CN207882126U - 一种土壤风蚀野外定点测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土壤风蚀野外定点测量装置，包括方形测量框，所述方形测量框的底部连接有支撑杆，所述方形测量框上固定连接有横向移动尺，所述的横向移动尺上连接有滑动块，所述的滑动块上安装有激光测距仪的测距探头，所述的测距探头与所述的横向移动尺垂直。本实用新型所述土壤风蚀野外定点测量装置能够在野外布设较多的面域固定样地进行多种时间尺度的观测，并且通过合理的设置能精确测量土壤表面的风蚀厚度，再通过计算可获取到风蚀量和风蚀模数，从而能够代表一定区域的风蚀特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力侵蚀监测技术领域，具体来说，涉及一种土壤风蚀野外定点测量装置。
背景技术
土壤风蚀是指风力作用导致的土壤物质分离和流失的过程，会导致土壤结构破坏、肥力下降、土地沙化，是全球严重的生态环境问题之一。中国干旱、半干旱区分布的大面积风蚀荒漠化土地，是土壤风蚀影响较为严重的区域，严重制约着这些地区的资源开发和社会经济持续稳定发展。
开展土壤风蚀强度监测和土壤风蚀强度级别划分是查明一个地区土壤风蚀现状的重要依据。土壤风蚀强度通常以土壤风蚀模数来表达，即单位时间内、单位面积上风蚀量的大小；土壤风蚀强度分级根据风蚀量将风蚀强度划分为不同的等级。风蚀量是指一定时间内，被风吹走的地表土壤的质量和堆积质量之差。目前虽然已经有多种用于测定土壤风蚀量的仪器和方法，但并未取得满意的结果。
目前测量土壤风蚀的方法根据测量原理主要有以下几类：第一种是风蚀痕迹法，根据诸如树根、风蚀坑、建筑物地基等地标志物的风蚀裸露状况，在了解确切的风蚀时间后才能估算风蚀速率，这种粗略估算风蚀量的方法主要应用于风蚀强烈的区域。第二种是在野外布设风蚀盘或者风蚀圈，将土壤置于固定面积的圆盘或尼龙布套制成的风蚀圈上，定期对样品进行称量来推断风蚀量，但是这种方法对样品及周围土壤的破坏较大，并且只能代表点风蚀量，不能延伸到地块或区域。第三种是在野外地表用风蚀测钎布设样地进行风蚀厚度测量，进而利用土壤容重计算风蚀量，此类方法易对地表产生破坏。第四种是利用差分GPS定位，三维激光扫描仪以及各类地形测量仪器估算风蚀量，一般用于小范围内的风蚀测量，对操作人员的技术要求高。第五种是核素示踪法，通过风蚀区核素的量值和背景值的比较来推算风蚀速率，这种风蚀测定方法成本高昂，技术难度大。
我国的风蚀荒漠区大多位于西北干旱、半干旱区，地理位置偏远，交通十分不方便，不便于携带重量较大且高耗能的仪器工具。另外，野外风蚀监测需要从点上的风蚀量提高到有代表性的面域甚至是区域性的风蚀量监测。在这些前提下，野外风蚀监测工作既要求有较多的区域样地布设，又能够进行长时间尺度的风蚀监测。因而，野外风蚀研究工作中急需研制一个在不破坏研究区地表性质前提下进行多样地观测，并且便于携带、安装和操作简单的风蚀观测设备及其相应的观测方法。
实用新型内容
针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种土壤风蚀野外定点测量装置，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种土壤风蚀野外定点测量装置，包括方形测量框，所述方形测量框的底部连接有支撑杆，所述方形测量框上固定连接有横向移动尺，所述的横向移动尺上连接有滑动块，所述的滑动块上安装有激光测距仪的测距探头，所述的测距探头与所述的横向移动尺垂直。
进一步的，所述方形测量框的相对两纵向边上均设有若干等间距的卡槽，所述横向移动尺两端的底部均设有一个与所述卡槽配合的卡扣，所述横向移动尺通过其两端的卡扣可以在带有凹槽的相对两边上固定连接并纵向移动。
进一步的，所述方形测量框包括两条纵向边和两条横向边，所述的卡槽设在两条纵向边上，所述的两条纵向边和两条横向边依次通过连接头首尾相连形成方形，所述连接头的底部与所述支撑杆可拆卸连接。
进一步的，所述支撑杆为圆柱体，所述圆柱体的上端连接有螺杆，所述连接头的底部设有与所述螺杆配合的螺纹孔，所述圆柱体的下部设有圆孔一，所述左侧的两圆柱体之间、右侧的两圆柱体之间、前方的两圆柱体之间及后部的两圆柱体之间均通过平衡杆连接。
进一步的，所述横向移动尺上沿长度方向设有横向移动尺凹槽，所述的横向移动尺通过所述横向移动尺凹槽与所述滑动块滑动连接，所述横向移动尺的尺身上部设有刻度。
进一步的，所述的滑动块包括与所述横向移动尺凹槽配合的滑动底座，所述的滑动底座通过矩形块连接有激光测距仪探头安放槽，所述激光测距仪探头安放槽的槽身上设有两个相对的圆孔二。
进一步的，所述的矩形块上套设有一个指针。
进一步的，所述测距探头的头部设有红外线激光发射装置和接收镜头，所述测距探头相对的两侧分别设有一个与所述圆孔二配合的弹性按钮。
进一步的，所述的测距探头通过连线连接有手持控制器，所述的手持控制器上设有开关键、测量键和读数显示屏。
本实用新型还提供一种利用上述土壤风蚀野外定点测量装置进行土壤风蚀测量方法，包括以下步骤：
1.在研究区域内根据研究目的选择多个观测样地；
2.将上述土壤风蚀测量装置布设于待测定区域的每一个样地；其中，每一样地仅需布设固定底座，其余测量装置整个试验只需一套即可，在每个样地可以与固定底座分离后去测量剩余的样地；
3.在每一个观测样地，分别沿等间距的纵向边的凹槽，移动横向移动尺，利用激光测距仪监测不同测量点的垂直高度Zij，其中i和j分别代表横向坐标点序号和纵向坐标点序号，并用矩阵的方式进行记录；
初始测量结果的矩阵为A，
不同的观测样地进行上述重复测量，分别记录对应点的观测值；
一场风事件或一段时间后再进行测量时，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得到样地所有测量点的地表高度变化，通过
即为风蚀厚度Zmean，单位cm或m；
根据土壤侵蚀量公式M＝γ×Zmean×S进行计算，其中M为一场风事件或一段时间，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。可以根据土壤侵蚀量M，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：
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；其中a表示年，t表示质量单位吨；公式中T表示时间。
本实用新型的有益效果：本实用新型所述土壤风蚀野外定点测量装置能够在野外布设较多的面域固定样地进行多种时间尺度的观测，并且通过合理的设置能精确测量土壤表面的风蚀厚度，再通过计算可获取到风蚀量和风蚀模数，从而能够代表一定区域的风蚀特性。
通过方形测量框、横向移动尺、滑动连接件以及激光测距仪的合理设置，可以保证同一观测样地不同时段的相同观测位置，并通过激光测距仪测量高度，获得风蚀测量装置内不同点位的风蚀厚度，从而获得区域内布设的各个观测样地的平均风蚀厚度。相比于在野外利用插钎布设风蚀样地的方法，减少了插钎对地表结构的破坏，也避免了插钎对地表风场结构的干扰，另外利用激光测距仪代替人工肉眼读数提高了数据精确度，减少了误差。
本实用新型土壤风蚀野外定点测量装置具有耗能小、测量精度高、结构简单、易于拆卸、便于携带、安装和操作简单等优点，并且样地布设仪器自身带有的明显标识易于在野外辨识，研究区在西北干旱、半干旱荒漠区，人类活动少，布设仪器和样地受人类活动干扰较小。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所述土壤风蚀野外定点测量装置的立体结构示意图；
图2为本实用新型所述激光测距仪的结构示意图；
图3为本实用新型所述支撑杆的结构示意图；
图4为本实用新型所述平衡杆的结构示意图；
图5为本实用新型所述方形测量框的纵向边的结构示意图；
图6为本实用新型所述方形测量框的横向边的结构示意图；
图7为本实用新型所述连接头的结构示意图；
图8为本实用新型所述横向移动尺的结构示意图；
图9为本实用新型所述滑动块的结构示意图；
图中：1、激光测距仪；2、连接头；3、支撑杆；4、玻璃挡板；5、横向移动尺；6、滑动块；11、测距探头；12、手持控制器；13、连线；31、螺杆；32、圆柱体；33、圆孔一；34、平衡杆；41、纵向边；42、横向边； 51、卡扣；52、横向移动尺凹槽；53、刻度；61、滑动底座；62、激光测距仪探头安放槽；63、指针；64、圆孔二。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-9所示，根据本实用新型实施例所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，包括方形测量框4，所述方形测量框4的底部连接有支撑杆3，所述方形测量框4上固定连接有横向移动尺5，所述的横向移动尺5上连接有滑动块6，所述的滑动块6上安装有激光测距仪1的测距探头11，所述的测距探头11与所述的横向移动尺5垂直。
在一具体实施例中，所述方形测量框4的相对两纵向边上均设有若干等间距的卡槽，所述横向移动尺5两端的底部均设有一个与所述卡槽配合的卡扣51。
在一具体实施例中，所述方形测量框4包括两条纵向边41和两条横向边42，所述的卡槽设在两条纵向边41上，所述的两条纵向边41和两条横向边42依次通过连接头2首尾相连形成方形，所述连接头2的底部与所述支撑杆3可拆卸连接。
在一具体实施例中，所述支撑杆3为圆柱体32，所述圆柱体32的上端连接有螺杆31，所述连接头2的底部设有与所述螺杆31配合的螺纹孔，所述圆柱体32的下部设有圆孔一33，所述左侧的两圆柱体之间、右侧的两圆柱体之间、前方的两圆柱体之间及后部的两圆柱体之间均通过平衡杆 34连接。
在一具体实施例中，所述横向移动尺5上沿长度方向设有横向移动尺凹槽52，所述的横向移动尺5通过所述横向移动尺凹槽52与所述滑动块6 滑动连接，所述横向移动尺5的尺身上部设有刻度53。
在一具体实施例中，所述的滑动块6包括与所述横向移动尺凹槽52配合的滑动底座61，所述的滑动底座61通过矩形块连接有激光测距仪探头安放槽62，所述激光测距仪探头安放槽62的槽身上设有两个相对的圆孔二64。
在一具体实施例中，所述的矩形块上套设有一个指针63。
在一具体实施例中，所述测距探头11的头部设有红外线激光发射装置和接收镜头，所述测距探头11相对的两侧分别设有一个与所述圆孔二64 配合的弹性按钮。
在一具体实施例中，所述的测距探头11通过连线13连接有手持控制器12，所述的手持控制器12上设有开关键、测量键和读数显示屏。
为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本实用新型所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，包括进行研究区风蚀测量的激光测距仪1、连接头2、支撑杆3、方形测量框4、可纵向移动的横向移动尺5以及可在横向移动尺上横向移动的滑动连接件6。所述激光测距仪1包括测距探头11、手持控制器12以及连线13，所述测距探头头部11呈长方形，有激光束发射头和激光接收镜头，尾部为圆柱体，相对两侧各有一个弹性按钮，用于固定在激光测距仪探头安放槽62的圆孔二中；所述手持控制器12用于整个激光测距仪的电源控制、测量控制和测量距离显示，手持控制器12上有开关键、测量键和显示屏，开关键用于整个激光测距仪的电源控制，测量键用于使测距探头11激光束发射头的激光发射，显示屏上会显示每一次测量的距离；所述连接头 2为L型结构，长为5cm，用于连接方形测量框4的纵向边41和横向边42 以及支撑杆3；所述支撑杆3包括顶部带有螺纹的螺杆31、圆柱体32、下部杆身的圆孔一33以及平衡杆34；支撑杆3上部带有螺纹状的螺杆31通过连接头2下部带螺纹的圆孔可拆卸安装；支撑杆3下部的圆孔一用于固定扁平状的平衡杆34，使支撑杆彼此连接，保证结构稳定；支撑杆3的杆身涂有的颜色漆用于野外样地的寻找和辨识；所述方形测量框4包括两条带凹槽的纵向边41和两条不带凹槽的横向边42；纵向边41和横向边42 都长110cm，通过连接头2首尾相连形成方形，保证结构稳定；所述两条横向边42上带有等间距的凹槽，间距为10cm，各有10个凹槽，用于固定横向移动尺5；所述横向移动尺5包括横向移动尺两端下部的卡扣51、横向移动尺身上沿横向的横向移动尺凹槽52以及上表面的刻度53，横向移动尺5长130cm，在距两端各5cm处有一个卡扣51，用于固定在两条纵向边41相对的凹槽中，并且能够使横向移动尺5进行纵向移动；所述横向移动尺凹槽52用于滑动块6的移动和激光测距仪1在不同测量点的测量；所述横向移动尺5上表面上的刻度53用于指示激光测距仪7测量点的横向坐标位置；所述滑动块6包括滑动底座61、激光测距仪探头安放槽62以及指针63，所述滑动底座61可以从横向移动尺5的两端其中一侧进入横向移动尺凹槽52，并可在其中移动，调整测量点的横向坐标位置；所述激光测距仪安放槽62通过矩形块与滑动底座61相连，所述激光测距仪安放槽 62的两侧各有一个通孔，用于固定激光测距仪探头11；所述指针套在矩形块外围，可以指示横向移动尺上表面的刻度读数，用于指示激光测距仪探头的横向坐标位置，即测量点的横向坐标位置。
上述土壤风蚀野外定点测量装置进行土壤风蚀测量方法，包括以下步骤：
1.在研究区域内根据研究目的选择多个观测样地；
2.将上述土壤风蚀测量装置布设于待测定区域的每一个样地；其中，每一样地仅需布设固定底座，其余测量装置整个试验只需一套即可，在每个样地可以与固定底座分离后去测量剩余的样地；
3.在每一个观测样地，分别沿等间距的纵向边的凹槽，移动横向移动尺，利用激光测距仪监测不同测量点的垂直高度Zij，其中i和j分别代表横向坐标点序号和纵向坐标点序号，并用矩阵的方式进行记录；
初始测量结果的矩阵为A，
不同的观测样地进行上述重复测量，分别记录对应点的观测值；
一场风事件或一段时间后再进行测量时，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得到样地所有测量点的地表高度变化，通过
即为风蚀厚度Zmean，单位cm或m；
根据土壤侵蚀量公式M＝γ×Zmean×S进行计算，其中M为一场风事件或一段时间，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。可以根据土壤侵蚀量M，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：
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；其中a表示年，t表示质量单位吨；公式中T表示时间。
综上所述，本实用新型所述土壤风蚀野外定点测量装置能够在野外布设较多的面域固定样地进行多时间尺度的观测，并且通过合理的设置能精确测量土壤表面的风蚀厚度，再通过计算可获取到风蚀量和风蚀模数，从而能够代表一定区域的风蚀特性。通过方形测量框、横向移动尺、滑动连接件以及激光测距仪的合理设置，可以保证同一观测样地不同时段的相同观测位置，并通过激光测距仪测量高度，获得风蚀测量装置内不同点位的风蚀厚度，从而获得区域内布设的各个观测样地的平均风蚀厚度。相比于在野外利用插钎布设风蚀样地的方法，减少了插钎对地表结构的破坏，也避免了插钎对地表风场结构的干扰，另外利用激光测距仪代替人工肉眼读数提高了数据精确度，减少了误差。本实用新型土壤风蚀野外定点测量装置具有耗能小、测量精度高、结构简单、易于拆卸、便于携带、安装和操作简单等优点，并且样地布设仪器自身带有的明显标识易于在野外辨识，研究区在西北干旱、半干旱荒漠区，人类活动少，布设仪器和样地受人类活动干扰较小。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，包括方形测量框(4)，所述方形测量框(4)的底部连接有支撑杆(3)，所述方形测量框(4)上固定连接有横向移动尺(5)，所述的横向移动尺(5)上连接有滑动块(6)，所述的滑动块(6)上安装有激光测距仪(1)的测距探头(11)，所述的测距探头(11)与所述的横向移动尺(5)垂直。
2.根据权利要求1所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述方形测量框(4)的相对两纵向边上均设有若干等间距的卡槽，所述横向移动尺(5)两端的底部均设有一个与所述卡槽配合的卡扣(51)。
3.根据权利要求2所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述方形测量框(4)包括两条纵向边(41)和两条横向边(42)，所述的卡槽设在两条纵向边(41)上，所述的两条纵向边(41)和两条横向边(42)依次通过连接头(2)首尾相连形成方形，所述连接头(2)的底部与所述支撑杆(3)可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述支撑杆(3)为圆柱体(32)，所述圆柱体(32)的上端连接有螺杆(31)，所述连接头(2)的底部设有与所述螺杆(31)配合的螺纹孔，所述圆柱体(32)的下部设有圆孔一(33)，所述的圆柱体为4个，且相邻两个圆柱体之间通过平衡杆(34)连接。
5.根据权利要求2所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述横向移动尺(5)上沿长度方向设有横向移动尺凹槽(52)，所述的横向移动尺(5)通过所述横向移动尺凹槽(52)与所述滑动块(6)滑动连接，所述横向移动尺(5)的尺身上部设有刻度(53)。
6.根据权利要求5所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述的滑动块(6)包括与所述横向移动尺凹槽(52)配合的滑动底座(61)，所述的滑动底座(61)通过矩形块连接有激光测距仪探头安放槽(62)，所述激光测距仪探头安放槽(62)的槽身上设有两个相对的圆孔二(64)。
7.根据权利要求6所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述的矩形块上套设有一个指针(63)。
8.根据权利要求6所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述测距探头(11)的头部设有红外线激光发射装置和接收镜头，所述测距探头(11)相对的两侧分别设有一个与所述圆孔二(64)配合的弹性按钮。
9.根据权利要求8所述的一种土壤风蚀野外定点测量装置，其特征在于，所述的测距探头(11)通过连线(13)连接有手持控制器(12)，所述的手持控制器(12)上设有开关键、测量键和读数显示屏。
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