CN202692984U - 一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，由两层平行固定布置的网格面组成，两层网格面大小和每个网格面的网格数量完全相同，且同一待测点上对应的上下两层网格面上的两个网格，其垂直投影能完全重合。应用本实用新型的微地貌测量框，可以十分方便地进行冲沟沟头形态的监测，且测量结果准确，结构简单，具有较强的推广应用价值。适合用于野外或室内模拟的小型冲沟沟头的形态监测和土壤侵蚀量计算。

Description

一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种用于小型冲沟沟头形态及侵蚀量监测的微地貌测量框。

背景技术

我国黄土高原、东北黑土区、金沙江干热河谷区均分布有面积广大的冲沟，冲沟侵蚀量大、切割速度快，不但蚕食耕地，还毁坏道路，加速土地退化进程，冲沟侵蚀研究对江河泥沙控制和地方经济可持续发展意义深远。

侵蚀产沙效应是冲沟侵蚀研究的关键一环，现阶段研究普遍采用小流域泥沙监测的方法进行，但如何定量辨识冲沟各产沙部位（坡面、沟壁、沟床）的不同产沙贡献，目前尚无简单、可靠的办法。如丁文峰等在发表的《地形测针板在坡面土壤侵蚀研究中的应用》（中国水土保持，2006（1）：49-51）一文中应用地形测针板结合相关软件做出坡面侵蚀前后的三维立体图，较直观地反映了坡面各不同空间部位的侵蚀量大小，但由于地形测针板本身的局限性（规格小、只能用于宽度小于50cm的室内水槽实验），还不能应用到较大范围的径流小区土壤侵蚀试验研究中；张鹏等在发表的《高精度GPS、三维激光扫描和测针板三种测量技术监测沟蚀过程的对比研究》（水土保持通报，2008，28（5）:11-15）一文中，应用三维激光扫描法监测坡面沟蚀发育过程，结果表明，激光扫描仪能很好地监测沟蚀演变过程，且对侵蚀量估算精度较高，但由于三维激光扫描仪价格昂贵、对测量人员技术要求高、野外携带不便，限制其广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种结构简单，测量准确的用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框。

本实用新型是这样实现的：

一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，由两层平行固定布置的网格面组成，两层网格面大小和每个网格面的网格数量完全相同，两层网格面上对应的两个网格的垂直投影能完全重叠。

更进一步的方案是：所述网格面是铁制网格面，网格由铁丝组成。

更进一步的方案是：所述网格是正方形网格。

更进一步的方案是：所述两层网格面之间的垂直距离为15cm至25cm。

更进一步的方案是：所述网格大小规格为2.5cm×2.5cm。

更进一步的方案是：所述网格面为长方形网格面，网格面规格为2m×1m。

更进一步的方案是：所述网格面上各边的中点固定连接有两根十字交叉的钢条。钢条托住网格，以防止网格在长期的使用过程中变形。

应用本实用新型的微地貌测量框，可以十分方便地进行冲沟沟头形态的监测，且测量结果准确，结构简单，具有较强的推广应用价值。适合用于野外或室内模拟的小型冲沟沟头的形态监测和土壤侵蚀量计算。

另外本装置还具有如下优点：                                                

微地貌测量框上下网格面之间设有一定间距、两网格面上的相应网格重叠对齐，保证在测量过程中钢尺垂直接触于地表面并且不同时间测量的是地表同一个位置点； 

制作测量数据的坐标系统，利用Arcgis软件方便地处理数据，得到试验前后土壤侵蚀量；利用Surfer软件得到冲沟沟头微地貌表面图，更直观地展示微地貌变化。 

附图说明

图1为微地貌测量框结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如附图1所示，一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，由两层平行固定布置的网格面1和网格面1’组成，两层网格面大小和每个网格面的网格数量完全相同，两层网格面上对应两个网格的垂直投影能完全重叠，网格面1和网格面1’通过位于网格面边上和角上的支撑柱2固定连接。所述网格面是铁制网格面，网格由铁丝组成。所述两层网格面之间的垂直距离为15cm至25cm。所述网格面为长方形网格面，网格面规格为2m×1m。所述网格面上各边中点固定连接有两根十字交叉的钢条3，钢条托住网格，以防止网格在长期的使用过程中变形。所述网格是正方形网格，网格大小规格为2.5cm×2.5cm。

本实用新型在使用过程中，首先需要对微地貌测量框的位置进行固定，固定采用如下方式：

在冲沟沟头集水区两侧（径流侵蚀不到的地方）各打入两个侵蚀桩（一定长度的钢钎）、在沟壁与沟床之间的转折区域两侧各打入一个侵蚀桩，并确保侵蚀桩顶端在同一个水平面上。侵蚀桩布设的方法是，先固定一个侵蚀桩，再在另一侧打入另一个侵蚀桩，打入的过程中，需要把长度足够、表面平滑、宽约5cm的不锈钢板放到两个侵蚀桩顶端上，用水平尺进行调平，直到不锈钢板各个部位的水平角度为零度为止，即可确定两个侵蚀桩的顶端在同一水平面上，该平面作为每次测量时微地貌测量框摆放的参考平面。

侵蚀桩固定好以后，进行微地貌测量框的摆放。

首先，将微地貌测量框摆放到两侵蚀桩之间，并确保微地貌测量框能够覆盖沟床的主要侵蚀区域；

其次，将不锈钢板放到两侵蚀桩上，当做两侵蚀桩固定的水平面中的一条直线；

再次，用适量砖头和薄瓷砖将微地貌测量框的四个顶角垫起，直到微地貌测量框上表面紧挨到不锈钢板为止；

最后，用水平尺对微地貌测量框进行调平，直到微地貌测量框的四个边都水平为止，在此过程中微地貌测量框四个顶角处砖头和瓷砖的高度根据需要进行增加或减少。

第一次固定好微地貌测量框后，记录固定位置的记号和数据，包括：在微地貌测量框上表面标记其与不锈钢板上边缘（或下边缘）接触点的位置，并测量这两个标记到侵蚀桩（外边缘或内边缘）的距离，根据这两个标记和距离数据固定每次试验后测量框的位置，使得每次测量的区域相同。

在微地貌测量框固定好之后，进行沟头微地貌数据的测量。

冲沟沟头形态数据的测量利用钢尺进行。

钢尺垂直插入微地貌测量框的网格中（为确保钢尺测量时始终垂直于待测表面，需要将钢尺每次测量时都紧贴网格中的同一个夹角），分别测量集水区（沟壁或沟床）表面与微地貌测量框上层框的距离，记为该网格点的Z值。

冲沟沟头每个微地貌测量面（集水区、沟壁或沟床）测量过程中，微地貌测量框最左下点的坐标定为（0、0、Z），以此类推，根据每个网格间隔距离和测量过程中取点特征（隔几个网格测1个点），得到各个网格点的坐标（X、Y、Z）。

需要注意的是，要保证在测量过程中，每个网格的测量位置（如左下角或右上角）必须相同。

通过上述测量之后，就能够得到冲沟沟头地表与微地貌测量框之间的高程距离，利用这些测量数据就能够测算出冲沟沟头的形态，利用两次不同时间的测量数据，就能够计算得到该时间段内该冲沟沟头的侵蚀量和地貌变化情况。

具体的计算过程可以参考如下方式：

每次测量的地形数据输入Excel表格中，按照微地貌测量框网格顺序设置测量网格（X,Y,Z）值。

监测时段集水区、沟壁、沟床土壤侵蚀量的计算，以监测时段起点时沟床地表与微地貌测量框上表层之间的空间体积计算为例：

 

，Arcgis9.3→ Tools（工具栏）→Add XY Data，选中要处理的Excel数据； 

，Export Data（使数据成为.shp数据）；

，3D Analyst（工具栏）→Create/Modify Tin→Create Tin From Features，利用上步生成的.shp数据生成带有高程数据的TIN（不规则三角网）。

，3D Analyst→Surface Analyst→Area and Volume…，计算该集水区（沟壁或沟床）距离微地貌测量框上表面的体积。

同样方法，得到监测时段终点时沟床地表与微地貌测量框上表层空间的体积，两体积的差值即为该次监测时段内监测沟床的土壤侵蚀量。

Claims (7)

1.一种用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：由两层平行固定布置的网格面组成，两层网格面大小和每个网格面的网格数量完全相同，两层网格面上对应的两个网格的垂直投影能完全重叠。

2.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述网格面是铁制网格面，网格由铁丝组成。

3.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述两层网格面之间的垂直距离为15至25cm。

4.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述网格面为长方形网格面，网格面规格为2m×1m。

5.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述网格面上固定连接有两根十字交叉的钢条。

6.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述网格是正方形网格。

7.根据权利要求1所述用于小型冲沟沟头形态监测的微地貌测量框，其特征在于：所述网格大小规格为2.5cm×2.5cm。