專利名稱：研究坡面徑流和地下孔裂隙流產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)研究領(lǐng)域，涉及一種研究喀斯特地表徑流和地下徑流的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的新型測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
水和土是極為重要的自然資源，是人類賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)。西南喀斯特巖溶地區(qū)是繼北方沙漠化和黃 土高原水土流失比較嚴(yán)重的地區(qū)之一，形成的石漠化嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。由于喀斯特地區(qū)土層淺薄且成土速度慢，結(jié)合長(zhǎng)期強(qiáng)烈的巖溶作用造成地表、地下雙層空間構(gòu)造，降雨徑流關(guān)系復(fù)雜，降雨經(jīng)巖溶裂隙、漏斗、落水洞等流入地下，使得土壤流失嚴(yán)重，地表基巖裸露，土被不連續(xù)，所以研究喀斯特地區(qū)的地下孔(裂)隙的水土流失情況具有十分重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)地表徑流對(duì)土壤侵蝕影響的研究其方法主要有標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)法和人工模擬降雨法兩種。由于采用人工模擬降雨方法可以設(shè)定降雨因子，可在短期內(nèi)得到不同條件下地表徑流和土壤侵蝕的相關(guān)數(shù)據(jù)，與采用標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)法具有速度快、易控制、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)受到廣泛的重視和應(yīng)用。但是由于喀斯特環(huán)境二元結(jié)構(gòu)本身的特殊性和復(fù)雜性，以前的成果大多偏向于對(duì)其地表土壤侵蝕現(xiàn)狀的研究，所以以前的裝置大多是用于研究地表徑流，如中國(guó)專利00128153. 4公開了一種“地表徑流測(cè)量設(shè)施及其測(cè)量方法”，而對(duì)地下孔(裂)隙流侵蝕缺乏研究，特別是針對(duì)地表、地下雙層地質(zhì)構(gòu)造空間格局所采取的全面研究更是鮮見報(bào)道。因此需要結(jié)合既可以調(diào)節(jié)坡度，又可以調(diào)節(jié)孔(裂)隙度的試驗(yàn)裝置，研究一種可以同時(shí)測(cè)量地表徑流和地下徑流的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的新型測(cè)量方法，對(duì)喀斯特地區(qū)的水土流失規(guī)律進(jìn)行詳盡研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種研究坡面徑流和地下孔(裂)隙流的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的新型測(cè)量方法，針對(duì)喀斯特地區(qū)地下裂隙廣為分布，是喀斯特地區(qū)水土流失的主要途徑，本方法結(jié)合既可以調(diào)節(jié)坡度，又可以調(diào)節(jié)孔(裂)隙度的人工模擬降雨自制實(shí)驗(yàn)裝置，研究喀斯特地區(qū)地表徑流和地下徑流的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律，為加快研究喀斯特地區(qū)的土壤侵蝕機(jī)理提供了有效的方法。本發(fā)明的構(gòu)成一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的測(cè)量方法，測(cè)量設(shè)施包括人工降雨設(shè)備，自制實(shí)驗(yàn)裝置，塑料小桶，標(biāo)有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯。所述的人工降雨設(shè)備由雨量計(jì)、降雨器、水泵及控制器四部分組成。要求雨滴終點(diǎn)速度與天然降雨相近，降雨歷時(shí)任意可調(diào)，雨強(qiáng)可通過(guò)控制器自控或手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)變化時(shí)間<30s，調(diào)節(jié)精度7mm/h，連續(xù)變化范圍10_200mm/h，降雨有效范圍6. 5mX 6. 5m，均勻度>85。所述的自制實(shí)驗(yàn)裝置為專利號(hào)為2010105456027的《一種用于研究坡面徑流和地下孔裂隙流的模擬實(shí)驗(yàn)裝置》，長(zhǎng)4m，寬I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可調(diào)，底板均勻打有297個(gè)直徑5cm的孔，孔隙度0_8%任意可調(diào)，鋼槽下端分別設(shè)有地表，地下孔裂隙流集流槽。利用本測(cè)量設(shè)施，其測(cè)量方法為
A、基巖裸露率設(shè)置及測(cè)定
試驗(yàn)前先選定合格的巖石塊(>30cm)，然后根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬的基巖裸露率水平將測(cè)量標(biāo)記出30cm以上部分露頭面積的碳酸鹽巖石隨機(jī)排列在試驗(yàn)鋼槽中，然后按野外自下而上實(shí)測(cè)的土壤緊實(shí)度平均值分層回填土，回填土上表面與碳酸鹽巖石上標(biāo)記的露頭線水平，填土表面用特制木板撥平，填土邊界用手壓實(shí)減小邊緣效應(yīng)影響。最后對(duì)坡面垂直攝像并對(duì)照片進(jìn)行矢量化測(cè)算校核基巖裸露率。借此研究不同基巖裸露率下的徑流及土壤流失規(guī)律。B、地下孔(裂)隙度測(cè)定
采用游標(biāo)卡尺多次重復(fù)測(cè)量自制實(shí)驗(yàn)裝置底板單個(gè)孔隙半徑和直徑，后根據(jù)圓弧的面積公式計(jì)算單個(gè)孔隙面積，最后計(jì)算總水平投影面積與自制實(shí)驗(yàn)裝置地板水平投影面積的百分率。
權(quán)利要求
1.一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的測(cè)量方法，測(cè)量設(shè)施包括人工降雨設(shè)備，自制實(shí)驗(yàn)裝置，塑料小桶，標(biāo)有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯，所述自制實(shí)驗(yàn)裝置為專利號(hào)為2010105456027的《一種用于研究坡面徑流和地下孔裂隙流的模擬實(shí)驗(yàn)裝置》，長(zhǎng)4m，寬I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可調(diào)，底板均勻打有297個(gè)直徑5cm的孔，孔隙度0-8%任意可調(diào)，鋼槽下端分別設(shè)有地表，地下孔裂隙流集流槽； 其特征是其測(cè)量方法為以下各項(xiàng) A、基巖裸露率設(shè)置及測(cè)定 試驗(yàn)前先選定合格的30cm以上的巖石塊，然后根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬的基巖裸露率水平將測(cè)量標(biāo)記出30cm以上部分露頭面積的碳酸鹽巖石隨機(jī)排列在自制實(shí)驗(yàn)裝置中，然后按野外自下而上實(shí)測(cè)的土壤緊實(shí)度平均值分層回填土，回填土上表面與碳酸鹽巖石上標(biāo)記的露頭線水平，填土表面用特制木板撥平，填土邊界用手壓實(shí)減小邊緣效應(yīng)影響，最后對(duì)坡面垂直攝像并對(duì)照片進(jìn)行矢量化測(cè)算校核基巖裸露率，借此研究不同基巖裸露率下的徑流及土壤流失規(guī)律； B、地下孔裂隙度測(cè)定 采用游標(biāo)卡尺多次重復(fù)測(cè)量自制實(shí)驗(yàn)裝置底板單個(gè)孔隙半徑和直徑，后根據(jù)圓弧的面積公式計(jì)算單個(gè)孔隙面積，最后計(jì)算總水平投影面積與自制實(shí)驗(yàn)裝置地板水平投影面積的百分率； C、雨強(qiáng)擬定 雨強(qiáng)擬定采用雨量筒，在自制實(shí)驗(yàn)裝置的鋼槽兩側(cè)各放置兩個(gè)雨量筒，求其平均值即為本次試驗(yàn)雨強(qiáng)； D、徑流樣及產(chǎn)沙樣采集 試驗(yàn)設(shè)計(jì)自地表或地下開始產(chǎn)流便開始計(jì)時(shí)，后在設(shè)定的單位時(shí)間內(nèi)，首先用塑料小桶在集流槽出水口下方收集徑流泥沙樣，后轉(zhuǎn)移至測(cè)定并標(biāo)記有刻度的塑料大桶內(nèi)，用于計(jì)算累積徑流量、徑流率、徑流系數(shù)與累積產(chǎn)沙量、輸沙率、土壤侵蝕模數(shù)； E、徑流量測(cè)定 以地表為界面，將坡面徑流劃分為在地表流動(dòng)的地表徑流和由地下孔裂隙流出的地下孔裂隙流兩部分，地表徑流、地下孔裂隙流先用塑料小桶收集，后轉(zhuǎn)入標(biāo)有刻度的塑料大桶內(nèi)并記錄各場(chǎng)降雨不同時(shí)段的徑流量； F、產(chǎn)沙量測(cè)定，包括 a、懸移質(zhì)測(cè)定 地表、地下孔裂隙流侵蝕產(chǎn)生的懸移質(zhì)，首先把大桶內(nèi)水樣攪勻，然后用用水樣瓶在大桶內(nèi)取攪勻的水樣500ml，到實(shí)驗(yàn)室后用量筒量取水樣瓶中搖勻的水樣50ml及時(shí)轉(zhuǎn)移至已知重量的IOOml干凈燒杯中，并放入105°C烘箱烘干，每個(gè)樣3個(gè)重復(fù)，最后用精度為O.0001的電子天平稱重； b、推移質(zhì)測(cè)定 地表徑流沖刷搬運(yùn)的推移質(zhì)，在取完懸移質(zhì)水樣后倒出渾水，將沉積在桶底的推移質(zhì)轉(zhuǎn)入塑料袋沉淀風(fēng)干，最后將風(fēng)干的推移質(zhì)收集于IOOml燒杯中，放入105°C烘箱烘干稱重，地下孔裂隙流侵蝕產(chǎn)生的較少的推移質(zhì)，在取完懸移質(zhì)水樣后，倒出上清液，將桶底的泥沙轉(zhuǎn)入燒杯中于105°C烘箱中烘至恒重，稱量。
2.如權(quán)利要求I所述的研究坡面徑流和地下孔裂隙流產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的測(cè)量方法，其特征是人工降雨設(shè)備由雨量計(jì)、降雨器、水泵及控制器四部分組成，要求雨滴終點(diǎn)速度與天然降雨相近，降雨歷時(shí)任意可調(diào)，雨強(qiáng)可通過(guò)控制器自控或手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)變化時(shí)間<30s，調(diào)節(jié)精度7mm/h，連續(xù)變化范圍10-200mm/h，降雨有效范圍6. 5mX6. 5m，均勻度>85。
全文摘要
一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律的測(cè)量方法，設(shè)施包括人工降雨設(shè)備，自制實(shí)驗(yàn)裝置，塑料小桶，標(biāo)有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯；測(cè)量方法為以下各項(xiàng)A、基巖裸露率設(shè)置及測(cè)定；B、地下孔裂隙度測(cè)定；C、雨強(qiáng)擬定；D、徑流樣及產(chǎn)沙樣采集；E、徑流量測(cè)定；F、產(chǎn)沙量測(cè)定，包括懸移質(zhì)測(cè)定和推移質(zhì)測(cè)定；G、土壤養(yǎng)分流失測(cè)定；H、泥沙養(yǎng)分含量測(cè)定；I、徑流養(yǎng)分含量測(cè)定。本發(fā)明結(jié)合既可以調(diào)節(jié)坡度，又可以調(diào)節(jié)孔裂隙度的人工模擬降雨自制實(shí)驗(yàn)裝置，研究喀斯特地區(qū)地表徑流和地下徑流的產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律，為加快研究喀斯特地區(qū)的土壤侵蝕機(jī)理提供了有效的方法。
文檔編號(hào)G01N33/24GK102854300SQ20121039185
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者戴全厚, 王佩將, 胡奕 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)