地边沟采样：每场模拟试验结束后，分段取出无纺布上沉积的泥沙；
c、地边沟末端采样：在引流管（9）的末端设置集流桶，收集经坡地边沟流出的径流；
（5）试验观测：
每场模拟试验降雨40分钟，模拟试验持续50分钟，从坡面产流开始对其采样，每次采样12-16s，每5-8分钟采样一次，三人同时端起取样器，用清水冲洗干净后对供沙小区的径流进行采样，之后将采取样品转移到样桶里，再用定量的清水将取样器内壁附着的泥土冲洗到样桶里，做好采样时刻、历时以及体积的详细记录；从地边沟末端产流时开始对其采样，每次采样10-14s，每3-5分钟采样一次；当地边沟中径流稳定后进行流速监测，在降雨后的第27分钟和第37分钟用染色剂从沟口向上游进行分段测定；试验结束后对沟底泥沙取样，先对沟底泥沙进行分段拍照，拍照后将每段的泥沙取出后编号并装入样品袋中。
2.如权利要求1所述的一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其特征在于：所述的纱网为双层纱网。
3.如权利要求1所述的一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其特征在于：所述的采样器（11）由筒体（12）、样品入口（13）、堵头A（14）、堵头B（15）组成，对穿的圆筒形筒体（12）上开有一个条形穿入筒体（12）内的样品入口（13），筒体（12）两端分别用堵头A（14）、堵头B（15）堵住，角铝（12）从样品入口（13）插入筒体（12）内。
4.如权利要求1所述的一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其特征在于：所述的地边沟为倒梯形。
5.如权利要求1所述的一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其特征在于：所述的无纺布为表面粗糙而渗透性好的无纺布。
6.如权利要求1所述的一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法，其特征在于：所述的无纺布铺设的方式为盖瓦式铺设法。
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| CN201811419627.5A CN109613209A (zh) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | 一种坡耕地边沟水土保持效益的大田模拟试验方法 |
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