一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微型小區(qū)、微型壤中流集流系統(tǒng)和微型地表徑流集流槽三部分組成。在坡地微型小區(qū)下坡位土壤剖面巖-土界面以下插入微型壤中流集流系統(tǒng)，收集巖-土界面以上的壤中流；在下坡位土壤剖面近地表的位置插入微型地表徑流集流槽收集地表徑流。微型地表徑流集流槽角鋼底面與微型壤中流集流系統(tǒng)中鋁塑板和薄鋁板頂面接觸，微型地表徑流集流槽與微型坡地小區(qū)通過兩側(cè)螺絲固定在一起。該系統(tǒng)能同時(shí)測(cè)定坡地微型小區(qū)地表徑流和壤中流，解決了在高異質(zhì)性喀斯特坡地上監(jiān)測(cè)土壤水文過程的難點(diǎn)，為該類地區(qū)水文過程、土壤及養(yǎng)分漏失機(jī)理、巖溶作用、植物水分適應(yīng)機(jī)制方面的研究提供了平臺(tái)。
【專利說明】一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生態(tài)、水文、土壤侵蝕和水土保持領(lǐng)域，更具體涉及一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適合于教學(xué)、科研和環(huán)保部門進(jìn)行自然和人為影響下的坡地水文過程、水分和養(yǎng)分輸移的系統(tǒng)測(cè)定和研究。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)西南喀斯特地區(qū)成土過程十分緩慢，淺薄土層蓄水能力弱，加之豐富的巖溶孔隙、裂隙結(jié)構(gòu)，地表水大量滲漏，地下水污染日趨嚴(yán)重，旱澇災(zāi)害頻繁，水是解決喀斯特地區(qū)生態(tài)問題，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。最近，在西南喀斯特地區(qū)，土壤蠕移和漏失過程，土壤包氣帶強(qiáng)烈的界面水文和界面反應(yīng)過程，坡面降水的強(qiáng)烈入滲現(xiàn)象，土壤養(yǎng)分的快速流失途徑等均受到相關(guān)研究者的廣泛關(guān)注，這些現(xiàn)象和過程都不同程度地受到喀斯特土壤包氣帶水文過程的驅(qū)動(dòng)。
[0003]國(guó)內(nèi)前期研究表明，喀斯特坡地地表徑流系數(shù)小于5%，降雨幾乎全部入滲。然而，由于喀斯特地區(qū)地表地下異質(zhì)性極其明顯，對(duì)占降雨絕大部分比例的入滲水的去向問題的研究一直是個(gè)難點(diǎn)，很少有人設(shè)計(jì)兼顧地表徑流、壤中流、深層滲漏等過程的近地表水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過原位試驗(yàn)的方法對(duì)入滲水文路徑作進(jìn)一步細(xì)分。因此，盡管研究發(fā)現(xiàn)西南喀斯特地區(qū)地表徑流系數(shù)很小，該地區(qū)與水土過程相關(guān)的大部分研究方法仍然參照類似黃土高原等以地表徑流為主要水文過程的坡面監(jiān)測(cè)方法，這顯然達(dá)不到預(yù)期效果。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)薄層坡地近地表水文監(jiān)測(cè)方法普遍針對(duì)尺度較大的小區(qū)、坡面或流域，然而，由于喀斯特地區(qū)特有的坡面土壤不連續(xù)性和極強(qiáng)異質(zhì)性，如果在此種類型區(qū)域應(yīng)用大尺度上的傳統(tǒng)近地表水文過程觀測(cè)方法，將不可避免地造成坡面異質(zhì)性水文過程的均一化，因而無(wú)法識(shí)別和區(qū)分此類地區(qū)特殊異質(zhì)性小生境所具備的特殊近地表水土過程。其次，傳統(tǒng)近地表水文監(jiān)測(cè)往往是在室內(nèi)模擬或野外徑流回填小區(qū)進(jìn)行，回填破壞了土壤原有的大孔隙結(jié)構(gòu)，影響到土壤剖面水分運(yùn)移過程。第三，目前大部分近地表水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的修建過程中，往往會(huì)用到水泥砂漿等容易污染出流水水化學(xué)性質(zhì)的建筑材料，從而很難在監(jiān)測(cè)水文過程的同時(shí)兼顧水化學(xué)過程。
[0005]因此，將喀斯特等高異質(zhì)性坡地土壤表層到巖土界面這一關(guān)鍵帶作為整體，在充分考慮監(jiān)測(cè)方法體系水文識(shí)別分辨率、代表性、水文過程和水化學(xué)過程的耦合等方面的適宜性的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建適合此類高度異質(zhì)性環(huán)境背景的近地表水文監(jiān)測(cè)研究新方法，在原位開展異質(zhì)性小生境結(jié)構(gòu)特征與界面產(chǎn)流過程之間耦合規(guī)律的研究，能夠加深該類地區(qū)近地表降雨分配及水文過程、土壤及養(yǎng)分漏失機(jī)理、巖溶作用與碳循環(huán)、植被水分適應(yīng)機(jī)制等方面的認(rèn)識(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在于提供了一種適用于喀斯特等高異質(zhì)性坡地土壤水文監(jiān)測(cè)的微型系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的水文識(shí)別分辨率，制作和安裝過程簡(jiǎn)單，不破壞原有土體巖石構(gòu)造，能夠在監(jiān)測(cè)水文過程的同時(shí)兼顧水化學(xué)指標(biāo)，解決了在喀斯特等高異質(zhì)性坡地上監(jiān)測(cè)土壤水文過程的難點(diǎn)，能夠?yàn)樵擃惖貐^(qū)水文過程、土壤及養(yǎng)分漏失機(jī)理、巖溶作用與碳循環(huán)、植被水分適應(yīng)機(jī)制等方面的研究提供基礎(chǔ)平臺(tái)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:
[0008]一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微型坡地小區(qū)、微型壤中流集流系統(tǒng)和微型地表徑流集流槽構(gòu)成。左邊界隔水墻、右邊界隔水墻、上邊界隔水墻、左邊界隔水墻固定孔、右邊界隔水墻固定孔、土體、基巖、下坡位土壌剖面構(gòu)成微型坡地小區(qū)；第一角鋼、第一不銹鋼導(dǎo)流管、打孔PVC管、第一矩形擋板、第二矩形擋板、第一卡槽、第二卡槽、第三卡槽、第四卡槽、鋁塑板、薄鋁板構(gòu)成微型壤中流集流系統(tǒng)；第二角鋼、第二不銹鋼導(dǎo)流管、第三矩形擋板、第四矩形擋板、直角梯形擋板、第三矩形擋板固定孔、第四矩形擋板固定孔構(gòu)成微型地表徑流集流槽。其連接關(guān)系是:在微型坡地小區(qū)下坡位土壌剖面的巖-土界面以下15cm處插入微型壤中流集流系統(tǒng)，收集微型坡地小區(qū)巖土界面以上土體中的壤中流，在下坡位土壌剖面上地表的位置插入微型地表徑流集流槽，微型地表徑流集流槽中的第二角鋼底面與微型壤中流集流系統(tǒng)中鋁塑板和薄鋁板頂面保持緊密接觸，第三矩形擋板固定孔與左邊界隔水墻固定孔對(duì)齊并用螺絲固定，第四矩形擋板固定孔與右邊界隔水墻固定孔對(duì)齊并用螺絲固定。這樣保證微型地表徑流集流槽和微型壤中流集流系統(tǒng)各自單獨(dú)測(cè)定，互不干擾。
[0009]如圖1所示為適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微型坡地小區(qū)、微型壤中流集流系統(tǒng)和微型地表徑流集流槽構(gòu)成。根據(jù)坡地異質(zhì)性小生境的實(shí)際尺度，在原位圈定長(zhǎng)2m、寬1.2m的微型坡地小區(qū)，小區(qū)邊界使用厚1.5cm鋼板作為隔水墻阻隔內(nèi)外水流交換；制作與微型坡地小區(qū)尺寸對(duì)應(yīng)的微型壤中流集流系統(tǒng)和微型地表徑流集流槽，在微型坡地小區(qū)下坡位土壌剖面土巖界面以下15cm處插入微型壤中流集流系統(tǒng)，收集微型坡地小區(qū)巖土界面以上土體中的壤中流，在下坡位土壌剖面上靠近地表的位置插入微型地表徑流集流槽收集測(cè)定地表徑流，微型地表徑流集流槽中角鋼底面與微型壤中流集流系統(tǒng)中鋁塑板和薄鋁板頂面保持緊密接觸，同時(shí)微型地表徑流集流槽與微型坡地小區(qū)通過兩側(cè)螺絲固定在一起。通過以上技術(shù)措施，使得該系統(tǒng)在提供高分辨率的近地表水文過程的同時(shí)，能夠保持原有土體巖石構(gòu)造，提高水文監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。
[0010]如圖2所示，所述微型坡地小區(qū)由左邊界隔水墻、右邊界隔水墻、上邊界隔水墻、左邊界隔水墻固定孔、右邊界隔水墻固定孔、土體、基巖、下坡位土壌剖面構(gòu)成。其特征在于:在微型坡地小區(qū)坡腳沿垂直坡向的斷面開挖溝渠至巖-土界面以下15cm，在微型坡地小區(qū)的左、右邊界均使用厚1.5cm高40cm鋼板垂直打入土體作為左邊界隔水墻、右邊界隔水墻，上邊界隔水墻鋼板則深入到基巖中，消除坡上壤中流的影響；下坡位土壌剖面作為微型壤中流集流系統(tǒng)和微型地表徑流集流槽的安裝斷面；在左邊界隔水墻和右邊界隔水墻下坡位一端分別鉆取左邊界隔水墻固定孔和右邊界隔水墻固定孔用于連接和固定微型地表徑流集流槽。
[0011]如圖3所示，所述的微型壤中流集流系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:第一角鋼、第一不銹鋼導(dǎo)流管、打孔PVC管、第一矩形擋板、第二矩形擋板、第一卡槽、第二卡槽、第三卡槽、第四卡槽、鋁塑板、薄鋁板。其連接關(guān)系是:第一角鋼一端開孔焊接第一不銹鋼導(dǎo)流管，并在第一角鋼兩側(cè)焊接垂直于第一角鋼邊面的第一矩形擋板和第二矩形擋板；矩形擋板和第一角鋼內(nèi)側(cè)焊接四個(gè)卡槽，四個(gè)卡槽與第一角鋼底面保持2.5cm高度的空間，橫向放置打孔PVC管(內(nèi)填充紗網(wǎng))，以防堵塞第一不銹鋼導(dǎo)流管；切割高度與微型坡地小區(qū)土巖界面深度相當(dāng)?shù)匿X塑板和薄鋁板，將鋁塑板和薄鋁板插入微型壤中流集流系統(tǒng)中的第一卡槽、第二卡槽、第三卡槽、第四卡槽內(nèi)，靠下坡位土壤剖面一側(cè)放置鋁塑板，遠(yuǎn)離下坡位土壤剖面另一側(cè)放置薄鋁板，三面圍繞的鋁塑板和薄鋁板構(gòu)成水流分隔裝置，保證研究區(qū)域內(nèi)的壤中流全部收集，同時(shí)避免外圍水流的影響。
[0012]如圖4所示，所述微型地表徑流集流槽由以下部分構(gòu)成:第二角鋼、第二不銹鋼導(dǎo)流管、第三矩形擋板、第四矩形擋板、直角梯形擋板、第三矩形擋板固定孔、第四矩形擋板固定孔。其連接關(guān)系是:所述微型地表徑流集流槽采用與微型壤中流集流系統(tǒng)一樣規(guī)格的角鋼(IOcmX IOcm)作為微型地表徑流集流槽骨架，在第二角鋼一端開孔焊接第二不銹鋼導(dǎo)流管，然后在其兩側(cè)焊接與第二角鋼邊面成80°的第三矩形擋板、第四矩形擋板，擋板上沿打孔作為微型地表徑流集流槽固定用螺絲孔眼；所述兩塊矩形擋板之間通過焊接一塊直角梯形擋板進(jìn)行連接，梯形直角長(zhǎng)邊朝上，斜邊與第二角鋼下邊面緊密接觸且焊接嚴(yán)實(shí)，這樣三塊擋板和第二角鋼圍成一個(gè)封閉匯流槽。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0014](I)本發(fā)明具有更高的水文識(shí)別分辨率。采用微型徑流收集裝置，能夠識(shí)別細(xì)微結(jié)構(gòu)變化對(duì)水文過程的影響，避免了大尺度坡面水文收集裝置對(duì)異質(zhì)性水文過程的均一化。尤其適合在類似喀斯特這種地表地下異質(zhì)性明顯的地區(qū)開展微小生境下的水土過程研究和觀測(cè)。
[0015](2)本發(fā)明具有較好的真實(shí)性和代表性。避免對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行開挖和回填，在原位非擾動(dòng)土壤坡面上埋設(shè)徑流收集裝置，保留了土壤和巖土界面原有孔隙結(jié)構(gòu)，最大程度地保證地表徑流和壤中流過程監(jiān)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性。
[0016](3)本發(fā)明能夠同時(shí)進(jìn)行水文過程和水化學(xué)研究。微型坡地小區(qū)修建以及徑流收集系統(tǒng)安裝過程中完全使用金屬材料，不使用水泥砂漿等影響出流水水化學(xué)性質(zhì)的材料，能夠在監(jiān)測(cè)產(chǎn)流過程的同時(shí)進(jìn)行水化學(xué)指標(biāo)的收集。
[0017](4)本發(fā)明能保證修建前后坡面土壤水勢(shì)變化趨勢(shì)的一致性。微型徑流收集系統(tǒng)安裝完畢后，對(duì)開挖溝渠土壤進(jìn)行回填，恢復(fù)實(shí)驗(yàn)區(qū)域和下坡位及周邊土壤水力梯度變化的連續(xù)性，從而避免了斷面直接與空氣接觸影響坡面土壤水勢(shì)等值線變化趨勢(shì)。
[0018](5)本發(fā)明微型坡地小區(qū)修建簡(jiǎn)單，徑流收集系統(tǒng)簡(jiǎn)單易攜帶。本套系統(tǒng)施工簡(jiǎn)單，適宜野外多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離操作，能夠滿足類似喀斯特等小生境種類豐富地區(qū)的水土過程監(jiān)測(cè)工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壤水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為一種微型坡地小區(qū)示意圖；
[0021]圖3為一種微型壤中流集流系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖4為一種微型地表徑流集流槽示意圖。
[0023]其中:微型坡地小區(qū)1、微型坡地小區(qū)左邊界隔水墻1-1、右邊界隔水墻1-2、上邊界隔水墻1-3、土體1-4、基巖1-5、下坡位土壌剖面1-6、左邊界隔水墻固定孔1-7、右邊界隔水墻固定孔1-8、微型壤中流集流系統(tǒng)2、第一角鋼2-1、第一不銹鋼導(dǎo)流管2-2、打孔PVC管2-3、第一矩形擋板2-4、第二矩形擋板2-5、第一卡槽2-6、第二卡槽2_7、第三卡槽2_8、第四卡槽2-9、鋁塑板2-10、薄鋁板2-11、微型地表徑流集流槽3、第二角鋼3-1、第二不銹鋼導(dǎo)流管3-2、第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4、直角梯形擋板3-5、第三矩形擋板固定孔3-6、第四矩形擋板固定孔3-7。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述:
[0026]一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微型坡地小區(qū)1、微型壤中流集流系統(tǒng)2和微型地表徑流集流槽3構(gòu)成。左邊界隔水墻1-1、右邊界隔水墻1-2、上邊界隔水墻1-3、土體1-4、基巖1-5、下坡位土壌剖面1-6、左邊界隔水墻固定孔1-7、右邊界隔水墻固定孔1-8構(gòu)成微型坡地小區(qū)I ;第一角鋼2-1、第一不銹鋼導(dǎo)流管2-2、打孔PVC管2-3、第一矩形擋板2-4、第二矩形擋板2-5、第一卡槽2-6、第二卡槽2_7、第三卡槽2_8、第四卡槽2-9、鋁塑板2-10、薄鋁板2-11構(gòu)成微型壤中流集流系統(tǒng)2;第二角鋼3-1、第二不銹鋼導(dǎo)流管3-2、第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4、直角梯形擋板3-5、第三矩形擋板固定孔3-6、第四矩形擋板固定孔3-7構(gòu)成微型地表徑流集流槽3。其連接關(guān)系是:在微型坡地小區(qū)I下坡位土壌剖面1-6巖-土界面以下15cm處插入微型壤中流集流系統(tǒng)2，收集微型坡地小區(qū)I巖土界面以上土體中的壤中流，在下坡位土壌剖面1-6上靠近地表的位置插入微型地表徑流集流槽3收集地表徑流，在微型地表徑流集流槽3中的第二角鋼3-1底面與微型壤中流集流系統(tǒng)2中鋁塑板2-10和薄鋁板2-11頂面保持緊密接觸，第三矩形擋板固定孔3-6與左邊界隔水墻固定孔1-7對(duì)齊并用螺絲固定，第四矩形擋板固定孔3-7與右邊界隔水墻固定孔1-8對(duì)齊并用螺絲固定。
[0027]如圖1所示，一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成:微型坡地小區(qū)1、微型壤中流集流系統(tǒng)2、微型地表徑流集流槽3。根據(jù)薄層坡地異質(zhì)性小生境的實(shí)際尺度，在原位圈定長(zhǎng)2m、寬1.2m的微型坡地小區(qū)1，小區(qū)邊界使用厚1.5cm鋼板作為隔水墻阻隔內(nèi)外水流交換；制作與微型坡地小區(qū)I尺寸對(duì)應(yīng)的微型壤中流集流系統(tǒng)2和微型地表徑流集流槽3，在微型坡地小區(qū)I下坡位土壌剖面1-6 土巖界面以下15cm處插入微型壤中流集流系統(tǒng)2，收集微型坡地小區(qū)I巖土界面以上土體中的壤中流，在下坡位土壌剖面1-6上靠近地表的位置插入微型地表徑流集流槽3收集測(cè)定地表徑流，微型地表徑流集流槽3中第二角鋼3-1底面與微型壤中流集流系統(tǒng)2中鋁塑板2-10和薄鋁板2-11頂面保持緊密接觸，微型地表徑流集流槽3與微型坡地小區(qū)I通過兩側(cè)螺絲固定在一起。因此，該發(fā)明在明確區(qū)分地表徑流和壤中流的基礎(chǔ)上，能夠?qū)烧哌M(jìn)行定量測(cè)定。
[0028]如圖2所示，所述微型坡地小區(qū)I由左邊界隔水墻1-1、右邊界隔水墻1-2、上邊界隔水墻1-3、左邊界隔水墻固定孔1-7、右邊界隔水墻固定孔1-8、土體1-4、基巖1-5、下坡位土壌剖面1-6構(gòu)成。其連接關(guān)系是:在微型坡地小區(qū)I坡腳沿垂直坡向的斷面開挖溝渠至巖-土界面以下15cm，在微型坡地小區(qū)I的左、右邊界均使用厚1.5cm高40cm鋼板垂直打入土體(1-4) 15cm作為左邊界隔水墻1-1、右邊界隔水墻1-2，上邊界隔水墻1-3鋼板則深入到基巖1-5中，消除坡上壤中流的影響；下坡位土壤剖面1-6作為微型壤中流集流系統(tǒng)2和微型地表徑流集流槽3的安裝斷面；在左邊界隔水墻1-1和右邊界隔水墻1-2下坡位一端分別鉆取左邊界隔水墻固定孔1-7和右邊界隔水墻固定孔1-8用于連接和固定微型地表徑流集流槽3。
[0029]如圖3所示，一種微型壤中流集流系統(tǒng)2由以下部分構(gòu)成:第一角鋼2-1、第一不銹鋼導(dǎo)流管2-2、打孔PVC管2-3、第一矩形擋板2-4、第二矩形擋板2_5、第一卡槽2_6、第二卡槽2-7、第三卡槽2-8、第四卡槽2-9、鋁塑板2-10、薄鋁板2_11。其連接關(guān)系是:在第一角鋼2-1 —端開孔焊接第一不銹鋼導(dǎo)流管2-2，并在其兩側(cè)焊接垂直于第一角鋼2-1邊面的第一矩形擋板2-4、第二矩形擋板2-5 ;在第一矩形擋板2-4、第一角鋼2-1和第二矩形擋板2-5內(nèi)側(cè)分別焊接第一卡槽2-6、第二卡槽2-7、第三卡槽2-8、第四卡槽2_9，第一卡槽2_6、第二卡槽2-7、第三卡槽2-8、第四卡槽2-9與第一角鋼2-1底面保持2.5cm高度的空間，用于橫向放置打孔PVC管2-3 (內(nèi)填充紗網(wǎng))，以避免土壤細(xì)顆粒淤積第一角鋼2-1內(nèi)側(cè)，堵塞第一不銹鋼導(dǎo)流管2-2 ;根據(jù)微型坡地小區(qū)土巖界面深度切割相應(yīng)高度的鋁塑板2-10和薄鋁板2-11，將鋁塑板2-10和薄鋁板2-11插入微型壤中流集流系統(tǒng)2中的第一卡槽2_6、第二卡槽2-7、第三卡槽2-8、第四卡槽2-9內(nèi)，靠近下坡位土壤剖面1-6 —側(cè)插入鋁塑板2-10，遠(yuǎn)離下坡位土壤剖面1-6另一側(cè)插入薄鋁板2-11，三面圍繞的鋁塑板2-10和薄鋁板
2-11便構(gòu)成了水流分隔裝置，這樣既能保證研究區(qū)域內(nèi)的壤中流全部收集，又能避免外圍水流的影響。
[0030]如圖4所示，一種微型地表徑流集流槽3由以下部分構(gòu)成:第二角鋼3-1、第二不銹鋼導(dǎo)流管3-2、第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4、直角梯形擋板3-5、第三矩形擋板固定孔3-6、第四矩形擋板固定孔3-7。其連接關(guān)系是:所述微型地表徑流集流槽3采用與微型壤中流集流系統(tǒng)2 —樣規(guī)格的角鋼(IOcmX IOcm)作為集流槽骨架，在第二角鋼3_1 —端開孔焊接第二不銹鋼導(dǎo)流管3-2，然后在第二角鋼3-1兩側(cè)焊接與第二角鋼3-1邊面成80°的第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4，分別在第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)上沿打孔作為第三矩形擋板固定孔(3-6)、第四矩形擋板固定孔(3-7);第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4之間通過焊接一塊直角梯形擋板3-5進(jìn)行連接，梯形直角長(zhǎng)邊朝上，斜邊與第二角鋼3-1下邊面緊密接觸且焊接嚴(yán)實(shí)，這樣第三矩形擋板3-3、第四矩形擋板3-4、直角梯形擋板3-5和第二角鋼3-1圍成一個(gè)封閉匯流槽。
[0031]本發(fā)明工作過程如下:
[0032]第一步先建造微型坡地小區(qū)I。選定具有代表性的坡面，在其上修建微型坡地小區(qū)
1:沿與等高線垂直的方向，在微型坡地小區(qū)I左邊界隔水墻1-1、右邊界隔水墻1-2使用厚
1.5cm高40cm鋼板垂直打入15cm作為隔水墻；沿與左、右邊界隔水墻垂直的方向，打入上邊界隔水墻1-3，使鋼板插入基巖1-5且與左、右邊界隔水墻保持緊密結(jié)合，消除坡上壤中流的影響，最終形成長(zhǎng)2m，寬1.2m,高25cm的鋼板隔墻。隔水墻向外側(cè)延伸0.5m的范圍作為緩沖區(qū)以減少邊界效應(yīng)的影響，其內(nèi)防止踐踏和擾動(dòng)。
[0033]第二步開挖溝渠。在微型坡地小區(qū)I坡腳處沿垂直坡向的斷面垂直開挖溝渠，溝渠底部挖至土壤-巖石界面以下15cm，然后對(duì)微型坡地小區(qū)I下坡位土壤剖面1-6進(jìn)行修
難
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[0034]第三步安裝微型壤中流集流系統(tǒng)2。在下坡位土壤剖面1-6 土巖界面以下15cm處，沿與坡面平行的方向開鑿一條深度約6cm的水平石縫，將第一角鋼2-1 —邊插入石縫內(nèi)并用潤(rùn)濕的粘土補(bǔ)縫，同時(shí)將第一角鋼2-1底面與地面之間的空隙用濕粘土塞滿壓實(shí)，防止其發(fā)生移動(dòng)產(chǎn)生縫隙。然后，于第一角鋼2-1內(nèi)側(cè)放置打孔PVC管2-3(內(nèi)填充紗網(wǎng))，第一角鋼2-1與下坡位土壌剖面1-6之間填充2-4mm粒徑砂石以保證觀測(cè)土體水力性質(zhì)的連續(xù)性，填充砂石依靠插入卡槽(2-6、2-7、2-8、2-9)中的鋁塑板2_10和薄鋁板2_11進(jìn)行圍擋，圍擋高度根據(jù)微型坡地小區(qū)I 土巖界面深度確定。填充砂石的同時(shí)，在鋁塑板2-10的另ー側(cè)逐層回填開挖溝渠移出的土壌，回填深度以鋁塑板2-10上沿高度為準(zhǔn)，回填時(shí)盡量保證土壤層次結(jié)構(gòu)和容重與開挖前狀態(tài)一致。通過以上步驟，微型壤中流集流系統(tǒng)2便形成了一個(gè)密閉水箱系統(tǒng)，在保證土壌-巖石界面以上的壤中流全部匯入集水槽的同時(shí)，還能防止外圍土壤水的進(jìn)入。
[0035]第四步安裝微型地表徑流集流槽3。安裝微型地表徑流集流槽3時(shí)，先對(duì)回填土溝中的表土進(jìn)行平整壓實(shí)，在下坡位土壌剖面1-6上靠近地表的位置插入微型地表徑流集流槽3，保證直角梯形擋板3-5的直角長(zhǎng)邊緊貼下坡位土壌剖面1-6且與土面相平，同時(shí)微型地表徑流集流槽3中第二角鋼3-1底面與微型壤中流集流系統(tǒng)2中鋁塑板2-10和薄鋁板2-11頂面保持緊密接觸；第三矩形擋板固定孔3-6與左邊界隔水墻固定孔1-7對(duì)齊并用螺絲固定，第四矩形擋板固定孔3-7與右邊界隔水墻固定孔1-8對(duì)齊并用螺絲固定，這樣使得微型坡地小區(qū)I和微型地表徑流集流系統(tǒng)3緊密結(jié)合在一起；最后將地表剰余擾動(dòng)土壤進(jìn)行回填和平整。通過以上步驟，使得微型地表徑流集流槽3與土面自然形成10°傾角，因而，坡面泥沙在徑流沖刷下能順利流出微型地表徑流集流槽3，不至于堵塞第二不銹鋼導(dǎo)流管 3-2。
【權(quán)利要求】
1.一種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微型坡地小區(qū)(I)、微型壤中流集流系統(tǒng)(2)和微型地表徑流集流槽(3)構(gòu)成，其特征在干:在微型坡地小區(qū)(I)下坡位土壌剖面(1-6)的巖-土界面以下插入微型壤中流集流系統(tǒng)(2)，收集微型坡地小區(qū)(I)巖土界面以上土體(1-4)中的壤中流，在下坡位土壤剖面(1-6)上地表的位置插入微型地表徑流集流槽(3)，微型地表徑流集流槽(3)中的第二角鋼(3-1)底面與微型壤中流集流系統(tǒng)(2)中的鋁塑板(2-10)和薄鋁板(2-11)頂面接觸，第三矩形擋板固定孔(3-6)與左邊界隔水墻固定孔(1-7)對(duì)齊并用螺絲固定，第四矩形擋板固定孔(3-7)與右邊界隔水墻固定孔(1-8)對(duì)齊并用螺絲固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的微型坡地小區(qū)(I)由左邊界隔水墻(1-1)、右邊界隔水墻(1-2)、上邊界隔水墻(1-3)、左邊界隔水墻固定孔(1-7)、右邊界隔水墻固定孔(1-8)、土體(1-4)、基巖(1-5)、下坡位土壌剖面(1-6)構(gòu)成，在微型坡地小區(qū)(I)坡腳沿垂直坡向的斷面開挖溝渠至巖-土界面，在微型坡地小區(qū)(I)的左、右邊界分別使用鋼板垂直打入土體(1-4)作為左邊界隔水墻(1-1)、右邊界隔水墻(1-2)，上邊界隔水墻(1-3)鋼板深入到基巖(1-5)中，下坡位土壌剖面(1-6)作為微型壤中流集流系統(tǒng)(2)和微型地表徑流集流槽(3)的安裝斷面，在左邊界隔水墻(1-1)和右邊界隔水墻(1-2)下坡位一端分別鉆取左邊界隔水墻固定孔(1-7)和右邊界隔水墻固定孔(1-8)用于連接和固定微型地表徑流集流槽(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的微型壤中流集流系統(tǒng)(2)由第一角鋼(2-1)、第一不銹鋼導(dǎo)流管(2-2)、打孔PVC管(2-3)、第一矩形擋板(2-4)、第二矩形擋板(2-5)、第一卡槽(2-6)、第二卡槽(2-7)、第三卡槽(2-8)、第四卡槽(2-9)、鋁塑板(2-10)、薄鋁板(2-11)組成，在第一角鋼(2-1)的一端開孔焊接第一不銹鋼導(dǎo)流管(2-2)，在第一角鋼(2-1)兩側(cè)焊接垂直于第一角鋼(2-1)邊面的第一矩形擋板(2-4)、第二矩形擋板(2-5)，在第一矩形擋板(2-4)、第一角鋼(2-1)和第二矩形擋板(2-5)內(nèi)側(cè)分別焊接第一卡槽(2-6)、第二卡槽(2-7)、第三卡槽(2-8)、第四卡槽(2-9)，第一卡槽(2-6)、第二卡槽(2-7)、第三卡槽(2-8)、第四卡槽(2-9)與第一角鋼(2-1)底面的空間，用于橫向放置打孔PVC管(2-3)，將鋁塑板(2-10)和薄鋁板(2-11)插入微型壤中流集流系統(tǒng)(2)中的第一卡槽(2-6)、第二卡槽(2-7)、第三卡槽(2-8)、第四卡槽(2-9)內(nèi)，下坡位土壌剖面(1-6) —側(cè)插入鋁塑板(2-10)，下坡位土壌剖面(1-6)另ー側(cè)插入薄鋁板(2-11)，三面圍繞的鋁塑板(2-10)和薄鋁板(2-11)構(gòu)成了水流分隔裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種適宜高異質(zhì)性喀斯特坡地的微型土壌水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的微型地表徑流集流槽(3)由第二角鋼(3-1)、第二不銹鋼導(dǎo)流管(3-2)、第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)、直角梯形擋板(3-5)、第三矩形擋板固定孔(3-6)、第四矩形擋板固定孔(3-7)構(gòu)成，所述微型地表徑流集流槽(3)采用與微型壤中流集流系統(tǒng)(2) —樣規(guī)格的角鋼為集流槽骨架，在第二角鋼(3-1)—端開孔焊接第二不銹鋼導(dǎo)流管(3-2)，在第二角鋼(3-1)兩側(cè)焊接與第二角鋼(3-1)邊面成80°的第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)，分別在第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)上沿打孔作為第三矩形擋板固定孔(3-6)、第四矩形擋板固定孔(3-7)，第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)之間通過焊接ー塊直角梯形擋板(3-5)連接，梯形直角長(zhǎng)邊朝上，斜邊與第二角鋼(3-1)下邊接觸焊接，第三矩形擋板(3-3)、第四矩形擋板(3-4)、直角梯形擋板(3-5)和第二角鋼(3-1)圍 成一個(gè)封閉匯流槽。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK103454404SQ201310424726
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】付智勇, 陳洪松, 王克林, 張偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所