專利名稱：山坡點降雨徑流測量方法
技術領域：
本發明涉及一種降雨徑流測量方法，尤其是山坡點降雨徑流測量方法。屬于水利 工程中水文預報測量領域。
背景技術：
我國受山洪災害威脅的山丘區面積約為463萬km2，約占我國陸地面積的48%，區 內共有人口約5. 56億，占全國總人口的44. 2 %。由于山區面積比重大，人口多，因此山洪造 成的災害損失往往十分嚴重，給我國山區國民經濟的持續發展造成嚴重影響。近年來，大江 大河洪水監測水平、防洪標準逐步得到提高，而山區小流域不論是洪水監測，還是工程非工 程的防洪標準都比較低。為此，《全國山洪災害防治規劃》將“初步建成山洪災害重點防治 區以預報、預警等非工程措施為主與工程措施相結合的防災減災體系”作為近期O010年) 規劃目標。山坡水文過程在水文循環中占據重要地位。研究表明在山丘區，經由坡地進入 河道的水量占總量的95% (Kirkby, 1988) 0此外，山坡水文學近年來發展了眾多的理論 方法，如代表性單元流域(REW)理論(Reggiani，1998)、山坡產流的閾值概念(Tromp-van Meerveld，2006a&b)和山坡蓄量動力學理論(Troch, et al.，2009)等。應該說，理論的建 立需要新的觀測方法和試驗手段的支撐，而目前這是比較欠缺的(BeVen，2006 ；胡和平等， 2007)。因此，有效監測山坡降雨徑流過程，對于認識和理解山坡水動力過程，并建立預測山 洪的方法等均具有重要的理論意義和工程實踐價值。從目前國內外的相關研究進展來看，在水文預報及水文站監測的現有技術中，對 于降雨和河道中水流狀態進行監測的設備和方法眾多。現有的山坡水文試驗研究主要包括 兩類方法(顧慰祖等，2010)—是室內人造山坡和人工降雨試驗方法；二是野外原位觀測 試驗方法。這兩種方法的缺陷在于，造價高昂、周期長及不確定性大等。由于下墊面多樣化 的制約和量測手段的限制，一直未有較理想的方法對流域上游山坡的產流水量及其空間變 異進行深入試驗研究。因此，一種能夠監測點尺度山坡降雨、坡面流、壤中流等的設備和方 法，是以上研究深入下去的基礎。參考文獻Beven,K. J. (2006),Searching for the Holy Grail of scientific hydrology Qt= (S, R, Δ t) A as closure, Hydrology and Earth System Sciences 10,609-618.顧慰祖，尚熳廷，翟劭鍈等Q010)，天然實驗流域降雨徑流現象發生的悖論，水科 學進展 21,471-478.胡和平，田富強Q007)，物理性流域水文模型研究新進展，水利學報38 (5)， 511-517.Kirkby, Μ. (1988), Hillslope runoff processes and models, J. Hydro1. ,100, 315-339.全國山洪災害防治規劃領導小組辦公室(2003)，全國山洪災害防治規劃編制技術大綱，1-97.Reggiani P. , M. Sivapalan, S. M. Hassanizadeh(1998), A unifying framework for watershedthermodynamics :balance equations for mass, momentum, energy and entropy, and the second law ofthermodynamics, Advances in Water Resources,22, 367-398.Troch, P. A. , G. A. Carrillo, I. Heidbuchel, et al. (2009) , Dealing with landscape heterogeneity in watershedhydrology :a review of recent progress toward new hydrological theory, Geography Compass 3,375-392, DOI 10. 1111/ j. 1749-8198. 2008. 00186. x.Tromp-van Meerveld, H. J. and J.J. McDonnell(2006a), Threshold relations in subsurface stormflow :1. A147-storm analysis of the Panola hillslope, Water Resources Research 42, W02410, DOI :10. 1029/2004WR003778.Tromp-van Meerveld,H. J. and J. J. McDonnell(2006b), Threshold relations in subsurface stormflow :2. Thefill and spill hypothesis, Water Resources Research 42，W02411, DOI :10.1029/2004WR003800.
發明內容
本發明要解決的技術問題就是提供一種山坡點降雨徑流測量方法，實現山坡點降 雨產流的水量劃分測量。本發明山坡點降雨徑流測量方法包括以下步驟(1)測量點位的選擇；在預定測量山坡內選擇與山坡走向一致的位置，此位置的土壤和植被與預定測量 山坡的土壤和植被性質相比具有代表性；根據泰森多邊形方法選擇多個測量點位。(2)本發明的設備山坡點降雨徑流測量儀包括下擋板，中隔板，外隔雨板，內隔 雨板、降雨雨量導管，降雨雨量計，地表徑流導管，地表徑流雨量計，壤中流導管，壤中流雨 量計，尾水管，遠程數據發送設備，基站。(3)本發明的設備安裝，包括以下步驟；a.在選擇的測量點位周圍進行開挖，開挖到基巖面，根據開挖深度設置山坡點降 雨徑流測量儀的下擋板高度，下擋板高度與開挖深度相等，下擋板下端口置于基巖上，上端 口與土壤表面平齊，下擋板周圍與基巖間止水處理；b.然后安裝中隔板，中隔板直接放置在土壤表面，中隔板中空位置上架設內隔雨 板，內隔雨板與中隔板間密封；中隔板外側架設外隔雨板，外隔雨板與中隔板間密封；外隔 雨板與下擋板相連并密封；C.外隔雨板和下擋板開口端朝向高程梯度下降最大方向
d.在外隔雨板開口側接降雨雨量導管和降雨雨量計；
e.在內隔板開口側接地表徑流導管和地表徑流雨量計；
f.在下擋板開口處接壤中流導管和壤中流雨量計；
g·安裝尾水管，將尾水管引至山坡下游遠處；
h.安裝遠程數據發送設備。
(4)徑流觀測及分析在一場降雨過程中，山坡點降雨徑流測量儀收集山坡一個觀測點上的降雨及其轉 化的各種徑流成分，將各收集數據通過遠程數據發送設備發送到基站，在基站利用泰森多 邊形權重法獲得整個測量山坡的徑流分布特征。本發明有如下有益效果(1)本發明提供了山坡點降雨產流測量方法，使研究者能通過物理方法進行降水 量劃分；(2)本發明能夠測得多種徑流成份的時序過程；(3)本發明通過合理布置，能夠獲得山坡產匯流空間變異。
圖1為本發明設備的裝配圖；圖2為本發明設備側視示意圖；圖3為本發明設備正視示意4為本發明設備的俯視圖；圖5為本發明方法的流程圖；圖6本發明方法的設備布置圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。本發明山坡點降雨徑流測量方法包括以下步驟(1)測量點位的選擇；如圖1所示，在預定測量區域內選擇地形比降最大的位置，此位置的土壤和植被 與預定測量區域的土壤和植被性質相同，具有下墊面代表性；根據泰森多邊形方法選擇5 個測量點位，布置圖見圖6。(2)本發明的設備山坡點降雨徑流測量儀包括外隔雨板1，內隔雨板2、中隔板3， 下擋板4，地表徑流雨量計5，降雨雨量導管6，降雨雨量計7，壤中流導管8，壤中流雨量計 9，尾水管10，遠程數據發送設備11，基站。(3)如圖2、3、4所示，本發明的設備安裝，包括以下步驟a.在選擇的測量點位周圍進行開挖，開挖到基巖面13，根據開挖深度設置山坡點 降雨徑流測量儀的下擋板4高度，下擋板4高度與土壤深度相等，下擋板4下端口置于基巖 上，上端口與土壤表面11平齊，下擋板4周圍與基巖面13間做止水處理；b.然后安裝中隔板3，中隔板3直接放置在土壤表面12，中隔板3中空位置上架設 內隔雨板2，內隔雨板2與中隔板3間密封；中隔板3外側架設外隔雨板1，外隔雨板1與中 隔板3間密封；外隔雨板1與下擋板4相連并密封；c.外隔雨板1和下擋板4開口端朝向高程梯度下降最大方向；d.在外隔雨板1開口側接降雨雨量導管6和降雨雨量計7 ；
e.在內隔板2開口側接地表徑流雨量計5 ； f.在下擋板4開口處接壤中流導管8和壤中流雨量計9 ；
g.安裝尾水管10，將尾水管10引至山坡下游遠處；h.安裝遠程數據發送設備11。(4)徑流觀測及分析在一場降雨過程中，山坡點降雨徑流測量儀收集山坡一個觀測點上的降雨，將各 收集數據通過遠程數據發送設備11發送到基站，在基站中轉化為各種徑流成分，同時利用 泰森多邊形權重法獲得整個測量區域的徑流分布特征。表1給出了一次降雨過程及各雨量計測得的雨量值，并算得山坡產流的各下墊面
層的產流量。表1.雨量分配和產流量
權利要求
1.本發明山坡點降雨徑流測量方法，基于雨量測量基本方法，其特征在于本發明使 用山坡點降雨徑流測量儀通過測得各下墊面下滲雨量，計算產流過程中的雨量分配，具體 而言包括以下步驟(1)選擇測點位置；(2)安裝山坡點降雨徑流測量儀；(3)徑流觀測分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的山坡點降雨徑流測量儀，包括下 擋板，中隔板，外隔雨板，內隔雨板、降雨雨量導管，降雨雨量計，地表徑流導管，地表徑流雨 量計，壤中流導管，壤中流雨量計，尾水管，遠程數據發送設備，基站。
3.根據權利要求1所述安裝山坡點降雨徑流測量儀，其特征在于，所述的安裝步驟如下a)在選擇的測量點位周圍進行開挖，開挖到基巖面，根據開挖深度設置山坡點降雨徑 流測量儀的下擋板高度，下擋板高度與開挖深度相等，下擋板下端口置于基巖上，上端口與 土壤表面平齊，下擋板周圍與基巖間止水處理；b)然后安裝中隔板，中隔板直接放置在土壤表面，中隔板中空位置上架設內隔雨板，內 隔雨板與中隔板間密封；中隔板外側架設外隔雨板，外隔雨板與中隔板間密封；外隔雨板 與下擋板相連并密封；c)外隔雨板和下擋板開口端朝向高程梯度下降最大方向；d)在外隔雨板開口側接降雨雨量導管和降雨雨量計；e)在內隔板開口側接地表徑流導管和地表徑流雨量計；f)在下擋板開口處接壤中流導管和壤中流雨量計；g)安裝尾水管，將尾水管引至山坡下游遠處；h)安裝遠程數據發送設備。
4.根據權利要求1所述的山坡點降雨徑流測量方法，其特征在于所述的徑流觀測及 分析，是利用山坡點降雨徑流測量儀觀測一個點上的各雨量成分，將各收集數據通過遠程 數據發送設備發送到基站，在基站中轉化為各種徑流成分，同時利用泰森多邊形權重法獲 得整個測量山坡的徑流分布特征。
全文摘要
本發明涉及一種降雨徑流測量方法，尤其是山坡點降雨徑流測量方法。屬于水利工程中水文預報測量領域。本發明包括測量方法步驟、設備、設備安裝步驟，以及測量結果分析計算方法的組合。本發明的有益效果在于提供了山坡點降雨產流測量方法，使研究者能通過物理方法進行降水量劃分；能夠測得多種徑流成份的時序過程；通過合理布置，能夠獲得山坡產匯流空間變異。
文檔編號G01W1/14GK102096118SQ201010560649
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者任黎, 馮德锃, 劉金濤, 崔巍, 胡晨明, 陳喜 申請人:河海大學