專利名稱：土壤細溝可蝕性快速測定方法
技術領域：
本發明屬于水土保持技術領域，具體涉及一種土壤細溝可蝕性的快速測定方法。
背景技術：
水土流失是世界性的生態環境問題。水土流失不僅帶走大量肥沃的土壤，造成土地退化，并且將泥沙、污染物質帶入河流、湖泊與塘庫，導致洪災、水環境污染等一系列問題。坡面侵蝕，特別是細溝侵蝕是水土流失的重要原因。細溝可蝕性用來表示土壤抵抗細溝徑流沖刷的能力，是定量計算坡面侵蝕的關鍵參數，現有的測定方法主要適用于室內條件，不能滿足在自然坡面上快速測定細溝可蝕性的需要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種操作簡便和快速，并且對試驗設備和條件沒有過高的要求，適用于野外各種復雜環境下土壤的細溝可蝕性快速測定方法。本發明的技術方案如下一種細溝可蝕性快速測定方法，包括如下步驟步驟一、地表處理選取一個坡面作為試驗區，試驗區順著順坡方向長不小于3m，寬不小于1. 5m，坡度在5° -10°。去除試驗區內地表雜草，使地表裸露，并對地表進行翻耕，耙平，翻耕的深度為地表以下至少10cm。步驟二、細溝規格的確定在試驗區內按照順坡方向開挖細溝5條，細溝長度L為2m，細溝橫斷面為U型，橫斷面寬度d為5cm，深度D為5cm，溝底與坡面平行，相鄰細溝間距離IOcm ；步驟三、水分控制水分控制是測定的關鍵。因為細溝是在土壤含水量達到飽和的狀態下開始發育， 所以測定前需要通過各種措施保證土壤水分飽和1)對試驗區進行噴水，使表土盡量濕潤；2)在試驗區上方開挖水坑，并持續注入清水，通過下滲和側滲，使試驗區土壤下部飽和，以減少試驗區表土水分的下滲；3)在試驗區左右兩側開挖導流溝，并與上方水坑連通， 保持徑流持續在導流溝中流動，以從側面保證試驗區土壤的飽和。步驟四、測試設備布置在細溝的上坡方向上方有水源，水源通過供水管道給細溝供水，供水管道上有一個閥門控制徑流的流量大小和關閉，在細溝上坡方向溝頭放置雙層塑料網墊；在細溝下坡方向出口安裝集流槽，并連接塑料軟管，用于將徑流泥沙導出收集。步驟五、流量控制采用5個不同流量的清水徑流通過雙層塑料網墊分別對5個細溝進行沖刷，控制流量分別在2、4、6、8、10L/min左右。
步驟六、細溝實際流量與侵蝕率測定每aiiin用量筒通過塑料軟管取集留槽內全部的樣品一次，記錄樣品體積V與取樣時間T1，樣品體積V單位為L，取樣時間T1單位為S，利用公式R = ν/ \計算得到每個細溝內的實際流量R，流量單位為L/s ；將每個量筒內的全部樣品轉入空盒重量為W1的鋁盒中，置入烘箱于105°C溫度下
烘干M小時，然后進行稱重，獲得干沙和鋁盒總重量W2,利用公式E = ^^Ι計算得到
細溝侵蝕率Ε，細溝侵蝕率E的單位換算成kg/ (m2 · s)；步驟七、細溝流速測定采用亞甲基蘭溶液為染色劑，待細溝徑流穩定后，在細溝入口滴入染色劑，記錄染色劑隨徑流到達細溝出口的時間τ2，利用公式ν = LZT2計算得到細溝徑流的流速V，其中流速ν單位為m/s，L為細溝長度，單位為m，T2為測量時間，單位為s，重復3次取平均值；步驟八、徑流剪切力計算利用公式r = ph = pg計算得到徑流剪切力τ，式中，Y為水容重，取值9800N/
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m3;s為水力坡度，s = sink)，α為地表坡度，單位為。；h為水深，單位為m ;Q為流量，單位為L/s ；d為細溝寬度，單位為cm ；ν為細溝流速，單位為m/s ；最終計算得到的徑流剪切力 τ單位換算為N/m2 ；步驟九、細溝可蝕性計算以細溝的侵蝕率作為Y值，以徑流剪切力為X值，繪制散點圖，然后進行線性擬和， 擬和直線的斜率即為細溝可蝕性值，細溝可蝕性值的單位為kg/(m2 · s - Pa) 0采用本發明的方法測定土壤細溝可蝕性，具有如下優點1)適用于各種不同的坡面條件，對試驗環境的要求不高；2)占有較小的試驗面積；3)試驗布置簡單，主要依靠供水裝置；4)測定簡便快速，在野外完成一次測定僅需要數小時；5)測定結果可靠。
圖1為本發明試驗區內示意圖；圖2為本發明細溝的截面圖；圖3為本發明具體實施例一的散點圖。
具體實施例方式下面結合具體實例對本發明做進一步的闡述，以幫助對本發明的理解。本發明所采用的供水系統等測量設備均可在市場上購買或者簡單加工得到。實施例一試驗地點中國科學院成都山地所萬州生態環境試驗站，具體位置在重慶市萬州區長嶺鎮。具體步驟如下步驟一、地表處理
確定試驗區，將一片坡度為10°的玉米地拔掉全部玉米，并連根清除干凈。劃出試驗區沿著順坡方向長度為3m，寬度為1. 5m。將試驗區內雜草清除干凈，翻耕地表IOcm土壤，并耙平。步驟二、細溝規格的確定如附圖1、2所示，在試驗區內按照順坡方向開挖相同規格的細溝5條，細溝長度 L為ail，細溝橫斷面為U型，橫斷面寬度d為5cm，深度為5cm，溝底與坡面平行，相鄰細溝間距離至少IOcm ；步驟三、水分控制開挖試驗區上方水坑6以及兩側導流溝7，并使水坑和導流溝連通，將試驗區上方水坑及兩側導流溝充滿徑流，使試驗區充分飽和；通過下面三種方式保持土壤水分飽和，一是對試驗區進行噴水，使表土水分飽和； 二是在試驗區上方開挖的水坑6中持續注入清水，通過下滲和側滲，使試驗區土壤下部飽和；三是保持徑流持續在導流溝7中流動，從側面保證試驗區土壤水分飽和。步驟四、測試設備布置在細溝的上坡方向上面，有水源8，水源8通過供水管道10給細溝1供水，供水管道10上有一個閥門9。在使用時，通過閥門控制流量大小，將水通過雙層塑料網墊2分別對5條細溝進行徑流沖刷，在細溝下坡方向的出口安裝的集流槽3用于收集沖刷下來的水和土壤，并通過連接的塑料軟管4收集到量筒5中，進行下一步的測定。步驟五、具體測定和計算通過測定單位時間的徑流體積與設計流量進行對比，調節供水系統徑流流量，當測定流量超過設計流量時，將供水流量減少，當測定流量低于供水流量，將供水流量增加， 反復調節供水閥門直至測定流量與供水流量的誤差小于5% ；將調節后的徑流通過塑料網墊導入細溝；每aiiin用量筒通過塑料軟管取集留槽內全部的樣品一次，記錄樣品體積V與取樣時間T1，樣品體積V單位為L，取樣時間T1單位為S，利用公式R = ν/ \計算得到每個細溝內的實際流量R，流量單位為L/s ；采用亞甲基蘭溶液為染色劑，待細溝徑流穩定后，在細溝入口滴入染色劑，記錄染色劑隨徑流到達細溝出口的時間T2，利用公式ν = LZT2計算得到細溝徑流的流速V，其中流速ν單位為m/s，L為細溝長度，單位為m，T2為測量時間，單位為s，重復3次取平均值；測定的流量、流速如下表
權利要求
1.一種土壤細溝可蝕性快速測定方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、地表處理選取一個坡面作為試驗區，試驗區順著順坡方向長不小于3m，寬不小于1. 5m，去除試驗區內植被，使地表裸露，并對地表進行翻耕，并耙平； 步驟二、細溝規格的確定在試驗區內按照順坡方向開挖相同規格的細溝5條，細溝長度L為an，細溝橫斷面為U 型，橫斷面寬度d為5cm，深度為5cm，溝底與坡面平行，相鄰細溝間距離至少IOcm ； 步驟三、水分控制保持試驗區內土壤水分飽和； 步驟四、測試設備布置在細溝的上坡方向上方有水源。水源通過供水管道給細溝供水，供水管道上有一個閥門控制徑流的流量大小和關閉，在細溝上坡方向溝頭放置雙層塑料網墊；在細溝下坡方向出口安裝集流槽，并連接塑料軟管； 步驟五、流量控制采用5個不同流量的清水徑流通過雙層塑料網墊分別對5個細溝進行沖刷，控制流量分別為 2、4、6、8、10L/min ；步驟六、細溝流量與侵蝕率測定每aiiin用量簡通過塑料軟管取集留槽內全部的樣品一次，記錄樣品體積V與取樣時間 T1，樣品體積V單位為L，取樣時間T1單位為s，利用公式R = V/I\計算得到每個細溝內的實際流量R，流量單位為L/s;將每個量筒內的全部樣品轉入空盒重量為W1的鋁盒中，置入烘箱于105°C溫度下烘干24小時，然后進行稱重，獲得干沙和鋁盒總重量W2，利用公式￡ = ^^計算得到細溝侵LaTx蝕率E，細溝侵蝕率E的單位換算成kg/ (m2 · s)； 步驟七、細溝流速測定采用亞甲基蘭溶液為染色劑，待細溝徑流穩定后，在細溝入口滴入染色劑，記錄染色劑隨徑流到達細溝出口的時間T2，利用公式ν = LZT2計算得到細溝徑流的流速v，其中流速ν 單位為m/s，L為細溝長度，單位為m，T2為測量時間，單位為s，重復3次取平均值； 步驟八、徑流剪切力計算利用公式r = Ph = P^r計算得到徑流剪切力τ，式中，γ為水容重，取值9800N/m3;sνα為水力坡度，s = sink)，α為地表坡度，單位為。；h為水深，單位為m ;Q為流量，單位為 L/s;d為細溝寬度，單位為cm;v為細溝流速，單位為m/s;最終計算得到的徑流剪切力τ單位換算為N/m2 ；步驟九、細溝可蝕性計算以細溝的侵蝕率作為Y值，以徑流剪切力為X值，繪制散點圖，然后進行線性擬和，擬和直線的斜率即為細溝可蝕性值，細溝可蝕性值的單位為kg/(m2 · s - Pa) 0
2.根據權利要求1所述土壤細溝可蝕性快速測定方法，其特征在于，所述步驟一中，翻耕的深度為地表以下10cm。
3.根據權利要求1所述土壤細溝可蝕性快速測定方法，其特征在于，所述步驟三中， 保持試驗區內土壤水分飽和是通過如下方式保持的一是對試驗區進行噴水，使表土水分飽和；二是在試驗區上方開挖水坑，并持續注入清水，通過下滲和側滲，使試驗區土壤下部飽和；三是在試驗區左右兩側開挖導流溝，并與上方水坑連通，保持徑流持續在導流溝中流動，從側面保證試驗區土壤水分飽和。
全文摘要
本發明涉及一種土壤細溝可蝕性快速測定方法，是通過選取一個坡面作為試驗區，開挖相同規格的細溝，分別對細溝進行徑流沖刷，測定并計算細溝流量與侵蝕率、細溝流速和徑流剪切力，并以細溝的侵蝕率作為Y值，以徑流剪切力為X值，繪制散點圖，然后進行線性擬和，擬和直線的斜率即為細溝可蝕性值。本方法適用于各種不同的坡面條件，對試驗環境的要求不高；占有較小的試驗面積；試驗布置簡單，主要依靠供水裝置；測定簡便快速，在野外完成一次測定僅需要數小時；測定結果可靠。
文檔編號G01N33/24GK102288741SQ201110206328
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者嚴坤, 傅斌, 徐佩, 王玉寬 申請人:中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所