專利名稱：風蝕區土壤侵蝕標尺及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬荒漠化監測領域，涉及一種適用于風蝕區土壤侵蝕速率監測的土壤侵蝕標尺。
背景技術：
我國是世界上受沙漠化危害最嚴重的國家之一，每年因沙漠化造成的直接經濟損失超過540億元。風沙危害嚴重地區，風沙蠶食可利用土地，掩埋村舍，甚至造成人員傷亡。 目前，全國已有1000萬畝耕地、3525萬畝草地和9585萬畝林地與灌草地沙化，全國有2. 4 萬多個村莊，1400公里鐵路、3萬公里公路和5萬多公里灌渠常年遭受沙害威脅，形勢十分嚴峻。因此，加強風蝕地區土壤侵蝕監測，研究風沙運動規律，對制定行之有效的防治風沙危害的措施具有重要的實踐意義。目前還沒有研究者普遍認可和廣泛采用的野外風蝕地區土壤侵蝕監測工具，常用的方法是預埋水泥樁、竹簽等簡易參照物，采用傳統測量工具監測風蝕狀況，現用工具和方法大多存在操作不便、精度不夠、效率不高等問題。當前在風沙運動相關研究方面，還缺少科學可行的侵蝕速率監測工具。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種風蝕區土壤侵蝕標尺。本發明提供的風蝕區土壤侵蝕標尺，其為由四個首尾順次相連的第一側面、第二側面、第三側面和第四側面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側面為凸弧面，第一側面和第二側面相交的棱為第一棱，第二側面和第三側面相交的棱為第二棱，第三側面和第四側面相交的棱為第三棱，第四側面和第一側面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關于第一棱和第三棱所在的平面對稱，第二側面對應的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，第一側面和第二側面分別在其與第一棱相交的一側涂覆與側面本體不同的顏色， 第二側面和第三側面分別在其與第二棱相交的一側、第三側面和第四側面分別在其與第三棱相交的一側和/或第四側面和第一側面分別在其與第四棱相交的一側設置刻度。本發明，將上述的柱體定義為凸弧面棱柱。優選的，第二側面對應的第二弧線的弧長大于第三側面對應的第三弧線的弧長。其中，所述第一弧線和第二弧線的夾角為5 15° ；所述第三弧線和第四弧線的夾角為30 45°。本發明，兩條弧線的夾角是指分別以兩弧線的交點做切線，所求出的兩條切線的夾角。其中，所述刻度包括正值刻度、0刻度和負值刻度，優選的，0刻度位于正值刻度和負值刻度中間。其中，最小刻度優選為毫米。其中，正值刻度所在區域的顏色和負值刻度所在區域的顏色不同，優選，二者的原色區分度應當大。如，黑和紅、藍和黑、紅和藍、黃和紅、黃和黑等。更優選地，正值刻度所在的區域的顏色為黑色，負值刻度所在區域的顏色為紅色。本發明中，可用本領域公知的方法進行顏色處理，如噴涂、浸染等，或采用符合要求的著色材料加工而成。本發明提供的標尺優選由硬質塑料、鋁合金或竹材等材料制成，更優選由硬質塑料材料制成。本領域技術人員可根據風蝕區的風力侵蝕特點，設計本發明侵蝕標尺的長度，優選總長度設計成40cm，黑色正值部分為20cm，紅色負值部分為20cm。這樣的長度基本可用于所有的風蝕區的土壤侵蝕速率監測。用本發明提供的風蝕區土壤侵蝕標尺進行土壤侵蝕速率的監測，其包括如下步驟1)在預選監測區域內，按照行列式布設侵蝕標尺，侵蝕標尺垂直埋于監測樣地表面，0刻度線與地表齊平，正值部分掩埋在地表以下，使侵蝕標尺尖銳一端(即相鄰兩側面角度較小的棱)迎向風向，并依次編號；2)按照預定的監測方案要求，采用人工讀數或借助數碼照相機拍照并讀數的方法依次讀出各侵蝕標尺度數。讀數為正，表示侵蝕標尺受侵蝕而裸露；讀數為負，表示侵蝕標尺被堆積掩埋；3)計算出監測樣地平均土層侵蝕厚度，乘以監測樣地土壤容重和面積，可計算出
土壤侵蝕量。本發明侵蝕標尺外形設計充分應用流體力學原理和風沙運動一般規律，采用了凸弧面棱柱的外形設計，盡可能避免了因侵蝕標尺的布設，而引起外營力流體力學特征的變化，以降低測量誤差；可規避采用傳統測量工具量測量測過程中的量具因素、人為因素、視覺因素和環境因素，提高工作效率和測量精度；本發明的標尺的齊地線定義為0刻度線，標識柱黑色部分刻度為正，表示侵蝕標尺被掩埋，紅色部分刻度為負，標識侵蝕標尺受侵蝕裸露，判斷簡單直觀。
圖1為本發明標尺的主視圖，其中不同陰影表示不同的顏色。圖2所示為本發明標尺的底面，其中Si、S2、S3和S4分別表示第一側面、第二側面、第三側面和第四側面所對應的弧線。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。圖1所示為本發明標尺的主視圖。圖2所示為本發明標尺的底面。本發明的用于風蝕區土壤侵蝕速率監測的土壤侵蝕標尺，其為由四個首尾順次相連的第一側面、第二側面、 第三側面和第四側面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側面為凸弧面，第一側面和第二側面相交的棱為第一棱，第二側面和第三側面相交的棱為第二棱，第三側面和第四側面相交的棱為第三棱，第四側面和第一側面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關于第一棱和第三棱所在的平面對稱，因此，第一側面對應的第一弧線(Si)的弧度和弧長與第二側面對應的第二弧線(S》的弧度和弧長相同，第三側面對應的第三弧線(s;3)的弧度和弧長與第四側面對應的第四弧線(S4)的弧度和弧長相同，第二弧線(S2)所在圓的半徑大于第三弧線 (S3)所在圓的半徑，第一側面和第二側面分別在其與第一棱相交的一側涂覆與側面本體不同的顏色，第二側面和第三側面分別在其與第二棱相交的一側、第三側面和第四側面分別在其與第三棱相交的一側和第四側面和第一側面分別在其與第四棱相交的一側設置刻度。 將正值刻度所在的區域涂覆成黑色，將負值刻度所在區域涂覆成紅色。當然，本發明不限于這兩種顏色。本實施方案中，第一弧線(Si)和第二弧線(S2)的夾角為10°，第三弧線(S3)和第四弧線(S4)的夾角為40°。本實施方案中，標尺橫截面寬(最寬處)lcm，長3cm，第一弧線(Si)所在圓的半徑為6. 6cm，第三弧線(S3)所在圓的半徑為1. 7cm，標尺總長度為40cm，正值部分和負值部分分別為20cm，最小刻度為毫米，正值刻度和正值刻度中間為零刻度。侵蝕標尺總長度和正負值部分長度，可根據實際需要進行調整。本實施方案中，標尺用透明硬質塑料制成，但也可由其它材料制成。使用時，將標尺埋于預選的監測區內，0刻度線與地表對齊，露出黑色的負值部分， 依次編號；按照預定的監測方案要求，采取數碼照相機成像或人工讀數的方式，依次讀出各侵蝕標尺被掩埋或裸露高度，通過計算監測樣地土壤侵蝕平均厚度，乘以監測樣地面積和土壤容重，即可計算出土壤侵蝕量。實施例1在風洞內模擬完成了秋翻耕耙平地和裸露沙地風蝕量監測，試驗風速分別為 4m · s"\8m · S^1U2m · s—1，共布設侵蝕標尺3列3行，列間距為0. 5m,行距為Im,與實際侵蝕量相比，使用該侵蝕標尺測量秋翻耕耙平地侵蝕量的精度分別達到95. 17%,97. 06%, 97. 74%，測量裸露沙地侵蝕量的精度分別達到97. 85%,98. 31%,98. 75%。在風洞模擬條件下，侵蝕標尺的測量精度達到95%以上。實施例2在河北豐寧小壩子鄉完成了該標尺的野外監測精度測定工作，設置監測小區面積為50m2，共布設侵蝕標尺4列5行，列間距為lm，行間距為2m，連續進行了 5次獨立觀測試驗，平均風速分別為10. 6m · s人12. 3m · s人7. 20m · s人11. 35m · s人8. 51m · s人以風蝕盤法(國內外風蝕監測方法回顧與評述，戴海倫，金復鑫，張科利.地球科學進展[J]. 2011， 26 (4) :401-408)的測量精度為基準，該標尺的測量精度分別為94. 24 %,95. 68 %, 93. 72%,95. 83%,93. 84%，最低精度達到 93. 72%。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種風蝕區土壤侵蝕標尺，其特征在于，其為由四個首尾順次相連的第一側面、第二側面、第三側面和第四側面以及兩個底面組成的柱體，其中，四個側面為凸弧面，第一側面和第二側面相交的棱為第一棱，第二側面和第三側面相交的棱為第二棱，第三側面和第四側面相交的棱為第三棱，第四側面和第一側面相交的棱為第四棱，其中，所述柱體關于第一棱和第三棱所在的平面對稱，第二側面對應的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，其中，第一側面和第二側面分別在其與第一棱相交的一側涂覆與側面本體不同的顏色，第二側面和第三側面分別在其與第二棱相交的一側、第三側面和第四側面分別在其與第三棱相交的一側和/或第四側面和第一側面分別在其與第四棱相交的一側設置刻度。
2.根據權利要求1所述的標尺，其特征在于，第二側面對應的第二弧線的弧長大于第三側面對應的第三弧線的弧長。
3.根據權利要求1所述的標尺，其特征在于，所述第一弧線和第二弧線的夾角為5 15°。
4.根據權利要求1所述的標尺，其特征在于，所述第三弧線和第四弧線的夾角為30 45°。
5.根據權利要求1所述的標尺，其特征在于，所述刻度包括正值刻度、0刻度和負值刻度。
6.根據權利要求5所述的標尺，其特征在于，最小刻度為毫米。
7.根據權利要求5所述的標尺，其特征在于，其中，正值刻度所在區域的顏色和負值刻度所在區域的顏色不同。
8.根據權利要求7所述的標尺，其特征在于，正值刻度所在的區域的顏色為黑色，負值刻度所在區域的顏色為紅色。
9.根據權利要求1 8任一項所述的標尺，其特征在于，所述標尺由硬質塑料、鋁合金、 竹材或木材制成。
10.權利要求1 9任一項所述的標尺在風蝕區土壤侵蝕速率監測中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種風蝕區土壤侵蝕標尺，其為四個側面為凸弧面的柱體，所述柱體關于第一側面和第二側面相交的棱和第三側面和第四側面相交的棱所在的平面對稱，第二側面對應的第二弧線所在圓的半徑大于第三弧線所在圓的半徑，其中，第一側面和第二側面分別在其與第一棱相交的一側涂覆與側面本體不同的顏色，第二側面和第三側面分別在其與第二棱相交的一側、第三側面和第四側面分別在其與第三棱相交的一側和/或第四側面和第一側面分別在其與第四棱相交的一側設置刻度。本發明提供的標尺有效避免了采用傳統測量工具量測過程中的量具因素、人為因素、視覺因素和環境因素，提高了工作效率和測量精度。
文檔編號G01N33/24GK102565302SQ20111040209
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者楊建英, 祁有祥, 趙廷寧, 辜再元 申請人:北京北林綠源生態技術研究院有限責任公司