專利名稱：測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種農業生態試驗方法，具體涉及一種測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法。
背景技術：
沖溝通常是指由于暫時性流水的沖刷作用，在坡地形成的深溝。沖溝侵蝕是一種重要的土壤侵蝕方式，它加速土壤侵蝕速率，造成嚴重的土地退化。同時，沖溝發育加劇地表破碎化進程，影響土地耕作及其它土地利用，威脅道路、建筑等設施。沖溝還是流域產沙的重要來源，Poesen等總結了全球56個地區沖溝侵蝕量占土壤侵蝕總量的比例，其中有43個地區的比例超過了 30%，最高比例達到了 94%。國內學者的研究也表明，在我國，包括沖溝、切溝在內的溝谷侵蝕產沙量可占流域產沙總量的一半以上。近年來沖溝侵蝕逐漸成為土壤侵蝕研究領域的一大熱點，受到越來越多學者的關注。然而，由于沖溝發育過程復雜，影響因素眾多，實驗模擬困難，研究難度大，相對于坡面侵蝕，對沖溝侵蝕的機理研究還較為薄弱。在沖溝發育地帶，溝床植被對徑流能量及泥沙運動存在重要影響，它有效降低徑流動能，攔截徑流泥沙，導致泥沙淤積位置上移，溝床坡降降低，進而影響了溝頭溯源侵蝕的速率及整個沖溝的活躍程度，然而溝床植被對徑流消能攔沙作用機制尚缺乏系統研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種有效、合理的測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法。本發明是這樣實現的:
一種測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，包括如下步驟:步驟一、布置5個平行的溝床,溝床沿水流方向的長度為20m,寬度為2m,在部分溝床內種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，植被帶沿水流方向的長度分別為O m、4m、8 m、12 m和16 m,并通過剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度,在溝床的上游方向設置有穩流池，溝床沿水流方向的長度上，每隔2m設置有一個監測斷面；
步驟二、利用穩流池進行2至3次的放水試驗，控制每次放水的流量為5 m 3/h，每次放水沖刷時間為lh，在監測斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過該斷面的徑流樣，用于監測植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時在監測斷面上，每IOmin監測一次通過斷面時徑流的流速、徑流深、徑流寬；
步驟三、在每次放水試驗后，對地形進行修復，在修復后沉降一周，再進行下次試驗，并保證每個溝床的放水試驗次數相同；
步驟四、通過剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復步驟二、
—■.---，
步驟五、通過剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復步驟二、--.---，
步驟六、通過剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復步驟二、
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步驟七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復步驟二、三；
即完成了測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗。更進一步的方案是:所述步驟二中，通過流量計控制每次放水的流量為5 m Vh0步驟三中，對地形進行修復是指在溝床上，對放水試驗后沖刷流失的土壤進行修補，修補后溝床上無明顯的沖刷痕跡，且修補采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類型、性質相同的土壤表層土。本發明能夠盡量準確的模擬沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應，從植被帶的長度、植被蓋度的不同設置，可以反映實際情況下不同植被狀況對徑流消能和攔沙效應的影響。在試驗測定中，植被分布方式為從下游向上游延伸的方式，這是由于溝床植被通常是從下游逐漸向上游生長的，因此這種原位試驗不涉及土體搬移，對土體結構擾動較少，兼之植被分布方式非常接近實際情況，因此本模擬試驗方法較傳統的室內模擬試驗而言更符合實際，所得結果與實際情況更加逼近。利用本發明的試驗方法，可以模擬不同植被生長模式和植被蓋度下沖溝發育過程，探明溝床植被狀況對徑流能量的消減機制及減沙攔沙作用機理，對揭示植被對沖溝活躍程度的影響機理具有重要意義，同時對地貌學和土壤侵蝕學中關于沖溝的發育過程和穩定機制的闡述起到一定的補充完善作用。試驗方法整體設計合理，具有可操作性，適宜于沖溝發育地區開展類似研究時大 力推廣。
圖1為本發明模擬試驗示意圖。圖2為本發明五個溝床及植被示意圖。圖3為本發明中某一植被分布模式下的5個植被蓋度不意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明。一種測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，包括如下步驟: 步驟一、如附圖1所示，布置5個平行的溝床I,溝床沿水流方向的長度為20m,寬度為
2m,在部分溝床內種植被,植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶3,植被帶沿水流方向的長度分別為O m、4 m、8 m、12 m和16 m，并通過剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度，在溝床的上游方向設置有穩流池2，溝床沿水流方向的長度上，每隔2m設置有一個監測斷面；附圖1中箭頭方向即為徑流流向；
步驟二、利用穩流池2進行2至3次的放水試驗，通過流量計控制每次放水的流量為5m 3/h，每次放水沖刷時間為lh，穩流池放水后，經過布置在溝床I上游方向的跌坎5，可以使水更均勻平鋪到溝床上，在監測斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過該斷面的徑流樣，用于監測植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時在監測斷面上，每IOmin監測一次通過斷面時徑流的流速、徑流深、徑流寬，以計算Fr、Re等水動力學參數；在溝床下游方向，有一個收集徑流的徑流桶4 ；
步驟三、在每次放水試驗后，對地形進行修復，在修復后沉降一周，再進行下次試驗，并保證每個溝床的放水試驗次數相同；
步驟四、通過剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復步驟二、
三； 步驟五、通過剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復步驟二、三；
步驟六、通過剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復步驟二、三；
步驟七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復步驟二、三；
即完成了測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗。步驟三中，對地形進行修復是指在溝床上，對放水試驗后沖刷流失的土壤進行修補，修補后溝床上無明顯的沖刷痕跡，且修補采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類型、性質相同的土壤表層土。如附圖2所示，為本發明五個溝床及植被示意圖；而附圖3為本發明中具有16m長植被帶的植被分布模式下的5個植被蓋度示意圖。本發明能夠比較簡單的測定得到夠溝床植被與徑流消能攔沙效應的關系，有很大的利用及推廣價值。
權利要求
1.一種測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一、布置5個平行的溝床,溝床沿水流方向的長度為20m,寬度為2m,在部分溝床內種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，植被帶沿水流方向的長度分別為O m、4m、8 m、12 m和16 m,并通過剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被蓋度,在溝床的上游方向設置有穩流池，溝床沿水流方向的長度上，每隔2m設置有一個監測斷面； 步驟二、利用穩流池進行2至3次的放水試驗，控制每次放水的流量為5 m 3/h，每次放水沖刷時間為lh，在監測斷面上，每隔lOmin，用塑料瓶收集通過該斷面的徑流樣，用于監測植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；同時在監測斷面上，每IOmin監測一次通過斷面時徑流的流速、徑流深、徑流寬； 步驟三、在每次放水試驗后，對地形進行修復，在修復后沉降一周，再進行下次試驗，并保證每個溝床的放水試驗次數相同； 步驟四、通過剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被蓋度，然后重復步驟二、—■.---， 步驟五、通過剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被蓋度，然后重復步驟二、—■.---， 步驟六、通過剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被蓋度，然后重復步驟二、—■.---， 步驟七、剪除全部植 被的地面以上部位，形成0%的植被蓋度，然后重復步驟二、三； 即完成了測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗。
2.根據權利要求1所述測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，其特征在于:所述步驟二中，通過流量計控制每次放水的流量為5 m Vh0
3.根據權利要求1所述測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，其特征在于:所述步驟三中，對地形進行修復是指在溝床上，對放水試驗后沖刷流失的土壤進行修補，修補后溝床上無明顯的沖刷痕跡，且修補采用的土壤是溝床附近與溝床土壤類型、性質相同的土壤表層土。
全文摘要
本發明公開了一種測定沖溝溝床植被對徑流消能及攔沙效應的模擬試驗方法，包括步驟一、布置5個平行的溝床，在部分溝床內種植被，植被從溝床底部向上游延伸形成植被帶，在溝床的上游方向設置有穩流池，溝床沿水流方向的長度上，每隔2m設置有一個監測斷面；步驟二、利用穩流池進行2至3次的放水試驗，在監測斷面上，每隔10min，監測植被影響下溝床徑流泥沙含量的變化；監測一次通過斷面時徑流的流速、徑流深、徑流寬；步驟三、在每次放水試驗后，對地形進行修復，再進行下次試驗。利用本發明的試驗方法，可以模擬不同植被生長模式和植被蓋度下沖溝發育過程，探明溝床植被狀況對徑流能量的消減機制及減沙攔沙作用機理。
文檔編號G01N33/24GK103105480SQ20131003102
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者熊東紅, 楊丹, 董一帆, 蘇正安, 李佳佳, 張寶軍, 鄭學用 申請人:中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所