[发明专利]复合极端气象条件下坡面水土流失实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及水土流失测量技术领域，尤其涉及一种复合极端气象条件下坡面水土流失实验装置及方法。

背景技术

地表土壤在降雨、径流、冲刷、风力等外力作用下会发生侵蚀、移动、堆积与流失等破坏现象，其中水土流失特指土壤在水流作用下遭受的侵蚀与破坏现象。水土流失问题既产生于陆地水循环过程，反之又会对水循环过程造成影响，因此是当前水文水资源研究领域中的热点问题。目前全球有超过30%的陆地正受到水土流失的威胁，每年流失的优质土壤达250亿吨。我国是世界上水土流失较为严重的国家之一，约360万km2的陆地遭受水土流失的破坏，占国土总面积的37%。水土流失会造成两方面的严重影响：土壤被侵蚀流失后自身肥力减退，威胁到人类粮食、林业以及畜牧业的安全保障；另一方面，土壤流失进入水体后形成淤积影响河道稳定，同时大量氮、磷、钾等营养物质被挟带进入水体，破坏了水生态环境健康。我国大江大河上游地区往往是水土流失的重灾区，在高强度人类活动（如水利水电工程建设）的影响下，原地表及岩土层受到强烈干扰，人为加速了水土流失现象。尤为严重的是，随着全球气候的变化，暴雨、干旱、台风、洪水、冻雨、暴雪等极端天气现象频发，进一步加剧了水土流失的强度与广度，也为开展水土治理保护造成了诸多障碍。

小尺度闭合集水区作为独立的自然集水区，是水土流失及其次生灾害治理的基础单元，治理水土流失首先是获取基础数据并进行规律性分析，但现有的观测技术存在着明显缺陷：

（1）现场野外观测方法操作复杂且运行成本很高，尤其在极端气象条件下很难保证测量数据的可靠性；近年来卫星遥感技术被引入大尺度的水土流失分析中，但遥感影像的时间分辨率较粗，难以满足小尺度闭合集水区水土流失动态规律分析的需求，在极端气象条件下遥感数据的获取也存在着实际困难；

（2）通过室内物理模型实验方法对集水区水土流失进行模拟与测量是当前最具可操作性的途径，常规水土流失模型实验需在室内制作人工坡面，通过模拟自然降雨后测量人工土壤的侵蚀流失，经过比尺转换测算出实际的水土流失量；如专利申请号为2006101559070、名称为《水土保持半比尺模型试验的实现方法》的中国发明专利公开了一种在室内模拟降雨后流域地貌相对演变程度的比尺模型试验方法。专利申请号为2009100612007、名称为《移动式水土流失实验室》的中国发明专利公开了一种用于水土流失模拟和监测的移动实验室，通过自带电源和水源对可变坡实验槽进行人工降雨后的水土流失实验；但现有的室内水土流失实验装置均存在着两个明显问题：不能模拟复杂气象条件下的水土流失、不能模拟复杂地形（坡面）的水土流失。

造成水土流失的成因除了降雨之外，还受到冻雨、降雪、风场、日照、漫流等多种环境因素的影响。现有水土流失模型实验方法及技术只能观测单一的、理想化降雨条件下的平顺坡面水土流失整体变化，不能模拟复杂环境下的、复杂坡面（如山区、消落带等）的实际水土流失情况。由于上述缺陷，常规实验方法采集的数据与实际情况往往存在较大的误差，例如，室内实验中人工降雨常设为均匀雨强，忽略了现实中降雨所受的变风场影响，此时实验所采集的水土流失空间信息就会明显偏离了实际情况，导致难以得出水土流失的动态规律。随着当前极端天气的频繁发生，急需一种可以模拟复合极端气象条件下的水土流失实验装置，为解决更复杂的环境条件下水土流失保护提供可靠的技术解决方案。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种针对在复合极端气象条件下的坡面水土流失的室内模拟技术方案，通过发明一种包括实验台、复合极端环境模拟装置和控制系统单元，精确模拟和测量复杂坡面土壤在极端降雨、冻雨、暴雪、强风、洪水、温差等单一的或者复合的极端气象条件下复杂坡面冲刷、侵蚀、移动、堆积与流失等破坏现象，为流域水文水资源观测与监控提供准确数据。