一种地块内土壤风蚀量的测量方法技术

本发明专利技术提供一种地块内土壤风蚀量的测量方法，包括：第一步：设定被测地块及边界；第二步：设置“土壤风蚀圈”；第三步：安装风速风向测量装置和收集部件；第四步：风速风向统计；第五步：土壤风蚀物流量修正；第六步：确定不同风速等级对土壤风蚀物流量的贡献；第七步：计算土壤风蚀物通量；第八步：计算土壤风蚀物尽通量；第九步：拟合土壤风蚀物尽通量与距离“土壤风蚀圈”上风向边界长度的关系，确定地块内土壤风蚀物尽通量达到饱和状态时的长度；第十步：确定其它方向在不同风速等级(i)条件下的土壤风蚀饱和长度；第十一步：将不规则形状的地块转换为等面积圆形地块；第十二步：计算各个风向上不同风速等级的风蚀量和地块内的土壤风蚀量。

【技术实现步骤摘要】
一种地块内土壤风蚀量的测量方法
本专利技术涉及一种土壤风蚀量的测量方法，特别是一种实际地块内土壤风蚀量的测量方法。
技术介绍
土壤风蚀是发生在广阔的干旱、半干旱和部分半湿润区乃至湿润区的一种自然现象，它与风、土壤物理化学特性和人为活动干扰土壤原生结构等因素有关。土壤风蚀导致土地退化已经成为全球性的环境问题和农业生产制约因素。目前，国际上有关土壤风蚀的研究焦点主要集中在地块的土壤风蚀量。地块是指具有同类属性的最小土地单位，地块的判别主要依据土壤类型、土地利用类型、地表覆被和地形的一致性,它在空间尺度上并无明确的界定。地块在生产实践中是土地利用类型的基本单元，地块土壤风蚀量测量是针对下垫面相对均匀的某一土地利用类型的地块开展的测量，是制定科学防治土壤风蚀措施的依据，直接关系到农户如何合理地利用和保护土地资源，在生产实践中最具实用价值。由多种土地利用类型和不同特征下垫面的地块所构成的更大尺度的区域性土地，其土壤风蚀量及其空间分异特征是各级政府和行业部门制定土地资源保护措施和开发利用计划、制定水土保持措施对策、实施生态环境评价的关键要素，对这类大尺度的区域性土壤风蚀量估算必须依赖于精准的地块土壤风蚀量测量。然而，作为土壤风蚀原动力的风，无论是风速还是风向都是随机发生的，而且风对土壤的侵蚀方向以及对土壤风蚀物的搬运方向具有极大的不确定性，形成了土壤风蚀的无边界性，这也是国内外对地块土壤风蚀量测量所面临的巨大困难。目前测量土壤风蚀量的方法通常分为：1)使用土壤风蚀测定盘进行野外土壤风蚀量测定，方法步骤通常为首先选定平整的测定，然后测定该定测定地的土壤含水量，此后按照风蚀测定盘体积大小取相应体积的土壤，然后测定土壤机械组成，在室外测定期结束后，将盘中土壤取出测定含水量，测定土壤机械组成，并按照一定的公式测定出土壤风蚀量以及同粒径土壤风蚀量等土壤风蚀量的测量参数。2)如中国专利CN103454063A中公开的农田土壤年风蚀量的估算，方法步骤包括：分别采集耕作层表层土壤与耕作层下层土壤，进行干筛筛分分析以检测所述表层土壤和所述下层土壤中可蚀性颗粒和不可蚀性颗粒的含量，代入公式计算，得到土壤年风蚀量。这些现有技术存在如下问题：设定的土壤风蚀盘体积通常不能过大，一般1m2，因此不能反映地块内土壤风蚀的情况，更不能反映整个地区典型的土壤风蚀状况，并且测量过程没有融合风向风速等信息，不能获得更为精准的数据。中国专利CN103454063A中公开的农田土壤年风蚀量的估算，仅能估算地块内某一时段的平均风蚀量；在该方法中，被测地块内的可蚀性颗粒大小是直接决定土壤风蚀量估算值的关键参数，而目前对不同地块内的可蚀性颗粒大小还不能做到精准的计算。本专利技术能够克服现有技术的不足，从而为后续的风向风速与土壤风蚀量关系的研究以及土壤风蚀治理提供更有效的数据来源。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种地块内土壤风蚀量的测量方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案包括提供一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其技术方案如下：一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：首先，设置被测地块及土壤风蚀圈，然后，测量风速风向，此后，计算与土壤风蚀通量相关物理量以及土壤风蚀饱和长度，最后，进行地块转换以及地块内的土壤风蚀量的计算。优选的，一种地块内土壤风蚀量的测量方法包括如下步骤：所述设置被测地块及土壤风蚀圈包括：第一步：设定被测地块，确定被测地块边界；第二步：在第一步确定的地块上风向位置设置一个“土壤风蚀圈”；所述测量风速风向包括：第三步：在第二步设置的“土壤风蚀圈”中心安装风速风向测量装置，在“土壤风蚀圈”内部和边缘设置的收集部件；第四步：进行风速风向统计；所述计算与土壤风蚀通量相关物理量以及土壤风蚀饱和长度包括：第五步：进行土壤风蚀物流量修正；第六步：确定不同风速等级对土壤风蚀物流量的贡献。第七步：计算各风向上土壤风蚀物通量；第八步：根据第七步获得的各收集部件在不同风速等级条件下的土壤风蚀物通量，以主风向上的收集部件为标准，计算该方向上的每个收集部件位置的土壤风蚀物尽通量(即剔除被测地块范围以外输入的风蚀物通量之后，测量得到的“土壤风蚀圈”内土壤风蚀物尽通量)；第九步：根据第八步获得的各收集部件在不同风速等级条件下，主风向上各位置的尽土壤风蚀物通量，确定地块内尽土壤风蚀物通量达到饱和状态时的长度；第十步：根据第九步获得的各收集部件在不同风速等级条件下的土壤风蚀饱和长度，确定其它方向在不同风速等级条件下的土壤风蚀饱和长度；所述进行地块转换以及地块内的土壤风蚀量的计算包括：第十一步：将不规则形状的地块转换为等面积的规则形状的地块。第十二步：根据第九步、第十步和第十一步计算结果，以及各风向上地块边界间的距离，计算地块内的土壤风蚀量。优选的，第一步中所述被测地块边界是依据地块的定义确定的，所确定的地块是指在空间上连续，地块边界范围内具有相同的土壤类型、土地利用类型、地表覆被和地形特征的土地单元，地块大小为可勘测的任意大小。优选的，第二步中所述“土壤风蚀圈”位于被测地块内的上风向，“土壤风蚀圈”的设置规格的范围大于65m×65m，“土壤风蚀圈”直径大于25m，“土壤风蚀圈”周围无需做不可蚀处理。优选的，第三步中所述风速风向测量装置的测风立杆总高度范围为2.0-10.0米，在测风立杆总高度范围上按照“下密上稀”的规则分别设置5-10个风速感应器，以及1个高度大于测风立杆高度的风向感应器，风向感应器置于测风立杆顶端，土壤风蚀圈内沿主风向设置多对收集部件，在“土壤风蚀圈”边缘其它方位分别设置一对收集部件，每对收集部件并列安置、开口方向相反，每对收集部件编号用k和-k表示，以“土壤风蚀圈”中心为分界点，开口朝向“土壤风蚀圈”外侧的收集部件用k表示，开口相反的收集部件用-k表示，用于测量土壤风蚀发生时产生的土壤颗粒流量，根据测量的精度要求以及数据量要求确定测量时间，测量时，将每个收集腔内的沙尘倒出，称取质量，并换算成单位为g/cm2·hr。优选的，第四步通过如下实现：记录风速风向数据，根据所述数据按照风向分组，每一个风向为一组，其中静风不予统计，设置统计时间周期，然后，在多组风向统计数据支持下，计算每个风向不同风速等级的累计时间，所述累计单位为小时。优选的，第五步中对土壤风蚀物修正时，首先，在大型风沙环境风洞内，确定与地块相同地表状态条件下，不同风速时的收集部件的收集效率λi，其中i表示第i个风速等级，对收集部件所收集的土壤风蚀物流量进行修正q(k,-k)＝q′(k,-k)/λi，式中q(k,-k)为每个收集部件被修正后的实际土壤风蚀物流量，q′(k,-k)为每个收集部件测得的土壤风蚀物流量。优选的，第六步确定不同风速对土壤风蚀物流量的贡献是在测量过程中一段期间内由于出现不同的风速，而需要确定不同风速情况下收集部件测量的土壤风蚀物流量之间的关系，在测量时间足够长、测得风速等级足够多的情况下，直接使用测量数据计算各风速等级对土壤风蚀物流量的贡献，在测量时间较短、测得风速等级不足的情况下，在大型风沙环境风洞内测定不同等级风速下收集部件测量的土壤风蚀物流量，选择与“土壤风蚀圈”内一定高度一定风速为基准的对应风速，确定实际风速与基准风速下土壤风蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：首先，设置被测地块及土壤风蚀圈，然后，测量风速风向，此后，计算与土壤风蚀通量相关物理量以及土壤风蚀饱和长度，最后，进行地块转换以及地块内的土壤风蚀量的计算。

【技术特征摘要】
1.一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：首先，设置被测地块及土壤风蚀圈，然后，测量风速风向，此后，计算与土壤风蚀通量相关物理量以及土壤风蚀饱和长度，最后，进行地块转换以及地块内的土壤风蚀量的计算。2.根据权利要求1的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于包括如下步骤：所述设置被测地块及土壤风蚀圈包括：第一步：设定被测地块，确定被测地块边界；第二步：在第一步设置的地块上风向位置设置一个“土壤风蚀圈”；所述测量风速风向包括：第三步：在第二步设置的“土壤风蚀圈”中心安装风速风向测量装置，在“土壤风蚀圈”内部和边缘设置的收集部件；第四步：进行风速风向统计；所述计算与土壤风蚀通量相关物理量以及土壤风蚀饱和长度包括：第五步：进行土壤风蚀物流量修正；第六步：确定不同风速等级对土壤风蚀物流量的贡献；第七步：计算各风向上土壤风蚀物通量；第八步：根据第七步获得的各收集部件在不同风速等级条件下的土壤风蚀物通量，以主风向上的收集部件为标准，计算该方向上的每个收集部件位置的土壤风蚀物尽通量；第九步：根据第八步获得的各收集部件在不同风速等级条件下，主风向上各位置的土壤风蚀物尽通量，拟合土壤风蚀物通量与距离“土壤风蚀圈”上风向边界长度的关系，确定地块内土壤风蚀物尽通量达到饱和状态时的长度，也就是“土壤风蚀饱和长度”；第十步：根据第九步获得的各收集部件在不同风速等级条件下的土壤风蚀饱和长度，确定其它方向在不同风速等级条件下的土壤风蚀饱和长度；所述进行地块转换以及地块内的土壤风蚀量的计算包括：第十一步：将不规则形状的被测地块转换为具有相等面积的规则形状的地块；第十二步：根据第九步、第十步和第十一步计算结果，以及各风向上地块边界间的距离，计算地块内的土壤风蚀量。3.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第一步中所述的地块是指在空间上连续，地块边界范围内具有相同的土壤类型、土地利用类型、地表覆被和地形特征的土地单元，地块大小为可勘测的任意大小。4.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第二步中所述“土壤风蚀圈”设置在被测地块的上风向紧邻地块边界处，“土壤风蚀圈”的设置规格的范围大于65m×65m，“土壤风蚀圈”直径大于25m，“土壤风蚀圈”周围无需做不可蚀处理。5.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第三步中所述风速风向测量装置的测风立杆总高度范围为2.0-10.0米，在测风立杆总高度范围上按照“下密上稀”的规则分别设置5-10个风速感应器，以及1个高度大于测风立杆高度的风向感应器，风向感应器置于测风立杆顶端，土壤风蚀圈内沿主风向设置多对收集部件，在“土壤风蚀圈”边缘其它方位分别设置一对收集部件，每对收集部件并列安置、开口方向相反，每对收集部件编号用k和-k表示，以“土壤风蚀圈”中心为分界点，开口朝向“土壤风蚀圈”外侧的收集部件用k表示，开口相反的收集部件用-k表示，用于测量土壤风蚀发生时产生的土壤颗粒流量，根据测量的精度要求以及数据量要求确定测量时间，测量时，将每个收集腔内的沙尘倒出，称取质量，并换算成单位为g/cm2·hr。6.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第四步通过如下实现：记录风速风向数据，根据所述数据按照风向分组，每一个风向为一组，其中静风不予统计，设置统计时间周期，然后，在多组风向统计数据支持下，计算每个风向不同风速等级的累计时间，所述累计单位为小时。7.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第五步中对土壤风蚀物修正时，首先，在大型风沙环境风洞内，确定与地块相同地表状态条件下，不同风速时的收集部件的收集效率λi，其中i表示第i个风速等级，对收集部件所收集的土壤风蚀物流量进行修正q(k,-k)＝q′(k,-k)/λi，式中q(k,-k)为每个收集部件被修正后的实际土壤风蚀物流量，q′(k,-k)为每个收集部件测得的土壤风蚀物流量。8.根据权利要求2的一种地块内土壤风蚀量的测量方法，其特征在于：所述第六步确定不同风速对土壤风蚀物流量的贡献是在测量过程中一段期间会出现不同的风速，需要确定不同风速情况下收集部件测量的土壤风蚀物流...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹学勇，张春来，程宏，亢力强，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11