專利名稱：研究坡面徑流和地下孔裂隙流產流產沙規律的測量方法
技術領域：
本發明屬于環境科學、土壤學研究領域，涉及一種研究喀斯特地表徑流和地下徑流的產流產沙規律的新型測量方法。
背景技術：
水和土是極為重要的自然資源，是人類賴以生存發展的基礎。西南喀斯特巖溶地區是繼北方沙漠化和黃 土高原水土流失比較嚴重的地區之一，形成的石漠化嚴重制約了當地的經濟發展。由于喀斯特地區土層淺薄且成土速度慢，結合長期強烈的巖溶作用造成地表、地下雙層空間構造，降雨徑流關系復雜，降雨經巖溶裂隙、漏斗、落水洞等流入地下，使得土壤流失嚴重，地表基巖裸露，土被不連續，所以研究喀斯特地區的地下孔(裂)隙的水土流失情況具有十分重要的意義。目前，國內外對地表徑流對土壤侵蝕影響的研究其方法主要有標準徑流小區法和人工模擬降雨法兩種。由于采用人工模擬降雨方法可以設定降雨因子，可在短期內得到不同條件下地表徑流和土壤侵蝕的相關數據，與采用標準徑流小區法具有速度快、易控制、適應性強等優點，所以近年來受到廣泛的重視和應用。但是由于喀斯特環境二元結構本身的特殊性和復雜性，以前的成果大多偏向于對其地表土壤侵蝕現狀的研究，所以以前的裝置大多是用于研究地表徑流，如中國專利00128153. 4公開了一種“地表徑流測量設施及其測量方法”，而對地下孔(裂)隙流侵蝕缺乏研究，特別是針對地表、地下雙層地質構造空間格局所采取的全面研究更是鮮見報道。因此需要結合既可以調節坡度，又可以調節孔(裂)隙度的試驗裝置，研究一種可以同時測量地表徑流和地下徑流的產流產沙規律的新型測量方法，對喀斯特地區的水土流失規律進行詳盡研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種研究坡面徑流和地下孔(裂)隙流的產流產沙規律的新型測量方法，針對喀斯特地區地下裂隙廣為分布，是喀斯特地區水土流失的主要途徑，本方法結合既可以調節坡度，又可以調節孔(裂)隙度的人工模擬降雨自制實驗裝置，研究喀斯特地區地表徑流和地下徑流的產流產沙規律，為加快研究喀斯特地區的土壤侵蝕機理提供了有效的方法。本發明的構成一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產流產沙規律的測量方法，測量設施包括人工降雨設備，自制實驗裝置，塑料小桶，標有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯。所述的人工降雨設備由雨量計、降雨器、水泵及控制器四部分組成。要求雨滴終點速度與天然降雨相近，降雨歷時任意可調，雨強可通過控制器自控或手動調節，調節變化時間<30s，調節精度7mm/h，連續變化范圍10_200mm/h，降雨有效范圍6. 5mX 6. 5m，均勻度>85。所述的自制實驗裝置為專利號為2010105456027的《一種用于研究坡面徑流和地下孔裂隙流的模擬實驗裝置》，長4m，寬I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可調，底板均勻打有297個直徑5cm的孔，孔隙度0_8%任意可調，鋼槽下端分別設有地表，地下孔裂隙流集流槽。利用本測量設施，其測量方法為
A、基巖裸露率設置及測定
試驗前先選定合格的巖石塊(>30cm)，然后根據試驗設計模擬的基巖裸露率水平將測量標記出30cm以上部分露頭面積的碳酸鹽巖石隨機排列在試驗鋼槽中，然后按野外自下而上實測的土壤緊實度平均值分層回填土，回填土上表面與碳酸鹽巖石上標記的露頭線水平，填土表面用特制木板撥平，填土邊界用手壓實減小邊緣效應影響。最后對坡面垂直攝像并對照片進行矢量化測算校核基巖裸露率。借此研究不同基巖裸露率下的徑流及土壤流失規律。B、地下孔(裂)隙度測定
采用游標卡尺多次重復測量自制實驗裝置底板單個孔隙半徑和直徑，后根據圓弧的面積公式計算單個孔隙面積，最后計算總水平投影面積與自制實驗裝置地板水平投影面積的百分率。
權利要求
1.一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產流產沙規律的測量方法，測量設施包括人工降雨設備，自制實驗裝置，塑料小桶，標有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯，所述自制實驗裝置為專利號為2010105456027的《一種用于研究坡面徑流和地下孔裂隙流的模擬實驗裝置》，長4m，寬I. 5m，深35cm，坡度0-45°任意可調，底板均勻打有297個直徑5cm的孔，孔隙度0-8%任意可調，鋼槽下端分別設有地表，地下孔裂隙流集流槽； 其特征是其測量方法為以下各項 A、基巖裸露率設置及測定 試驗前先選定合格的30cm以上的巖石塊，然后根據試驗設計模擬的基巖裸露率水平將測量標記出30cm以上部分露頭面積的碳酸鹽巖石隨機排列在自制實驗裝置中，然后按野外自下而上實測的土壤緊實度平均值分層回填土，回填土上表面與碳酸鹽巖石上標記的露頭線水平，填土表面用特制木板撥平，填土邊界用手壓實減小邊緣效應影響，最后對坡面垂直攝像并對照片進行矢量化測算校核基巖裸露率，借此研究不同基巖裸露率下的徑流及土壤流失規律； B、地下孔裂隙度測定 采用游標卡尺多次重復測量自制實驗裝置底板單個孔隙半徑和直徑，后根據圓弧的面積公式計算單個孔隙面積，最后計算總水平投影面積與自制實驗裝置地板水平投影面積的百分率； C、雨強擬定 雨強擬定采用雨量筒，在自制實驗裝置的鋼槽兩側各放置兩個雨量筒，求其平均值即為本次試驗雨強； D、徑流樣及產沙樣采集 試驗設計自地表或地下開始產流便開始計時，后在設定的單位時間內，首先用塑料小桶在集流槽出水口下方收集徑流泥沙樣，后轉移至測定并標記有刻度的塑料大桶內，用于計算累積徑流量、徑流率、徑流系數與累積產沙量、輸沙率、土壤侵蝕模數； E、徑流量測定 以地表為界面，將坡面徑流劃分為在地表流動的地表徑流和由地下孔裂隙流出的地下孔裂隙流兩部分，地表徑流、地下孔裂隙流先用塑料小桶收集，后轉入標有刻度的塑料大桶內并記錄各場降雨不同時段的徑流量； F、產沙量測定，包括 a、懸移質測定 地表、地下孔裂隙流侵蝕產生的懸移質，首先把大桶內水樣攪勻，然后用用水樣瓶在大桶內取攪勻的水樣500ml，到實驗室后用量筒量取水樣瓶中搖勻的水樣50ml及時轉移至已知重量的IOOml干凈燒杯中，并放入105°C烘箱烘干，每個樣3個重復，最后用精度為O.0001的電子天平稱重； b、推移質測定 地表徑流沖刷搬運的推移質，在取完懸移質水樣后倒出渾水，將沉積在桶底的推移質轉入塑料袋沉淀風干，最后將風干的推移質收集于IOOml燒杯中，放入105°C烘箱烘干稱重，地下孔裂隙流侵蝕產生的較少的推移質，在取完懸移質水樣后，倒出上清液，將桶底的泥沙轉入燒杯中于105°C烘箱中烘至恒重，稱量。
2.如權利要求I所述的研究坡面徑流和地下孔裂隙流產流產沙規律的測量方法，其特征是人工降雨設備由雨量計、降雨器、水泵及控制器四部分組成，要求雨滴終點速度與天然降雨相近，降雨歷時任意可調，雨強可通過控制器自控或手動調節，調節變化時間<30s，調節精度7mm/h，連續變化范圍10-200mm/h，降雨有效范圍6. 5mX6. 5m，均勻度>85。
全文摘要
一種研究坡面徑流和地下孔裂隙流產流產沙規律的測量方法，設施包括人工降雨設備，自制實驗裝置，塑料小桶，標有刻度的塑料大桶，采樣瓶，量筒，燒杯；測量方法為以下各項A、基巖裸露率設置及測定；B、地下孔裂隙度測定；C、雨強擬定；D、徑流樣及產沙樣采集；E、徑流量測定；F、產沙量測定，包括懸移質測定和推移質測定；G、土壤養分流失測定；H、泥沙養分含量測定；I、徑流養分含量測定。本發明結合既可以調節坡度，又可以調節孔裂隙度的人工模擬降雨自制實驗裝置，研究喀斯特地區地表徑流和地下徑流的產流產沙規律，為加快研究喀斯特地區的土壤侵蝕機理提供了有效的方法。
文檔編號G01N33/24GK102854300SQ20121039185
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月16日 優先權日2012年10月16日
發明者戴全厚, 王佩將, 胡奕 申請人:貴州大學