专利名称：研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法
技术领域：
本发明属于环境科学、土壤学研究领域，涉及一种研究喀斯特地表径流和地下径流的产流产沙规律的新型测量方法。
背景技术：
水和土是极为重要的自然资源，是人类赖以生存发展的基础。西南喀斯特岩溶地区是继北方沙漠化和黄 土高原水土流失比较严重的地区之一，形成的石漠化严重制约了当地的经济发展。由于喀斯特地区土层浅薄且成土速度慢，结合长期强烈的岩溶作用造成地表、地下双层空间构造，降雨径流关系复杂，降雨经岩溶裂隙、漏斗、落水洞等流入地下，使得土壤流失严重，地表基岩裸露，土被不连续，所以研究喀斯特地区的地下孔(裂)隙的水土流失情况具有十分重要的意义。目前，国内外对地表径流对土壤侵蚀影响的研究其方法主要有标准径流小区法和人工模拟降雨法两种。由于采用人工模拟降雨方法可以设定降雨因子，可在短期内得到不同条件下地表径流和土壤侵蚀的相关数据，与采用标准径流小区法具有速度快、易控制、适应性强等优点，所以近年来受到广泛的重视和应用。但是由于喀斯特环境二元结构本身的特殊性和复杂性，以前的成果大多偏向于对其地表土壤侵蚀现状的研究，所以以前的装置大多是用于研究地表径流，如中国专利00128153. 4公开了一种“地表径流测量设施及其测量方法”，而对地下孔(裂)隙流侵蚀缺乏研究，特别是针对地表、地下双层地质构造空间格局所采取的全面研究更是鲜见报道。因此需要结合既可以调节坡度，又可以调节孔(裂)隙度的试验装置，研究一种可以同时测量地表径流和地下径流的产流产沙规律的新型测量方法，对喀斯特地区的水土流失规律进行详尽研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研究坡面径流和地下孔(裂)隙流的产流产沙规律的新型测量方法，针对喀斯特地区地下裂隙广为分布，是喀斯特地区水土流失的主要途径，本方法结合既可以调节坡度，又可以调节孔(裂)隙度的人工模拟降雨自制实验装置，研究喀斯特地区地表径流和地下径流的产流产沙规律，为加快研究喀斯特地区的土壤侵蚀机理提供了有效的方法。本发明的构成一种研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法，测量设施包括人工降雨设备，自制实验装置，塑料小桶，标有刻度的塑料大桶，采样瓶，量筒，烧杯。所述的人工降雨设备由雨量计、降雨器、水泵及控制器四部分组成。要求雨滴终点速度与天然降雨相近，降雨历时任意可调，雨强可通过控制器自控或手动调节，调节变化时间<30s，调节精度7mm/h，连续变化范围10_200mm/h，降雨有效范围6. 5mX 6. 5m，均匀度>85。所述的自制实验装置为专利号为2010105456027的《一种用于研究坡面径流和地下孔裂隙流的模拟实验装置》，长4m，宽I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可调，底板均匀打有297个直径5cm的孔，孔隙度0_8%任意可调，钢槽下端分别设有地表，地下孔裂隙流集流槽。利用本测量设施，其测量方法为
A、基岩裸露率设置及测定
试验前先选定合格的岩石块(>30cm)，然后根据试验设计模拟的基岩裸露率水平将测量标记出30cm以上部分露头面积的碳酸盐岩石随机排列在试验钢槽中，然后按野外自下而上实测的土壤紧实度平均值分层回填土，回填土上表面与碳酸盐岩石上标记的露头线水平，填土表面用特制木板拨平，填土边界用手压实减小边缘效应影响。最后对坡面垂直摄像并对照片进行矢量化测算校核基岩裸露率。借此研究不同基岩裸露率下的径流及土壤流失规律。B、地下孔(裂)隙度测定
采用游标卡尺多次重复测量自制实验装置底板单个孔隙半径和直径，后根据圆弧的面积公式计算单个孔隙面积，最后计算总水平投影面积与自制实验装置地板水平投影面积的百分率。
权利要求
1.一种研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法，测量设施包括人工降雨设备，自制实验装置，塑料小桶，标有刻度的塑料大桶，采样瓶，量筒，烧杯，所述自制实验装置为专利号为2010105456027的《一种用于研究坡面径流和地下孔裂隙流的模拟实验装置》，长4m，宽I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可调，底板均匀打有297个直径5cm的孔，孔隙度0-8%任意可调，钢槽下端分别设有地表，地下孔裂隙流集流槽； 其特征是其测量方法为以下各项 A、基岩裸露率设置及测定 试验前先选定合格的30cm以上的岩石块，然后根据试验设计模拟的基岩裸露率水平将测量标记出30cm以上部分露头面积的碳酸盐岩石随机排列在自制实验装置中，然后按野外自下而上实测的土壤紧实度平均值分层回填土，回填土上表面与碳酸盐岩石上标记的露头线水平，填土表面用特制木板拨平，填土边界用手压实减小边缘效应影响，最后对坡面垂直摄像并对照片进行矢量化测算校核基岩裸露率，借此研究不同基岩裸露率下的径流及土壤流失规律； B、地下孔裂隙度测定 采用游标卡尺多次重复测量自制实验装置底板单个孔隙半径和直径，后根据圆弧的面积公式计算单个孔隙面积，最后计算总水平投影面积与自制实验装置地板水平投影面积的百分率； C、雨强拟定 雨强拟定采用雨量筒，在自制实验装置的钢槽两侧各放置两个雨量筒，求其平均值即为本次试验雨强； D、径流样及产沙样采集 试验设计自地表或地下开始产流便开始计时，后在设定的单位时间内，首先用塑料小桶在集流槽出水口下方收集径流泥沙样，后转移至测定并标记有刻度的塑料大桶内，用于计算累积径流量、径流率、径流系数与累积产沙量、输沙率、土壤侵蚀模数； E、径流量测定 以地表为界面，将坡面径流划分为在地表流动的地表径流和由地下孔裂隙流出的地下孔裂隙流两部分，地表径流、地下孔裂隙流先用塑料小桶收集，后转入标有刻度的塑料大桶内并记录各场降雨不同时段的径流量； F、产沙量测定，包括 a、悬移质测定 地表、地下孔裂隙流侵蚀产生的悬移质，首先把大桶内水样搅匀，然后用用水样瓶在大桶内取搅匀的水样500ml，到实验室后用量筒量取水样瓶中摇匀的水样50ml及时转移至已知重量的IOOml干净烧杯中，并放入105°C烘箱烘干，每个样3个重复，最后用精度为O.0001的电子天平称重； b、推移质测定 地表径流冲刷搬运的推移质，在取完悬移质水样后倒出浑水，将沉积在桶底的推移质转入塑料袋沉淀风干，最后将风干的推移质收集于IOOml烧杯中，放入105°C烘箱烘干称重，地下孔裂隙流侵蚀产生的较少的推移质，在取完悬移质水样后，倒出上清液，将桶底的泥沙转入烧杯中于105°C烘箱中烘至恒重，称量。
2.如权利要求I所述的研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法，其特征是人工降雨设备由雨量计、降雨器、水泵及控制器四部分组成，要求雨滴终点速度与天然降雨相近，降雨历时任意可调，雨强可通过控制器自控或手动调节，调节变化时间<30s，调节精度7mm/h，连续变化范围10-200mm/h，降雨有效范围6. 5mX6. 5m，均匀度>85。
全文摘要
一种研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法，设施包括人工降雨设备，自制实验装置，塑料小桶，标有刻度的塑料大桶，采样瓶，量筒，烧杯；测量方法为以下各项A、基岩裸露率设置及测定；B、地下孔裂隙度测定；C、雨强拟定；D、径流样及产沙样采集；E、径流量测定；F、产沙量测定，包括悬移质测定和推移质测定；G、土壤养分流失测定；H、泥沙养分含量测定；I、径流养分含量测定。本发明结合既可以调节坡度，又可以调节孔裂隙度的人工模拟降雨自制实验装置，研究喀斯特地区地表径流和地下径流的产流产沙规律，为加快研究喀斯特地区的土壤侵蚀机理提供了有效的方法。
文档编号G01N33/24GK102854300SQ20121039185
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者戴全厚, 王佩将, 胡奕 申请人:贵州大学