一种野外复合侵蚀观测小区构造及其应用方法技术

本发明专利技术涉及一种野外复合侵蚀观测小区构造及其应用方法。观测小区由三个并排设置的单体式水土流失监测用径流小区组成；冻融观测区全包裹透气透水层；冻融+风蚀观测区上方由挡雨盖板完全遮挡；冻融+风蚀+水蚀观测区全裸露以保证水力、风力、冻融自由作用。本发明专利技术的野外复合侵蚀观测小区可以方便地安装于各种地表类型的坡面，能够实现冻融、冻融+风蚀、冻融+风蚀+水蚀等不同侵蚀动力作用下径流小区的同步观测。使用时，在一个时间段的不同时期对观测小区进行三维地形扫描，获得不同时期的地形点云数据并生成坡面DEM，然后对比不同时期的点云数据，得到该时间段的地形变化量，经过换算得到冻融小区、冻融+风蚀小区和冻融+风蚀+水蚀的侵蚀量。

A field composite erosion observation plot structure and its application method

【技术实现步骤摘要】
一种野外复合侵蚀观测小区构造及其应用方法
本专利技术涉及水土流失监测
具体涉及一种野外复合侵蚀观测小区构造及其应用方法。
技术介绍
在黄土高原风水交错带、北方农牧交错带等干旱、半干旱区域，土壤侵蚀受水力-风力-冻融的交替驱动，呈季节性周期变化，冬春季冻融、风化严重，泻溜物堆积在坡脚形成扇形坡积裙；夏秋季暴雨洪水多发，形成富含泥沙的暴雨径流，使前期堆积的粗颗粒泥沙大量向下输移，导致高强度的侵蚀产沙过程。水蚀-风蚀-冻融侵蚀是自然界水、风、温度综合作用的结果，在时空分布、能量供给、物质来源等方面相互耦合，形成了与单一的水蚀或风蚀发生机理完全不同的泥沙侵蚀、搬运、沉积过程。目前，对水土流失的监测多以单一的水蚀或风蚀为主，即将风蚀和水蚀作为两个独立的过程分别测量。如授权公告号为CN205749231U的技术专利“坡面水蚀监测装置”公开了一种能够提高测量土壤迁移量准确性的坡面水蚀监测装置；公开号为CN106813892A的专利技术专利“一种土壤风蚀圈内土壤风蚀量的测量方法”通过设置土壤风蚀圈，然后，测量风速风向，最后，计算与土壤风蚀量相关的物理参数以及土壤风蚀圈内的土壤风蚀量。然而水蚀有明显的边界，可以通过测量流域出口的径流泥沙得到，而风蚀没有明显的边界，只能通过跟踪土壤表面的变化或分析微粒来测量风蚀通量。目前，分析风蚀产沙常用的方法有直接估算法、输沙平衡法、粒度分析法、模型法、同位素示踪法等。其中，前三种方法是通过调查观测或试验，利用风力、地面条件观测、取样以及调查资料计算风蚀量，但是很难反映风蚀与水蚀之间的交互作用。同位素示踪法是通过对放射性核素137Cs、7Be的分析，确定沉积物通量的空间变化，在水蚀、风蚀测量方面表现出了一定的优越性。但是，风蚀对水蚀的影响分为风积和风化两个方面，目前的风蚀测量方法都是针对风积作用的定量观测，而对风化作用造成的影响尚无法定量，这也增加了风水交互侵蚀的研究难度。
技术实现思路
为了解决现有技术无法实现不同动力复合模式下坡面侵蚀产沙过程时空分异规律研究的问题，本专利技术提供一种用于开展野外复合侵蚀条件下原位坡面侵蚀动力观测的试验小区构造，可以监测不同时段坡面地形、泥沙粒径分布、不同岩层剥蚀速率、坡面侵蚀产沙过程。该观测小区构造结构简单，操作、维护便捷，能够监测水力、风力、冻融等不同动力复合作用下坡面侵蚀过程。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种野外复合侵蚀观测小区构造，所述观测小区由三个并排设置的单体式水土流失监测用径流小区组成，依次为冻融观测区、冻融+风蚀观测区、冻融+风蚀+水蚀观测区；所述冻融观测区全包裹透气透水层；所述冻融+风蚀观测区上方由挡雨盖板完全遮挡；所述冻融+风蚀+水蚀观测区全裸露以保证水力、风力、冻融自由作用。作为优选方案，所述径流小区之间间隔1m。作为优选方案，每个所述径流小区长为5m，宽为1m。作为优选方案，每个所述径流小区由拦挡栅和集流槽合围而成，其三面设置有拦挡栅、底端设置有集流槽，集流槽连接集流桶，所述拦挡栅包括一个上拦挡栅和位于上拦挡栅两侧的侧拦挡栅，所述上拦挡栅与集流槽相对设置。作为优选方案，集流桶的桶体上方设置桶盖，桶体下方设置排水阀门。作为优选方案，所述透水透气层为纺粘聚丙烯高分子聚合材料制成的层结构，所述透水透气层通过波浪型弹簧卡条固定在三边拦挡栅和一边集流槽上。作为优选方案，所述挡雨盖板为PC实心材料制成的采光弧形面耐力板。作为优选方案，所述挡雨盖板通过四根立杆固定于拦挡栅上，挡雨盖板边缘最低处距坡面1.3m。上述一种野外复合侵蚀观测小区构造的应用方法：在一个时间段的不同时期对观测小区进行三维地形扫描，获得不同时期的地形点云数据并生成坡面DEM，然后通过对比不同时期的地形点云数据，得到该时间段的地形变化量，经过换算得到冻融小区、冻融+风蚀小区和冻融+风蚀+水蚀的侵蚀量。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的野外复合侵蚀观测小区可以方便地安装于各种地表类型的坡面，能够实现冻融、冻融+风蚀、冻融+风蚀+水蚀等不同侵蚀动力作用下径流小区的同步观测。(2)冻融侵蚀观测区外全包裹透气透水层，既可挡风和阻挡雨滴直接击打坡面，又可使雨水自由下渗，保证土壤含水量的一致，用以观测冻融对坡面的侵蚀作用。(3)冻融+风蚀观测区顶部高位加装挡雨盖板，既可有效阻挡其上方的降雨，又可保证空气流通，用以观测冻融和风力对坡面的侵蚀作用。(4)基于冻融、冻融+风蚀、冻融+风蚀+水蚀三个小区得到的观测数据，可以得出不同侵蚀动力作用下坡面水土流失过程，分析水土流失过程随侵蚀动力变化的响应规律。附图说明图1为本专利技术一种野外复合侵蚀观测小区构造的结构示意图一。图2为本专利技术一种野外复合侵蚀观测小区构造的结构示意图二。附图中，1—冻融观测区，2—冻融+风蚀观测区，3—冻融+风蚀+水蚀观测区，4—透水透气层，5—立杆，6—挡雨盖板，7—上拦挡栅，8—侧拦挡栅，9—集流槽，10—连接管，11—桶盖，12—集流桶，13—排水阀门，14—弹簧卡条。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细的阐述，但本专利技术的保护范围并不限于以下实施例，任何本领域的技术人员在本专利技术的基础上，结合本领域公知常识所能想到的技术方案，都属于本专利技术的保护范围。实施例1如图1～2所示，本实施例的一种野外复合侵蚀观测小区设置在坡面上，该观测小区由三个并排设置的单体式水土流失监测用径流小区组成，依次为冻融观测区1、冻融+风蚀观测区2、冻融+风蚀+水蚀观测区3，每个径流小区的长均为5m，宽均为1m，小区之间间隔1m，留作测量通道。每个径流小区均由三面拦挡栅和一面集流槽9围合而成，所述拦挡栅包括一个上拦挡栅7和位于上拦挡栅7两侧的侧拦挡栅8。径流小区底端、与上拦挡栅7相对处设置有集流槽9。径流小区位于坡地，因此所述上拦挡栅7位于坡地高处，集流槽9位于坡地低处。集流槽9通过连接管10连接集流桶12，连接管10为圆柱形，外径0.1～0.2m，用于疏导径流泥沙；集流桶12与连接管10末端相连，用于收集径流泥沙，桶体规格根据当地降雨情况进行设计，桶体上方设置桶盖11，用于遮挡雨水及杂物，桶体下方设置排水阀门13，方便集流桶清理。为阻止水力和风力侵蚀，只保留冻融侵蚀作用，冻融观测区1全包裹纺粘聚丙烯高分子聚合材料制成的透水透气层4，该纺粘聚丙烯高分子聚合材料具有透气、透水、不隔热的特性，既可阻挡雨滴击溅、径流冲刷和风力作用，又可使雨水自由下渗，以保证冻融观测区1的土壤含水量和温度与外界一致，不影响冻融侵蚀作用，透水透气层4由波浪型弹簧卡条14固定在三边拦挡栅和一边集流槽9上，可拆卸。为阻止水力侵蚀，保留风力侵蚀和冻融侵蚀作用，冻融+风蚀观测区2上方设置挡雨盖板6以遮挡降雨，挡雨盖板6为PC实心材料制成的采光弧形面耐力板，通过四根立杆5固定于拦挡栅上，挡雨盖板6边缘最低处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种野外复合侵蚀观测小区构造，其特征在于，所述观测小区由三个并排设置的单体式水土流失监测用径流小区组成，依次为冻融观测区（1）、冻融+风蚀观测区（2）、冻融+风蚀+水蚀观测区（3）；/n所述冻融观测区（1）全包裹透气透水层（4）；/n所述冻融+风蚀观测区（2）上方由挡雨盖板（6）完全遮挡；/n所述冻融+风蚀+水蚀观测区（3）全裸露以保证水力、风力、冻融自由作用。/n

【技术特征摘要】
1.一种野外复合侵蚀观测小区构造，其特征在于，所述观测小区由三个并排设置的单体式水土流失监测用径流小区组成，依次为冻融观测区（1）、冻融+风蚀观测区（2）、冻融+风蚀+水蚀观测区（3）；
所述冻融观测区（1）全包裹透气透水层（4）；
所述冻融+风蚀观测区（2）上方由挡雨盖板（6）完全遮挡；
所述冻融+风蚀+水蚀观测区（3）全裸露以保证水力、风力、冻融自由作用。


2.根据权利要求1所述的一种野外复合侵蚀观测小区构造，其特征在于，所述径流小区之间间隔1m。


3.根据权利要求1所述的一种野外复合侵蚀观测小区构造，其特征在于，每个所述径流小区长为5m，宽为1m。


4.根据权利要求1所述的一种野外复合侵蚀观测小区构造，其特征在于，每个所述径流小区由拦挡栅和集流槽（9）合围而成，其三面设置有拦挡栅、底端设置有集流槽（9），集流槽（9）连接集流桶（12），所述拦挡栅包括一个上拦挡栅（7）和位于上拦挡栅（7）两侧的侧拦挡栅（8），所述上拦挡栅（7）与集流槽（9）相对设置。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张攀，姚文艺，肖培青，杨春霞，孙维营，王志慧，焦鹏，李莉，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41