CN109975521A - 一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置及其使用方法，它包括倾斜的带有若干裂隙的岩层，在岩层表面上有一层地表土壤层，在地表土壤层的中间设有若干方形的土壤监测层，土壤监测层与地表土壤层之间有方框形的阻断沟，在土壤监测层的表面种植有植物，在土壤监测层的侧壁上插有若干监测管件。通过在倾斜的地表面设置土壤监测层，再在土壤监测层的外侧设阻断沟和收集池，在土壤监测层内部设监测管件，即可收集水份和土壤进行分析，取得了很好的效果。

Description

一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种地表地下土壤的监测，尤其涉及一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置及其使用方法，属于土壤监测设备技术领域。

背景技术

喀斯特地区的水土流失是一个严重的生态环境问题，当地居民和大量科学研究工作者长期致力于研究喀斯特地区的水土流失问题。但是由于喀斯特地区地貌结构的发育的复杂性，导致地表地下二元结构特征典型，长时间以来对喀斯特地区的水土流失研究侧重于地表的水土流失监测，对地下水土流失研究内容不足，不能完全反应地表地下二元结构特征水土流失情况。无论是在监测方法还是监测技术工具方面，对喀斯特地区的地下漏失都没有完全可行监测手段。而喀斯特地区的水土流失需要同时考虑地表与地下两个因素，因此，如何来监测地表、地下二元结构的水土流失情况，精确地反映喀斯特地区水土流失的特征，一直以来都是喀斯特地区水土流失研究者在考虑的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置及其使用方法，通过在倾斜的地表面设置土壤监测层，再在土壤监测层的外侧设阻断沟和收集池，在土壤监测层内部设监测管件，即可收集水份和土壤进行分析，解决了上述存在的问题。

本发明的技术方案为：一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，它包括倾斜的带有若干裂隙的岩层，在岩层表面上有一层地表土壤层，在地表土壤层的中间设有若干方形的土壤监测层，土壤监测层与地表土壤层之间有方框形的阻断沟，在土壤监测层的表面种植有植物，在土壤监测层的侧壁上插有若干监测管件。

所述阻断沟的宽度不小于80cm，深度大于等于30cm以上，以便能放置监测管，深度上限应当根据土壤厚度、岩石性质及能够实现监测进行确定，在阻断沟的底部中间设有环状的凸台，在凸台与土壤监测层之间为环状的收集沟，凸台与地表土壤层之间为环状的排水沟，在收集沟的低端设有与收集沟连通的收集池，在排水沟的低端设有与排水沟连通的外部来水引出口，收集池与排水沟之间通过凸台隔离。

所述收集沟和排水沟的深度均为10cm，宽度为10cm。收集沟和排水沟可以根据土壤监测层的面积和地表土壤层的来水量确定，收集沟的收集能力应大于土壤监测层的汇水能力，一般对于2㎡的土壤监测层10cm×10cm的收集沟已经足够。

所述监测管件为管状结构，直径为5～12cm，监测管件的顶端为斜锥管端，另一端为封闭端，在斜锥管端的斜面上和监测管件的上半段侧壁上均设有若干收集孔，监测管件的分布密度为土壤监测层表面积或者水平投影面积的8～50%并均匀分布。

所述收集孔的直径为5～8mm。

一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置的使用方法，所述方法步骤为：

一、在坡地上选取地面沿坡向大致平整的地块，连续设置两个以上矩形地块即土壤监测层，每个地块面积在1m2上，可以是正方形或长方形，如果是长方形则长边沿坡向方向延伸、短边沿等高线延伸；

二、在选取的地块四周向下切不小于80cm宽的沟槽即阻断沟，沟槽侧壁应当平整，沟槽切出后，地块独立于周边土地即地表土壤层；

三、沟槽下切深度应当根据当地土层厚度与岩石为依据，沟槽底面应到达岩土交接面以下；

四、在沟槽即阻断沟的底面靠近土壤监测层的一侧，深挖10cm的收集沟，用于收集土壤监测层上的来水和土壤；在阻断沟底面的外侧也深切出排水沟，用于阻挡周边水分、土壤对土壤监测层的水分、土壤收集的影响，使得在阻断沟的底部形成一个“ 凸”字形结构；

五、在土壤监测层的地表上种植植物，根据实验目的不同，可以有不同的行间距配置；

六、在土壤监测层的土壤内部根据阻断沟能够开挖的深度插入若干的监测管件，用于收集土壤监测层内部向下流失的水分和土壤（泥沙）；

七、收集沟用于收集土壤监测层表面和由周边立面流出的水分和土壤；

八、根据降雨次数设计监测时间，每一场雨过后监测一次，每次监测收集监测管件内部的水分和土壤，以及收集池内部的水分、土壤，收集后记录各部分的总量，并将养分指标和土壤泥沙指标分别取样带回实验室；

九、在实验室完成水分和土壤的养分指标的检测；土壤泥沙的含量经过烘干得到土壤样品泥沙含量，根据采样比例计算出每次流失的总量。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，采用本发明的技术方案，能够监测到喀斯特地区地下漏失的情况，结合地表水土流失情况更加精确地计算出地表地下流失总量。即更加科学地反应喀斯特地区一定区域内总的水土流失量；同时根据不同降雨强度、历时等条件计算出喀斯特地区地表、地下水土流失的典型特征，对于研究喀斯特地区的水土流失有新的意义。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明A-A剖视图；

图4为本发明B局部放大图；

图5为本发明监测管件的剖视图和俯视图一；

图6为本发明监测管件的剖视图和俯视图二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：如附图1～5所示，一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，它包括倾斜的带有若干裂隙的岩层1，在岩层1表面上有一层地表土壤层4，在地表土壤层4的中间设有若干方形的土壤监测层2，土壤监测层2与地表土壤层4之间有方框形的阻断沟3，在土壤监测层2的表面种植有植物，在土壤监测层2的侧壁上插有若干监测管件6。

进一步的，阻断沟3的宽度不小于80cm，深度大于等于30cm以上，以便能放置监测管6，深度上限应当根据土壤厚度、岩石性质及能够监测进行确定，在阻断沟3的底部中间设有环状的凸台5，在凸台5与土壤监测层2之间为环状的收集沟8，凸台5与地表土壤层4之间为环状的排水沟7，在收集沟8的低端设有与收集沟8连通的收集池9，在排水沟7的低端设有与排水沟7连通的外部来水引出口10，收集池9与排水沟7之间通过凸台5隔离。

进一步的，收集沟8和排水沟7的深度均为10cm，宽度为10cm。收集沟8和排水沟7可以根据土壤监测层2的面积和地表土壤层4的来水量确定，收集沟8的收集能力应大于土壤监测层2的汇水能力，一般对于2㎡的土壤监测层10cm×10cm的收集沟已经足够。

进一步的，监测管件6为管状结构，直径为5～12cm，监测管件6的顶端为斜锥管端63，另一端为封闭端61，在斜锥管端63的斜面上和监测管件6的上半段侧壁上均设有若干收集孔62，监测管件6的分布密度为土壤监测层2表面积或者水平投影面积的8～50%并均匀分布。

进一步的，收集孔62的直径为5～8mm。

一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置的使用方法，所述方法步骤为：

一、在坡地上选取地面沿坡向大致平整的地块，连续设置两个以上矩形地块即土壤监测层2，每个地块面积在1m2上，可以是正方形或长方形，如果是长方形则长边沿坡向方向延伸、短边沿等高线延伸；

二、在选取的地块四周向下切不小于80cm宽的沟槽即阻断沟3，沟槽侧壁应当平整，沟槽切出后，地块独立于周边土地即地表土壤层4；

三、沟槽下切深度应当根据当地土层厚度与岩石为依据，沟槽底面应到达岩土交接面以下；

四、在沟槽即阻断沟3的底面靠近土壤监测层2的一侧，深挖10cm的收集沟8，用于收集土壤监测层2上的来水和土壤；在阻断沟3底面的外侧也深切出排水沟7，用于阻挡周边水分、土壤对土壤监测层2的水分、土壤收集的影响，使得在阻断沟3的底部形成一个“ 凸”字形结构；

五、在土壤监测层2的地表上种植植物，根据实验目的不同，可以有不同的行间距配置；

六、在土壤监测层2的土壤内部根据阻断沟3能够开挖的深度插入若干的监测管件6，用于收集土壤监测层2内部向下流失的水分和土壤（泥沙）；

七、收集沟8用于收集土壤监测层2表面和由周边立面流出的水分和土壤；

八、根据降雨次数设计监测时间，每一场雨过后监测一次，每次监测收集监测管件6内部的水分和土壤，以及收集池9内部的水分、土壤，收集后记录各部分的总量，并将养分指标和土壤泥沙指标分别取样带回实验室；

九、在实验室完成水分和土壤的养分指标的检测；土壤泥沙的含量经过烘干得到土壤样品泥沙含量，根据采样比例计算出每次流失的总量。

实施例2：在其他条件不变的情况下，监测管件6在垂直高度上分多层插入土壤监测层2，每一层之间的间隔应当大于30cm。监测时分层监测，以便反应水分、土壤在不同深度上变化的差异。各层监测管件6的总覆盖面积在8-45%之间，以便水分、土壤有向下移动的空间和和可能。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，其特征在于：它包括倾斜的带有若干裂隙的岩层（1），在岩层（1）表面上有一层地表土壤层（4），在地表土壤层（4）的中间设有若干方形的土壤监测层（2），土壤监测层（2）与地表土壤层（4）之间有方框形的阻断沟（3），在土壤监测层（2）的表面种植有植物，在土壤监测层（2）的侧壁上插有若干监测管件（6）。

2.根据权利要求1所述的喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，其特征在于：所述阻断沟（3）的宽度不小于80cm，在阻断沟（3）的底部中间设有环状的凸台（5），在凸台（5）与土壤监测层（2）之间为环状的收集沟（8），凸台（5）与地表土壤层（4）之间为环状的排水沟（7），在收集沟（8）的低端设有与收集沟（8）连通的收集池（9），在排水沟（7）的低端设有与排水沟（7）连通的外部来水引出口（10），收集池（9）与排水沟（7）之间通过凸台（5）隔离。

3.根据权利要求2所述的喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，其特征在于：所述收集沟（8）和排水沟（7）的深度均为10cm，宽度为10cm。

4.根据权利要求1所述的喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，其特征在于：所述监测管件（6）为管状结构，直径为5～12cm，监测管件（6）的顶端为斜锥管端（63），另一端为封闭端（61），在斜锥管端（63）的斜面上和监测管件（6）的上半段侧壁上均设有若干收集孔（62），监测管件（6）的分布密度为土壤监测层（2）表面积或者水平投影面积的8～50%并均匀分布。

5.根据权利要求4所述的喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置，其特征在于：所述收集孔（62）的直径为5～8mm。

6.根据权利要求1～5任一项所述的喀斯特地区地表地下土壤流失监测装置的使用方法，其特征在于：所述方法步骤为：

一、在坡地上选取地面沿坡向大致平整的地块，连续设置两个以上矩形地块即土壤监测层（2），每个地块面积在1m2上，可以是正方形或长方形，如果是长方形则长边沿坡向方向延伸、短边沿等高线延伸；

二、在选取的地块四周向下切不小于80cm宽的沟槽即阻断沟（3），沟槽侧壁应当平整，沟槽切出后，地块独立于周边土地即地表土壤层（4）；

三、沟槽下切深度应当根据当地土层厚度与岩石为依据，沟槽底面应到达岩土交接面以下；

四、在沟槽即阻断沟（3）的底面靠近土壤监测层（2）的一侧，深挖10cm的收集沟（8），用于收集土壤监测层（2）上的来水和土壤；在阻断沟（3）底面的外侧也深切出排水沟（7），用于阻挡周边水分、土壤对土壤监测层（2）的水分、土壤收集的影响，使得在阻断沟（3）的底部形成一个“凸”字形结构；

五、在土壤监测层（2）的地表上种植植物；

六、在土壤监测层（2）的土壤内部根据阻断沟（3）能够开挖的深度插入若干的监测管件（6），用于收集土壤监测层（2）内部向下流失的水分和土壤；

七、收集沟（8）用于收集土壤监测层（2）表面和由周边立面流出的水分和土壤；

八、根据降雨次数设计监测时间，每一场雨过后监测一次，每次监测收集监测管件（6）内部的水分和土壤，以及收集池（9）内部的水分、土壤，收集后记录各部分的总量，并将养分指标和土壤泥沙指标分别取样带回实验室；

九、在实验室完成水分和土壤的养分指标的检测；土壤泥沙的含量经过烘干得到土壤样品泥沙含量，根据采样比例计算出每次流失的总量。