[发明专利]研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学、土壤学研究领域，涉及一种研究喀斯特地表径流和地下径流的产流产沙规律的新型测量方法。

背景技术

水和土是极为重要的自然资源, 是人类赖以生存发展的基础。西南喀斯特岩溶地区是继北方沙漠化和黄土高原水土流失比较严重的地区之一，形成的石漠化严重制约了当地的经济发展。由于喀斯特地区土层浅薄且成土速度慢，结合长期强烈的岩溶作用造成地表、地下双层空间构造，降雨径流关系复杂，降雨经岩溶裂隙、漏斗、落水洞等流入地下，使得土壤流失严重，地表基岩裸露，土被不连续，所以研究喀斯特地区的地下孔（裂）隙的水土流失情况具有十分重要的意义。目前，国内外对地表径流对土壤侵蚀影响的研究其方法主要有标准径流小区法和人工模拟降雨法两种。由于采用人工模拟降雨方法可以设定降雨因子，可在短期内得到不同条件下地表径流和土壤侵蚀的相关数据，与采用标准径流小区法具有速度快、易控制、适应性强等优点，所以近年来受到广泛的重视和应用。 但是由于喀斯特环境二元结构本身的特殊性和复杂性,以前的成果大多偏向于对其地表土壤侵蚀现状的研究，所以以前的装置大多是用于研究地表径流，如中国专利00128153.4公开了一种“地表径流测量设施及其测量方法”，而对地下孔（裂）隙流侵蚀缺乏研究，特别是针对地表、地下双层地质构造空间格局所采取的全面研究更是鲜见报道。因此需要结合既可以调节坡度，又可以调节孔（裂）隙度的试验装置，研究一种可以同时测量地表径流和地下径流的产流产沙规律的新型测量方法，对喀斯特地区的水土流失规律进行详尽研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究坡面径流和地下孔（裂）隙流的产流产沙规律的新型测量方法，针对喀斯特地区地下裂隙广为分布，是喀斯特地区水土流失的主要途径，本方法结合既可以调节坡度，又可以调节孔（裂）隙度的人工模拟降雨自制实验装置，研究喀斯特地区地表径流和地下径流的产流产沙规律，为加快研究喀斯特地区的土壤侵蚀机理提供了有效的方法。

本发明的构成：一种研究坡面径流和地下孔裂隙流产流产沙规律的测量方法，测量设施包括：人工降雨设备，自制实验装置，塑料小桶，标有刻度的塑料大桶，采样瓶，量筒，烧杯。

所述的人工降雨设备由雨量计、降雨器、水泵及控制器四部分组成。要求雨滴终点速度与天然降雨相近，降雨历时任意可调，雨强可通过控制器自控或手动调节，调节变化时间<30s，调节精度7mm/h，连续变化范围10-200mm/h，降雨有效范围6.5m×6.5m，均匀度>85。

所述的自制实验装置为专利号为2010105456027的《一种用于研究坡面径流和地下孔裂隙流的模拟实验装置》，长4m，宽1.5m，深35cm，坡度0-45°任意可调，底板均匀打有297个直径5cm的孔，孔隙度0-8%任意可调，钢槽下端分别设有地表，地下孔裂隙流集流槽。

利用本测量设施，其测量方法为：

A、基岩裸露率设置及测定

试验前先选定合格的岩石块（>30cm），然后根据试验设计模拟的基岩裸露率水平将测量标记出30cm 以上部分露头面积的碳酸盐岩石随机排列在试验钢槽中，然后按野外自下而上实测的土壤紧实度平均值分层回填土，回填土上表面与碳酸盐岩石上标记的露头线水平，填土表面用特制木板拨平，填土边界用手压实减小边缘效应影响。最后对坡面垂直摄像并对照片进行矢量化测算校核基岩裸露率。借此研究不同基岩裸露率下的径流及土壤流失规律。

B、地下孔（裂）隙度测定

采用游标卡尺多次重复测量自制实验装置底板单个孔隙半径和直径，后根据圆弧的面积公式计算单个孔隙面积，最后计算总水平投影面积与自制实验装置地板水平投影面积的百分率。

 

 

式中：S 孔为地下孔（裂）隙水平投影面积（m²），S 底为钢槽地板水平投影面积（m²），A 为地下孔（裂）隙度（%），θ为坡度（°），π为常数3.14，r 为底板圆孔半径（m），x 为测定的地下孔（裂）隙半径的均值（m），y 为测定的地下孔（裂）隙直径的均值（m）。

C、雨强拟定

雨强拟定采用雨量筒，在土槽两侧各放置两个雨量筒，求其平均值即为本次试验雨强。

D、径流样及产沙样采集