[发明专利]一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法

说明书

本发明公开了一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法。首先建立坡面模型，对模型进行设置；采用间歇性降雨试验；降雨前对测量区域及定位球扫描，获得初始地形点云数据；降雨中对模型进行坡面水力学参数测量；降雨暂停时扫描，获得坡面地形的时序演变过程；结束后对最终侵蚀地形扫描，获得其点云数据；对获得的点云数据处理，得到坡面侵蚀量及其空间分布特征；从测量数据中选取与坡面地形测量时间同步的坡面水力学参数，得到该坡面地形下相对应的坡面水力学参数分布，由此得到与坡面地形演变过程相对应的水力学参数时序变化过程。本发明实现了对一个连续坡面地形演变过程的动态监测，精确测量泥沙冲淤分布，测量快速、准确、可靠性好。

一、技术领域：

本发明涉及一种坡面水蚀过程的动态监测方法，具体涉及一种能够实现坡面微地貌演变过程与坡面水蚀动力参数动态变化相耦合的测量方法即一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法。

二、背景技术：

水土流失已成为全球性的资源环境问题。尤其在黄土高原地区，大陆性季风气候带来的多暴雨条件，以及黄土疏松多孔、遇水沉陷的特性，使黄土坡地极易受到水力侵蚀，在黄河每年输入下游的16亿t泥沙中约有40％～60％来自黄土高原坡耕地。坡面水蚀既是坡耕地表土和养分流失的主要原因，又是水体非点源污染的重要来源，是该地区土壤贫瘠、土地沙化、生态环境恶化的根源。

在坡面水蚀过程中，坡面地形演变与水蚀过程组成了一个微型水文地貌耦合系统，此系统以降雨径流为主要驱动力，通过水沙运移和能量交换迫使坡面地形不断变化，进而深刻地影响坡面径流、入渗、泥沙输移和产流产沙等一系列水蚀过程。因此，坡面地形的不断变化加剧了水流与土体间的互反馈作用，使其非线性特征更加突出，水沙输移特性将发生本质改变，对流域侵蚀产沙过程有着深远的影响。

但是，坡面地形演变是一个随时空不断变化的动态过程，必须在短时间内捕捉到某一时间点的形态。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过程和结果产生较大影响，单个因素对土壤侵蚀动力过程的定量作用难以剥离，且野外原型观测试验，需在室外天然降雨条件下进行，难以实现地貌形态的快速测量与采集。因此，为了获得坡面地貌形态随降雨强度、历时的变化过程，需要在严格控制动力条件和边界条件下，进行室内模拟降雨试验。

目前，国内外对室内土壤侵蚀过程模拟试验的观测多是基于单一过程，将坡面地形测量与坡面水蚀动力参数测量割裂开来，作为两个孤立的过程分别进行观测，而将坡面地形演变及水蚀过程作为一个耦合系统进行整体观测的试验研究目前尚未有关报道。坡面地形演变过程中对应的土壤侵蚀动力参数变化过程难以定量，极大制约了土壤侵蚀过程与机理的深入研究。现有坡面尺度模拟试验只观测场次降雨结束后的坡面地形，然而坡面侵蚀产沙过程是一个由坡面地形连续变化、水沙输移过程连续变化所构成的完整的水文水力学系统，只测量场次降雨结束后最终的坡面地形，或将坡面地形演变和水蚀动力参数变化作为两个孤立的过程加以试验研究都是不够的。因此，对包括有坡面地貌演变和水蚀动力过程组成的完整坡面的水蚀过程进行动态监测，是非常必要的。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中将坡面地形测量与坡面水蚀动力参数测量作为两个孤立的过程分别进行监测，坡面地形动态变化过程不易获取等弊端，本发明提供一种用于坡面地形演变与水蚀过程相耦合的动态监测方法即一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法。本发明方法不仅能够获取坡面地形的动态变化过程，而且能够获取在某一坡面地形状态下坡面水动力参数的分布，得到与地形变化过程相对应的水动力参数时序变化过程。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法，所述动态监测方法包括以下步骤：

a、建立坡面模型：测定坡面模型的土壤容重、前期土壤含水量；将坡面模型由下至上设置多个观测断面；