[发明专利]一种适宜高异质性喀斯特坡地的微型土壤水文监测系统

说明书

技术领域

本发明属于生态、水文、土壤侵蚀和水土保持领域，更具体涉及一种适宜高异质性喀斯特坡地的微型土壤水文监测系统，适合于教学、科研和环保部门进行自然和人为影响下的坡地水文过程、水分和养分输移的系统测定和研究。

背景技术

中国西南喀斯特地区成土过程十分缓慢，浅薄土层蓄水能力弱，加之丰富的岩溶孔隙、裂隙结构，地表水大量渗漏，地下水污染日趋严重，旱涝灾害频繁，水是解决喀斯特地区生态问题，实现社会经济可持续发展的关键。最近，在西南喀斯特地区，土壤蠕移和漏失过程，土壤包气带强烈的界面水文和界面反应过程，坡面降水的强烈入渗现象，土壤养分的快速流失途径等均受到相关研究者的广泛关注，这些现象和过程都不同程度地受到喀斯特土壤包气带水文过程的驱动。

国内前期研究表明，喀斯特坡地地表径流系数小于5%，降雨几乎全部入渗。然而，由于喀斯特地区地表地下异质性极其明显，对占降雨绝大部分比例的入渗水的去向问题的研究一直是个难点，很少有人设计兼顾地表径流、壤中流、深层渗漏等过程的近地表水文监测系统，通过原位试验的方法对入渗水文路径作进一步细分。因此，尽管研究发现西南喀斯特地区地表径流系数很小，该地区与水土过程相关的大部分研究方法仍然参照类似黄土高原等以地表径流为主要水文过程的坡面监测方法，这显然达不到预期效果。

目前，国内相关薄层坡地近地表水文监测方法普遍针对尺度较大的小区、坡面或流域，然而，由于喀斯特地区特有的坡面土壤不连续性和极强异质性，如果在此种类型区域应用大尺度上的传统近地表水文过程观测方法，将不可避免地造成坡面异质性水文过程的均一化，因而无法识别和区分此类地区特殊异质性小生境所具备的特殊近地表水土过程。其次，传统近地表水文监测往往是在室内模拟或野外径流回填小区进行，回填破坏了土壤原有的大孔隙结构，影响到土壤剖面水分运移过程。第三，目前大部分近地表水文监测系统的修建过程中，往往会用到水泥砂浆等容易污染出流水水化学性质的建筑材料，从而很难在监测水文过程的同时兼顾水化学过程。

因此，将喀斯特等高异质性坡地土壤表层到岩土界面这一关键带作为整体，在充分考虑监测方法体系水文识别分辨率、代表性、水文过程和水化学过程的耦合等方面的适宜性的基础上，创建适合此类高度异质性环境背景的近地表水文监测研究新方法，在原位开展异质性小生境结构特征与界面产流过程之间耦合规律的研究，能够加深该类地区近地表降雨分配及水文过程、土壤及养分漏失机理、岩溶作用与碳循环、植被水分适应机制等方面的认识。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种适用于喀斯特等高异质性坡地土壤水文监测的微型系统，该系统具有较高的水文识别分辨率，制作和安装过程简单，不破坏原有土体岩石构造，能够在监测水文过程的同时兼顾水化学指标，解决了在喀斯特等高异质性坡地上监测土壤水文过程的难点，能够为该类地区水文过程、土壤及养分漏失机理、岩溶作用与碳循环、植被水分适应机制等方面的研究提供基础平台。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种适宜高异质性喀斯特坡地的微型土壤水文监测系统，由微型坡地小区、微型壤中流集流系统和微型地表径流集流槽构成。左边界隔水墙、右边界隔水墙、上边界隔水墙、左边界隔水墙固定孔、右边界隔水墙固定孔、土体、基岩、下坡位土壤剖面构成微型坡地小区；第一角钢、第一不锈钢导流管、打孔PVC管、第一矩形挡板、第二矩形挡板、第一卡槽、第二卡槽、第三卡槽、第四卡槽、铝塑板、薄铝板构成微型壤中流集流系统；第二角钢、第二不锈钢导流管、第三矩形挡板、第四矩形挡板、直角梯形挡板、第三矩形挡板固定孔、第四矩形挡板固定孔构成微型地表径流集流槽。其连接关系是：在微型坡地小区下坡位土壤剖面的岩-土界面以下15cm处插入微型壤中流集流系统，收集微型坡地小区岩土界面以上土体中的壤中流，在下坡位土壤剖面上地表的位置插入微型地表径流集流槽，微型地表径流集流槽中的第二角钢底面与微型壤中流集流系统中铝塑板和薄铝板顶面保持紧密接触，第三矩形挡板固定孔与左边界隔水墙固定孔对齐并用螺丝固定，第四矩形挡板固定孔与右边界隔水墙固定孔对齐并用螺丝固定。这样保证微型地表径流集流槽和微型壤中流集流系统各自单独测定，互不干扰。