一种土壤溅蚀动力定量监测系统和方法
【专利摘要】本发明的一种土壤溅蚀动力定量监测系统和方法，土壤溅蚀监测系统的溅蚀盘和降雨监测系统的视频雨滴谱仪之间的距离保持在3至5米之内，保证所在降雨区域的一致性，所受降雨的各项参数保持一致，能够更精确的进行雨滴动能的测算、溅蚀量的采样，以及雨滴动能和溅蚀量之间关系表达式的建立，从而能够更精确地预测在选定降雨区域的土壤溅蚀量。操作方便，测控精度高，利用雨滴谱生成雨滴质量和速度数据，具有精度高、速度快、效率高、能清晰再现次降雨过程的雨滴质量、速度等优点，应用范围广。
【专利说明】一种土壤溅蚀动力定量监测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于土壤侵蚀基础【技术领域】，特别涉及一种土壤溅蚀动力定量监测系 统和方法。
【背景技术】
[0002] 水土流失造成生态环境恶化，会制约经济社会发展。水力侵蚀是世界范围内分布 最广泛的一种土壤侵蚀形式，其中溅蚀是水力侵蚀的重要类型之一。
[0003] 土壤溅蚀定量是水土保持的基础而又极为重要的内容，传统的土壤溅蚀动力监测 方法包括雨量筒、自动雨量计，监测的降雨指标包括降雨量、降雨历时，可获取降雨强度。传 统的土壤溅蚀动力监测方法只能估算土壤侵蚀动力，容易产生较大的误差，影响土壤溅蚀 预报模型的精度。土壤溅蚀的理论研究及计算相对滞后，以至于不能准确进行水土流失量 计算，无法为水土流失的综合防治提供技术支撑。
[0004] 视频雨滴谱仪是一种降雨监测装置，可以测得降雨的多项参数，因此需要一种将 其应用在土壤溅蚀动力定量监测中的系统，提高特定降雨量下土壤溅蚀量的预测效率，并 通过方法提高相应的预测精度。
【发明内容】
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[0005] 本发明要针对上述【背景技术】存在的问题，提供一种土壤溅蚀动力定量监测系统 和方法，结合了土壤溅蚀监测系统和降雨监测系统，用降雨监测系统监测降雨参数并与土 壤溅蚀量结合进行定量分析，为土壤溅蚀研究提供一种快速、准确、可靠的实验技术观测系 统，提高土壤侵蚀手段的科技含量。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] -种土壤溅蚀动力定量监测系统，包括设置于室外的土壤溅蚀监测系统和降雨监 测系统，土壤溅蚀监测系统包括溅蚀盘，溅蚀盘设置在溅蚀盘固定平台上，降雨监测系统包 括视频雨滴谱仪，视频雨滴谱仪设置在雨滴谱仪固定平台上，溅蚀盘和视频雨滴谱仪之间 的直线距离为3米至5米，视频雨滴谱仪的信号输出端用于连接处理器，视频雨滴谱仪和 处理器分别与电源连接；视频雨滴谱仪包括设置在视频雨滴谱仪盒体内的雨滴影像成像系 统，以及垂直贯通视频雨滴谱仪盒体的立方体形监测井；雨滴影像成像系统包括照明装置、 反射镜和摄像装置，照明装置和反射镜分别设置在监测井相对两个侧壁与盒体侧壁之间的 空隙处，两个相对的侧壁上设有狭缝，照明装置发出的光线穿过两个侧壁上的狭缝投射到 反射镜上，再由反射镜将影像反射到摄像装置，摄像装置将影像内容传递到视频雨滴谱仪 内的数据处理系统。
[0008] 较佳地，土壤溅蚀监测系统包括三个溅蚀盘，分别为细沙溅蚀盘、未碾磨土溅蚀盘 和碾磨土溅蚀盘。
[0009] 较佳地，雨滴谱仪固定平台和溅蚀盘固定平台为水泥或钢架制成的固定平台。
[0010] 较佳地，视频雨滴谱仪内设有两套雨滴成像系统。 toon] 一种土壤溅蚀动力定量监测方法：通过土壤溅蚀监测系统采样得到采样土壤溅蚀 量A ;通过视频雨滴谱仪采集雨滴个数、雨滴质量和雨滴速度，计算得到采样雨滴动能Ek ; 计算采样土壤溅蚀量A和采样雨滴动能Ek之间的关系表达式A = f(Ek);需要对特定区域 进行实际土壤溅蚀量预测时，通过视频雨滴谱仪采集实际雨滴参数，计算出实际雨滴动能， 并将实际雨滴动能带入表达式A = f(Ek)，即可得到实际土壤溅蚀量。
[0012] 较佳地，雨滴动能的计算方法为
【权利要求】
1. 一种土壤溅蚀动力定量监测系统，其特征在于：包括设置于室外的土壤溅蚀监测系 统（1)和降雨监测系统（2)，所述土壤溅蚀监测系统（1)包括溅蚀盘，所述溅蚀盘设置在溅 蚀盘固定平台上，所述降雨监测系统（2)包括视频雨滴谱仪（6)，所述视频雨滴谱仪（6)设 置在雨滴谱仪固定平台上，所述溅蚀盘和所述视频雨滴谱仪（6)之间的直线距离为3米至 5米，所述视频雨滴谱仪（6)的信号输出端用于连接处理器（15)，所述视频雨滴谱仪（6)和 所述处理器（15)分别与电源（16)连接； 所述视频雨滴谱仪（6)包括设置在所述视频雨滴谱仪盒体（14)内的雨滴影像成像系 统，以及垂直贯通所述视频雨滴谱仪盒体（14)的立方体形监测井（13);所述雨滴影像成像 系统包括照明装置、反射镜和摄像装置，所述照明装置和所述反射镜分别设置在所述监测 井（13)相对两个侧壁与所述盒体侧壁之间的空隙处，两个相对的所述侧壁上设有狭缝，所 述照明装置发出的光线穿过两个侧壁上的所述狭缝投射到所述反射镜上，再由所述反射镜 将影像反射到摄像装置，所述摄像装置将影像内容传递到所述视频雨滴谱仪（6)内的数据 处理系统。
2. 根据权利要求1所述的一种土壤溅蚀动力定量监测系统，其特征在于：所述土壤溅 蚀监测系统（1)包括三个所述溅蚀盘，分别为细沙溅蚀盘（3)、未碾磨土溅蚀盘（4)和碾磨 土溅蚀盘（5)。
3. 根据权利要求1所述的一种土壤溅蚀动力定量监测系统，其特征在于：所述雨滴谱 仪固定平台和所述溅蚀盘固定平台为水泥或钢架制成的固定平台。
4. 根据权利要求1所述的一种土壤溅蚀动力定量监测系统，其特征在于：所述视频雨 滴谱仪（6)内设有两套雨滴成像系统。
5. -种利用权利要求1所述监测系统进行土壤溅蚀量监测的方法，其特征在于： 通过所述土壤溅蚀监测系统（1)采样得到采样土壤溅蚀量A ; 通过视频雨滴谱仪（6)采集雨滴个数、雨滴质量和雨滴速度，计算得到采样雨滴动能 Ek ； 计算采样土壤溅蚀量A和采样雨滴动能Ek之间的关系表达式A = f(Ek); 需要对特定区域进行实际土壤溅蚀量预测时，通过视频雨滴谱仪（6)采集实际雨滴参 数，计算出实际雨滴动能，并将实际雨滴动能带入表达式A = f(Ek)，即可得到实际土壤溅蚀 量。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述雨滴动能的计算方法为
式中Ek为雨滴动能，i为雨滴的个数， ffli为第i个雨滴的质量，Vi为第i个 雨滴的速度。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述关系表达式A = f (Ek)为A = a+b *Ek
式中，a、b为常数，e为指数。
【文档编号】G01N33/24GK104155426SQ201410351651
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】张平仓, 刘洪鹄, 师哲, 齐向华, 程冬兵, 钱峰, 郭念森 申请人:长江水利委员会长江科学院