变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及土壤入渗监测领域，提供一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法，是将现有的变坡实验钢槽分为各个不同深度的条形槽，在各个条形槽前端的底部设置渗流出水口，使用渗流收集器与该渗流出水口连通，通过改变各个条形槽的坡度以及对其内部土壤降水的强度，观测并计算不同土层厚度在不同降雨强度和坡度下的入渗时间及入渗速率，确定不同土层入渗产流的降雨阈值，评估不同土壤层及其理化性质对入渗的贡献率，便于对比不同土壤厚度和土层组成的产流、入渗和产沙量差别，找寻不同土壤厚度、不同土壤层控制径流及入渗产量的影响因子（如土壤质地、孔隙度、有机质含量、矿质营养物质含量等），其制作简单，推广容易，操作快捷。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及土壤入渗监测领域，提供一种，是将现有的变坡实验钢槽分为各个不同深度的条形槽，在各个条形槽前端的底部设置渗流出水口，使用渗流收集器与该渗流出水口连通，通过改变各个条形槽的坡度以及对其内部土壤降水的强度，观测并计算不同土层厚度在不同降雨强度和坡度下的入渗时间及入渗速率，确定不同土层入渗产流的降雨阈值，评估不同土壤层及其理化性质对入渗的贡献率，便于对比不同土壤厚度和土层组成的产流、入渗和产沙量差别，找寻不同土壤厚度、不同土壤层控制径流及入渗产量的影响因子（如土壤质地、孔隙度、有机质含量、矿质营养物质含量等），其制作简单，推广容易，操作快捷。【专利说明】
本专利技术涉及土壤渗水能力监测领域，特别涉及一种。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术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，本专利技术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SI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)有益效果本专利技术提出的一种，通过坡度可变的阶梯槽，以及可装有不同厚度土壤层的条形槽，可以同时确定降雨特征与入渗深度的关系，观测不同土层厚度在不同降雨强度下的入渗时间及入渗速率，确定不同土层入渗产流的降雨阈值，评估不同土壤层及其理化性质对入渗的贡献率，根据径流收集器收集到的水和泥沙量，以及渗流收集器收集到的水量，可以对比不同土壤厚度土层组成的产流、入渗和产沙量差别。观测土壤每一个层次对径流、入渗和泥沙产量的影响，同时找寻不同土壤厚度、不同土壤层控制径流及入渗产量的影响因子(如土壤质地、孔隙度、有机质含量、矿质营养物质含量等)，以便人为针对不同土壤层次和发育阶段进行土壤修整和改善，为水源涵养生态系统功能修复提供有利科学依据。且本专利技术制作简单，推广容易，操作快捷。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施例的一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1，本专利技术实施例提出的一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置，其包括，阶梯槽1、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2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 3，较佳的，径流出水口距其所在条形槽的槽口 15cm为宜，各个条形槽2的前端底部设有渗流出水口 4，渗流出水口 4的底端边缘延伸至条形槽2的槽底，避免条形槽的槽底产生积水，影响测量数据的准确性，所述径流出水口 3与所述径流收集器连通，所述渗流出水口 4与所述渗流收集器连通，所述阶梯槽I保持其槽口朝上铰接于所述支架，所述人工降雨模拟装置用于对阶梯槽进行人工降雨，所述人工降雨模拟装置与现有的人工降雨模拟装置相同，其一般包括喷头、供水系统、动力系统、支架等。较佳的，所述径流出水口 3的前端为V字型，使各个条形槽中土壤上的径流汇集，便于流入径流收集器中。较佳的，上述渗流出水口 4为多个，均匀分布在各个条形槽前端的底部，使入渗到各个条形槽底部的水更容易流出。本监测装置通过支架支撑在地面上，由于阶梯槽I与支架之间为铰接，可手动转动阶梯槽I与之间之间所成的角度，使阶梯槽的各个条形槽中的土壤形成不同的坡度，再通过人工降雨模拟装置向各个条形槽中进行人工降雨，通过人工降雨模拟装置的控制降雨的强度，从而模拟不同强度的降雨环境。记录阶梯槽中的土壤在不同坡度及降雨强度条件下，阶梯槽的各个条形槽前端底部的渗流出水口的出水时间，测量渗流收集器中收集到的水量，并记下收集到该水量所需的时间，进而得知出各个条形槽的渗流出水口的出水速度，根据条形槽的面积推算不同土壤层厚度的土壤在不同坡度下、不同降雨强度下的入渗时间，入渗量以及入渗速率。较佳的，各个所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变坡土壤径流与入渗特征监测装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高吉喜，郑好，田美荣，冯朝阳，邹长新，王燕，
申请(专利权)人：环境保护部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32