专利名称：测量地表薄层径流流速的方法
技术领域：
本发明属于水土保持、水文研究技术领域，涉及一种能够快速准确测量地表薄层径流流速的方法。
随着水土保持事业和水文学研究的不断深入，技术人员常常需要测量地表径流的流速，由降雨而产生的地表径流在没有汇入沟道之前，往往水层厚度很小，只有几厘米甚至几毫米。这样一般测量流速的仪器就不能使用，常规的方法就显得无能为力，而必须改为现在普遍采用的“染色剂法”，即将一定数量的某种染料或墨水从坡面上相对较高的某一点投入待测径流中，同时记录投放时间，然后用肉眼观察染料在水中的移动情况，当染色剂的前沿到达低于投放点的某一设定断面时，再一次记录到达时间，量测该断面到投放点的长度，然后用该长度除以两次记录的时间之差，即得径流在该段的平均流速。这种方法的缺点有两个，其一是由于染色剂在水中扩散后颜色变淡，特别是雨滴的击打使得水流紊动性增大，因此要准确判断染色剂到达设定断面的时间是较困难的，随意性较大，使得测量到的流速值准确性较差；其二是染色剂的运动情况要用肉眼观查，因此测量距离短，地形限制较大。
本发明的目的在于提供一种测量地表薄层径流流速的方法，该方法具有测量准确，快速，操作简便，费用低廉的特点，同时不受地形限制，克服了现有测量技术所存在的上述缺陷。
本发明的目的是以下述方式实现的一种测量地表薄层径流流速的方法，其特征是包括以下步骤A.电解质溶液的配制，该溶液由化学盐类与普通水配制而成；B.在待测径流的上游投入该电解质溶液，并记录投入该电解质溶液的时间；C.在待测径流的下游设置测量仪表，测定出该电解质溶液流经测量仪表设置点的时间；D.地表薄层径流流速的计算，将该电解质溶液投放点到测量仪表设置点的长度除以记录的上述两个时间之差，即得该段地表薄层径流的流速。
本发明所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是上述测量仪表可以选用普通万用表。
本发明所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是上述普通万用表的表笔上最好增设有导电性良好的金属片。
本发明所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是上述电解质溶液可以使用碳酸氢氨，硝酸氨，碳酸氨，尿素或氯化钠等溶于水后电离程度高，并且廉价的化学盐类与普通水配制而成。
由此可见，本发明提供的测量地表薄层径流流速的方法，首先是将现有方法中使用的染色剂改为电解质溶液，该溶液可以使用任意一种溶于水后电离程度高，并且廉价的化学盐类与水配制而成。例如碳酸氢氨，硝酸氨，碳酸氨，尿素，氯化钠等。
然后将一个普通无线电用万用表的两个表笔相距3～10mm平行插入下游选定断面土壤中或固定在岩石上，注意表笔的金属部分不能全部插入地下，应至少保留20mm，将测试档调为电阻，这时万用表指针指向无穷大一侧。
上述工作完成后，就可以在坡面上端投放电解质溶液，并记录投放时间，然后观察下游设定断面万用表指针的变动情况，当指针突然从无穷大一侧摆向零一侧时，记录此刻时间，余下的工作同现有的方法相同，用电解质溶液投放点到测量断面的长度除以记录的两个时间之差，即得该段径流的流速。
电解质溶液的投放量以万用表能明显测量到为宜，如果测量长度较大，除了加大电解质的投放量外，还可以在万用表的两个表笔上分别连接导电性能良好的金属片，用它来替代金属表笔插入地表，以增大导电面积，保证观测效果。
下面结合实施例所示附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明在直线坡的测量示意图；图2是本发明在凸形坡的测量示意图；图3是本发明在凹形坡的测量示意图；图4是本发明在复式坡的测量示意图；图5是本发明多点测量及万用表安放位置示意图。
参照图1～5，本发明适合使用于各种自然、人为的缓坡与陡坡，也适合使用于各种坡形，并且各种地表植被覆盖及覆盖度对测量也不会产生影响。电解质溶液在待测径流上游的投放点a处投入，并记录投入该电解质溶液的时间Ta；在待测径流下游的测量点b处设置测量仪表，测定出含有该电解质的地表薄层径流流经测量仪表设置点的时间Tb；投放点a至测量点b之间的距离为L，将该电解质溶液投放点a到设置测量仪表的测量点b的长度L除以记录的上述两个时间之差Tb-Ta，即得该段地表薄层径流的流速v，即v＝L/(Tb-Ta).
从图5中可以看出，根据不同的要求，在待测薄层径流的下游，可以设定若干测量点，在本实施例中设定了2个测量点b1和b2，另外从图5中还可以看出，测量仪表的两金属片之间具有一定的间距S。
电解质溶液的投放量与测量仪表的金属片直接与水流接触的面积成反比，而与测量仪表两金属片之间的设置距离成正比，其相互之间的关系如下式所示W=10SA•BL]]>式中W为电解质溶液的投放量(g)S为测量仪表两金属片之间的距离(cm)
A为测量仪表的金属片直接与水流接触的面积(cm2)B为待测薄层径流的平均宽度(m)L为电解质溶液投放点到测量点之间的长度(m)电解质溶液的投放量也可以利用下式求得W＝10·BL上式仅适用于直接用万用表测针做两个电极、且两测针相距0.3cm的情况。
利用上述公式，可以十分方便求得电解质溶液的投放量，例如1、如果测量仪表两金属片之间相距0.5cm，金属片直接与水流接触的面积为5cm2，待测薄层径流的平均宽度为10m，电解质溶液投放点到测量点之间的斜长为100m，则电解质溶液的投放量为W=10×0.55×10×100=1000(g)]]>2、如果测量仪表两金属片之间相距0.3cm，金属片直接与水流接触的面积为10cm2，待测薄层径流的平均宽度为2m，电解质溶液投放点到测量点之间的斜长为200m，则电解质溶液的投放量为W=10×0.310×2×200=120(g)]]>3、如果直接用万用表测针做两个电极，两测针相距0.3cm，待测薄层径流的平均宽度为10m，电解质溶液投放点到测量点之间的斜长为100m，则电解质溶液的投放量为W＝10×10×100＝10000(g)4、如果直接用万用表测针做两个电极，两测针相距0.3cm，待测薄层径流的平均宽度为2m，电解质溶液投放点到测量点之间的斜长为200m，则电解质溶液的投放量为W＝10×2×200＝4000(g)
本发明的原理是天然径流中电解质的含量较低，因此万用表测得径流的电阻很大，当加入电解质溶液后，含有电解质的那部分水流的导电性大大增强，当其运动到万用表测量断面时，由于电阻较以前大大减小，万用表的指针就会猛的向零方向摆动，电解质移动情况反应了径流的速度。
由此可见，该方法克服了人为判断误差，对于较长坡面和复杂地形也同样适用，特别是对于雨滴扰动较大，用肉眼无法观察到染色剂，用现有方法解决不了的情况，使用该发明可以解决。该发明改进了野外测量薄层径流流速方法，促进了水土保持和水文研究中测量手段的进步。
权利要求
1.一种测量地表薄层径流流速的方法，其特征是包括以下步骤A.电解质溶液的配制，该溶液由化学盐类与普通水配制而成；B.在待测径流的上游投入该电解质溶液，并记录投入该电解质溶液的时间；C.在待测径流的下游设置测量仪表，测定出含有该电解质的径流流经测量仪表设置点的时间；D.地表薄层径流流速的计算，将该电解质溶液投放点到测量仪表设置点的长度除以记录的上述两个时间之差，即得该段地表薄层径流的流速。
2.如权利要求1所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是该测量仪表为普通万用表。
3.如权利要求2所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是该普通万用表的表笔上连接有导电性良好的金属片。
4.如权利要求1、2或3所述的测量地表薄层径流流速方法，其特征是该电解质溶液使用碳酸氢氨，硝酸氨，碳酸氨，尿素或氯化钠配制而成。
全文摘要
一种地表薄层径流流速的测量方法,包括利用化学盐类与水配制成电解质溶液;在待测径流的上游投入该电解质溶液,并记录投入时间;在待测径流的下游设置测量仪表,测定出含有该电解质的水流流经测量仪表设置点的时间;以及将该电解质溶液投放点到测量仪表设置点的长度除以记录的上述两个时间之差求得该段地表薄层径流的流速等步骤。本方法快速准确,且操作简单,费用低廉,可用于水土保持研究生产领域、水文研究领域和其他相关领域。
文档编号G01P5/18GK1356534SQ0013436
公开日2002年7月3日 申请日期2000年12月7日 优先权日2000年12月7日
发明者赵晓光 申请人:中国科学院南京土壤研究所