野外原位观测坡面径流-基质流-优先流水分运移的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种野外原位观测坡面径流

【技术实现步骤摘要】
野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移的系统


[0001]本技术涉及土壤学以及水文学
，更具体涉及一种野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移的系统。

技术介绍

[0002]地表水和土壤水在水文循环中是不可分割的整体，均是“四水”中的一部分。水分运移对土壤水分的分布格局、储存能力起着至关重要的作用。土壤水中，优先流是土壤中重要的水分和溶质运移过程，也是林地水文循环的主要因素，这种不符合达西定律的非平衡流广泛存在于多种生态环境的土壤中。优先流的存在不仅改变了土壤水分运动，而且改变了地表径流运动，也即，优先流与基质流和地表径流之间存在着密切的关系。但是，当前关于地表水与土壤水的研究大多采用单独的观测方法或模拟方法，存在一些不足。例如单独模拟观测土壤水的运动过程，由于缺少源汇项的信息会造成水文信息的缺失，会导致模拟结果误差较大；单独模拟地表水的运动，部分流体会因为发生入渗而造成模拟误差值较大。
[0003]因此，需要一种新的技术和装置，能够高效精确地观测或模拟实际地面和土壤中的水分运移，以至少部分消除现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，本技术的目的在于提供一种野外原位观测坡面径流、基质流和优先流水分运移过程的方法及系统，可以同时观测地表水与土壤水的运移，进而定量分析水分运动情况，以构建出较为完整的水分运移过程中的水量平衡体系。
[0005]根据本技术的一方面，提供一种野外原位观测坡面径流、基质流和优先流水分运移过程的系统，其包括：模拟降雨器、坡面径流集水装置、土壤水集水装置、坡面径流流量收集器、土壤水流量收集器以及数据采集处理器；
[0006]其中，坡面径流集水装置包括坡面径流集流框以及坡面径流集流槽；所述坡面径流集流框用于设置在待观测的野外坡面上，所述坡面径流集流框包括开口，模拟降雨器中的降雨降落到待观测的野外坡面上之后，坡面径流流经所述开口进入坡面径流集流槽中；然后进入坡面径流流量收集器中；
[0007]其中，土壤水集水装置包括底面、设置在底面部分周边上的挡水板以及设置在挡水板上的集水口；土壤水集水装置用于设置在待观测的野外坡面的地下土壤层中，以收集来自模拟降雨器中降雨流经土壤之后的基质流和优先流，之后通过集水口进入土壤水流量收集器中，
[0008]所述坡面径流流量收集器和土壤水流量收集器底部设置有压力传感器，能够实时读取收集器中流体的压力；
[0009]所述数据采集处理器与所述坡面径流流量收集器和土壤水流量收集器中的压力传感器连接，用于采集并处理数据。
[0010]根据本技术的实施方案，所述坡面径流集流槽上设置有防泥沙布。
[0011]根据本技术的实施方案，所述集水口上设置有防泥沙布。
[0012]根据本技术的实施方案，所述坡面径流集流槽包括集水管以及集水过渡部，集水过渡部的一端用于邻接所述开口，另一端连接集水管，所述防泥沙布设置在集水过渡部的朝向集水管逐渐收窄的倾斜面上。
[0013]根据本技术的实施方案，所述坡面径流集流槽还包括用于集水过渡部的盖。
[0014]根据本技术的另一方面，提供一种野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移过程的方法，包括：
[0015](1)对野外坡面样地进行处理，包括清除地表上的杂物，挖出坡面下游土壤以在下游形成土壤垂直剖面，以及在土壤垂直剖面的底部形成地下水平集水剖面；
[0016](2)将坡面径流集水装置设置在处理后的坡面上以限定出试验坡面，并将土壤水集水装置设置在地下水平集水剖面中，其中，所述地下水平集水剖面与试验坡面相对应；
[0017](3)利用示踪液，例如染色溶液，优选亮蓝溶液，对试验坡面进行模拟降雨试验；
[0018](4)利用收集器和数据采集处理器实时收集和记录通过坡面径流集水装置流出的坡面径流和通过土壤水集水装置流出的壤中流的动态量；
[0019](5)模拟降雨结束后，利用防水覆盖物来覆盖所述坡面径流集水装置以及试验坡面，在预定时间之后，移除防水覆盖物以及坡面径流集水装置；
[0020](6)在试验坡面中选取水平剖面挖取区和垂直剖面挖取区，分别在水平剖面挖取区和垂直剖面挖取区进行挖取，以依次形成多个水平剖面以及多个垂直剖面，并且在形成每一个水平剖面和每一个垂直剖面时利用记录设备例如图像采集设备来记录剖面；以及
[0021](7)利用步骤(4)的动态量以及步骤(6)的记录和分析结果来分析径流
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基质流
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优先流水分运移过程。
[0022]根据本技术的实施方案，步骤(4)中，所述坡面径流集水装置、土壤水集水装置中均设有防泥沙布，以防止泥沙等流入收集器。
[0023]根据本技术的实施方案，所述水平剖面挖取区和垂直剖面挖取区与试验坡面的边界之间具有缓冲区。
[0024]根据本技术的实施方案，步骤(6)中，所述水平剖面挖取区与所述垂直剖面挖取区之间具有缓冲区。
[0025]根据本技术的实施方案，步骤(6)中，针对水平剖面挖取区和垂直剖面挖取区，先挖取与步骤(1)中所述土壤垂直剖面更靠近的区，以形成所述多个水平剖面或所述多个垂直剖面，然后再挖取另一个区。
[0026]根据本技术的实施方案，步骤(6)中，还包括在挖取形成多个水平剖面以及多个垂直剖面的过程中在每一个剖面上采取土壤样品，用于优先流水平方向和垂直方向运移特征分析，该分析结果可以用于步骤(7)中。
[0027]本技术的坡面径流
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基质流
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优先流水分运移过程观测系统和方法能够同时观测优先流存在下的地表径流及土壤水的水分运移规律，并且操作简单，可以适用于多种土地利用类型。
附图说明
[0028]附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
[0029]图1为根据本技术一个实施方案的野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移系统的整体结构示意图；
[0030]图2为根据本技术一个实施方案的坡面径流集水装置的结构示意图；
[0031]图3为根据本技术一个实施方案的土壤水流量收集器的结构示意图；
[0032]图4为根据本技术一个实施方案的野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移过程的方法的流程示意图；
[0033]图5为根据本技术一个实施方案的水平剖面挖取区和垂直剖面挖取区的示意图；以及
[0034]图6为根据本技术一个实施方案的水平剖面和垂直剖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种野外原位观测坡面径流
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基质流
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优先流水分运移的系统，其特征在于，包括：模拟降雨器(10)、坡面径流集水装置(20)、土壤水集水装置(30)、坡面径流流量收集器(40)、土壤水流量收集器(50)以及数据采集处理器(60)；其中，坡面径流集水装置(20)包括坡面径流集流框(21)以及坡面径流集流槽(22)；所述坡面径流集流框(21)用于设置在待观测的野外坡面上，所述坡面径流集流框(21)包括开口(211)，模拟降雨器(10)中的降雨降落到待观测的野外坡面上之后，坡面径流流经所述开口(211)进入坡面径流集流槽(22)中；然后进入坡面径流流量收集器(40)中；其中，土壤水集水装置(30)包括底面(31)、设置在底面部分周边上的挡水板(32)以及设置在挡水板上的集水口(33)；土壤水集水装置(30)用于设置在待观测的野外坡面的地下土壤层中，以收集来自模拟降雨器(10)中降雨流经土壤之后的基质流和优先流，之后通过集水口(33)进入土壤水流量收集器(50)中，所述坡面径流流量收集器(40)和土壤水流量收集器(50)底部设置有压力传感器，能够实时读取收集器中流体的压力；所述数据采集处理器(60)与所述坡面径流流量收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛健植，王迪，蔺星娜，骆紫藤，苗禹博，佟兆庆，杨涛，梁小倩，黄迦勒，杨振国，邱啟璜，吴昊阳，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：