[发明专利]变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤渗水能力监测领域，特别涉及一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法。

背景技术

地表径流、土壤入渗以及降雨溅蚀是中国最常见的侵蚀类型，同时，径流及入渗特征又是土壤水分平衡、生态系统水循环的重要影响因素，是生态系统水文研究中重要的组成部分（LI et al.2012；Hany EI Kateb et al.2013）。为了不受地形、微气候等环境因子影响，目前针对径流、入渗及土壤侵蚀（泥沙产量）机理特征的研究常采用实验室人工降雨的方法来进行模拟，并越来越引起研究人员的关注。如我国生产的新型“变坡实验钢槽”为可移动式液压升降钢槽，主要用于研究土壤在不同坡度坡面，在不同降雨情况下，地表产流及土壤侵蚀产沙特征。又如雷霆武等（2006）运用自行创造的“产渗流入渗仪”在两种坡度及降雨强度组合条件下，观测了地表径流和入渗产量。

然而现有的这些实验只关注于整体、单层土壤，观测设备同一土壤厚度，不能在实验室降雨条件下模拟和比较原状土壤不同土层厚度的入渗特征。水分迁移及能量转换需要依靠土壤为介质进行，而不同土壤深度具有一定异质性，入渗特征就会因为土壤深度不同（压力不同）及各土层土壤理化性质的不同而有所差异。大量研究表明，有机质、矿物营养元素等随着土壤层的加深而减小，土壤质地随着土壤层的加深而变粗，土壤孔隙度减小，而入渗过程与土壤土壤孔隙度、有机质含量，砂粒组分等具有显著的正相关关系（Winzig,2000；Jin-Ling Yang,2011；Brandon Reynolds,2012）。因此在不同降雨量及降雨强度条件下，同步观测原状土壤产流产沙量、土壤入渗深度、不同土壤层的入渗起止时间、入渗速率、入渗量等，将土壤径流-入渗过程的研究进一步细化显得尤为重要。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有技术不能在实验室降雨条件下模拟和比较原状土壤不同土层厚度的入渗特征。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置，其包括：阶梯槽、径流收集器、渗流收集器、支架、以及人工降雨模拟装置，所述阶梯槽由多个不同深度的条形槽并排连接而成，各个所述条形槽的前端的顶部设有径流出水口，底部设有渗流出水口，所述径流出水口与所述径流收集器连通，所述渗流出水口与所述渗流收集器连通，所述阶梯槽保持其槽口朝上并铰接于所述支架，所述人工降雨模拟装置用于对阶梯槽中的土壤进行人工降雨。

优选的，所述径流出水口的前端为V字型。

优选的，所述渗流出水口为倒三角形。

优选的，各个所述条形槽的槽底铺设有细沙，所述细沙的高度高于所述渗流出水口的高度。

优选的，所述细沙上铺设有纱布，所述纱布的边缘将所述细沙与所述渗流出水口隔开。

优选的，所述阶梯槽与所述支架之间设有液压装置，所述阶梯槽通过所述液压装置改变与所述支架所成的角度。

优选的，所述阶梯槽与所述支架的铰接处设有角度标尺，用于标示所述阶梯槽与所述支架之间所成的角度。

优选的，所述支架的底部设有滚轮。

一种基于上述变坡土壤径流与入渗特征监测装置的监测方法，其包括以下步骤：

S1、在同一地段分别采集距地表不同厚度的土壤放入各个条形槽中，并保证各个条形槽中的土壤高度与径流出水口的高度一致；

S2、设置阶梯槽相对于所述支架不同的倾斜程度，控制人工降雨模拟装置不同的降雨强度，并相应地记录各个径流收集器接收到的产流产沙量、各个所述条形槽的渗流出水口的出水时间、各个渗流收集器中收集到的水的水量以及收集到该水量所需的时间；

S3、根据步骤S2中所记录的数据，计算出各个不同厚度土壤的入渗速率以及各个不同厚度土壤的入渗与径流关系。

优选的，步骤S1中，取土时，采用分层分块的截取方式，再累积放入槽内，以减轻对原状土的扰动。

（三）有益效果