[发明专利]坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究坡面沟道系统水蚀过程的试验设备及其试验方法，尤其是涉及一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区、人为的填压土壤、移栽植被、自动调节试验小区的坡度、自由移动设备整体、缩短试验周期，从而能实现不同立地条件下土壤水蚀过程精确模拟，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。 

背景技术

长期以来，水土流失是我国面临的重要的生态环境问题。水土保持的基础研究工作和水土流失区动态监测需要进行大量的室内和野外观测实验。坡面沟道系统是流域的基本组成部分，同时也是侵蚀发生的基本单元，因而坡面沟道系统土壤侵蚀的实验和观测是水土保持研究的基础内容。 

目前，常用的土壤水蚀坡面沟道系统模拟试验方法是在野外建立试验小区，通常是设在所研究课题的指定地区，寻找一处土质较为均一、坡度较为一致的坡面，根据试验需要构建不同坡长和宽度的矩形小区，其中小区由两部分组成：一部分是坡度较为平坦的坡面小区（坡度通常选择15°至25°），另一部分是坡度较为陡峭的沟道小区（坡度通常选择30°至45°），再使用砖块、石棉瓦等材料将所选区域同周围坡面隔开作为试验小区，在小区内种植所选植被或保持自然被覆，同时在坡面小区末端布设集流口、坡面径流量测装置。当试验小区所在区域发生降雨时，雨滴在重力作用下以一定速度撞击裸露于地表的土粒，使之松散分离并发生跃迁；随着降雨量的增加，试验小区的地表形成薄层漫流，后由于微地形在坡面局部形成间断的跌坎，经径流的持续冲刷作用，逐渐形成为贯通试验小区的细沟，并最终发展为浅沟。降雨过程中通过对试验小区集水口处的流量与含沙量过程量测，研究沟道水蚀的侵蚀动力过程。 

传统的模拟试验方法为我们了解、认识坡面沟道系统水蚀的侵蚀动力过程提供了一定的帮助，但是它仍存在着以下几点不足，制约着我们深入探究坡面沟道系统水蚀的侵蚀动力过程。 

1）野外下垫面条件较为复杂，土质、坡度、微地形、蚁穴、地表结皮等因素均能够对坡面水蚀结果产生较大影响，单个因素对土壤侵蚀动力过程的定量作用难以剥离； 

2）试验条件难以精确控制，比如坡面、沟道度坡度的控制以及雨量、雨强的控制等，致使较为精确的对比试验难以开展，极大制约了土壤侵蚀过程与机理的深入研究；

3）试验过程中仅对试验小区出口处的径流过程和输沙过程进行了观测，缺乏对集水区水动力过程的量测，很难揭示坡面水力侵蚀的动力过程；

4）试验需在室外天然降雨条件下进行，受到天气因素的极大制约，难以全面研究不同降雨量和降雨强度条件对坡面水蚀过程的影响，同时野外条件不利于试验参数的精确量测与采集，且在试验最佳季节、大雨频发的夏季野外天然降雨往往伴随雷电，直接威胁着试验人员生命安全；

5）现有试验条件和试验设备较为落后，很难实现对坡面沟道系统水蚀过程侵蚀形态和侵蚀量的定量观测。 

综上所述，目前需要对传统的土壤坡面沟道系统水蚀模拟试验设备和方法进行改进，以求更快，更好地进行观测实验。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述传统实验观测技术的不足，提供一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区、人为的填压土壤、移栽植被、自动调节试验小区的坡度、自由移动设备整体、缩短试验周期，从而能减少随机因素对试验过程的影响，实现不同立地条件下土壤水蚀过程精确模拟，更精确的研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。 

本发明的目的是这样实现的：一种坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，包括底架、与底架相连的坡面径流小区和沟道径流小区，所述的底架的一端设置有行走轮组、另一端设置有转向轮组和与转向轮组相连的行走牵引杆，所述的坡面径流小区和沟道径流小区均设置在底架的上方，所述的坡面径流小区的端部与所述的沟道径流小区的端部铰接，所述的沟道径流小区的另一端与所述的底架的行走轮组端铰接，所述的底架和所述的沟道径流小区之间设置有控制沟道径流小区升降的沟道升降机构，所述的底架和所述的坡面径流小区之间设置有控制坡面径流小区升降的坡面升降机构。 

所述的坡面径流小区和沟道径流小区的正前方设置有三维激光扫描仪、正上方设置有降雨器，所述的沟道径流小区与底架铰接的端部设置有与沟道径流小区连接的集流口。