一種土壤濺蝕動力定量監測系統和方法
【專利摘要】本發明的一種土壤濺蝕動力定量監測系統和方法，土壤濺蝕監測系統的濺蝕盤和降雨監測系統的視頻雨滴譜儀之間的距離保持在3至5米之內，保證所在降雨區域的一致性，所受降雨的各項參數保持一致，能夠更精確的進行雨滴動能的測算、濺蝕量的采樣，以及雨滴動能和濺蝕量之間關系表達式的建立，從而能夠更精確地預測在選定降雨區域的土壤濺蝕量。操作方便，測控精度高，利用雨滴譜生成雨滴質量和速度數據，具有精度高、速度快、效率高、能清晰再現次降雨過程的雨滴質量、速度等優點，應用范圍廣。
【專利說明】一種土壤濺蝕動力定量監測系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于土壤侵蝕基礎【技術領域】，特別涉及一種土壤濺蝕動力定量監測系 統和方法。
【背景技術】
[0002] 水土流失造成生態環境惡化，會制約經濟社會發展。水力侵蝕是世界范圍內分布 最廣泛的一種土壤侵蝕形式，其中濺蝕是水力侵蝕的重要類型之一。
[0003] 土壤濺蝕定量是水土保持的基礎而又極為重要的內容，傳統的土壤濺蝕動力監測 方法包括雨量筒、自動雨量計，監測的降雨指標包括降雨量、降雨歷時，可獲取降雨強度。傳 統的土壤濺蝕動力監測方法只能估算土壤侵蝕動力，容易產生較大的誤差，影響土壤濺蝕 預報模型的精度。土壤濺蝕的理論研究及計算相對滯后，以至于不能準確進行水土流失量 計算，無法為水土流失的綜合防治提供技術支撐。
[0004] 視頻雨滴譜儀是一種降雨監測裝置，可以測得降雨的多項參數，因此需要一種將 其應用在土壤濺蝕動力定量監測中的系統，提高特定降雨量下土壤濺蝕量的預測效率，并 通過方法提高相應的預測精度。
【發明內容】
：
[0005] 本發明要針對上述【背景技術】存在的問題，提供一種土壤濺蝕動力定量監測系統 和方法，結合了土壤濺蝕監測系統和降雨監測系統，用降雨監測系統監測降雨參數并與土 壤濺蝕量結合進行定量分析，為土壤濺蝕研究提供一種快速、準確、可靠的實驗技術觀測系 統，提高土壤侵蝕手段的科技含量。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：
[0007] -種土壤濺蝕動力定量監測系統，包括設置于室外的土壤濺蝕監測系統和降雨監 測系統，土壤濺蝕監測系統包括濺蝕盤，濺蝕盤設置在濺蝕盤固定平臺上，降雨監測系統包 括視頻雨滴譜儀，視頻雨滴譜儀設置在雨滴譜儀固定平臺上，濺蝕盤和視頻雨滴譜儀之間 的直線距離為3米至5米，視頻雨滴譜儀的信號輸出端用于連接處理器，視頻雨滴譜儀和 處理器分別與電源連接；視頻雨滴譜儀包括設置在視頻雨滴譜儀盒體內的雨滴影像成像系 統，以及垂直貫通視頻雨滴譜儀盒體的立方體形監測井；雨滴影像成像系統包括照明裝置、 反射鏡和攝像裝置，照明裝置和反射鏡分別設置在監測井相對兩個側壁與盒體側壁之間的 空隙處，兩個相對的側壁上設有狹縫，照明裝置發出的光線穿過兩個側壁上的狹縫投射到 反射鏡上，再由反射鏡將影像反射到攝像裝置，攝像裝置將影像內容傳遞到視頻雨滴譜儀 內的數據處理系統。
[0008] 較佳地，土壤濺蝕監測系統包括三個濺蝕盤，分別為細沙濺蝕盤、未碾磨土濺蝕盤 和碾磨土濺蝕盤。
[0009] 較佳地，雨滴譜儀固定平臺和濺蝕盤固定平臺為水泥或鋼架制成的固定平臺。
[0010] 較佳地，視頻雨滴譜儀內設有兩套雨滴成像系統。 toon] 一種土壤濺蝕動力定量監測方法：通過土壤濺蝕監測系統采樣得到采樣土壤濺蝕 量A ;通過視頻雨滴譜儀采集雨滴個數、雨滴質量和雨滴速度，計算得到采樣雨滴動能Ek ; 計算采樣土壤濺蝕量A和采樣雨滴動能Ek之間的關系表達式A = f(Ek);需要對特定區域 進行實際土壤濺蝕量預測時，通過視頻雨滴譜儀采集實際雨滴參數，計算出實際雨滴動能， 并將實際雨滴動能帶入表達式A = f(Ek)，即可得到實際土壤濺蝕量。
[0012] 較佳地，雨滴動能的計算方法為
【權利要求】
1. 一種土壤濺蝕動力定量監測系統，其特征在于：包括設置于室外的土壤濺蝕監測系 統（1)和降雨監測系統（2)，所述土壤濺蝕監測系統（1)包括濺蝕盤，所述濺蝕盤設置在濺 蝕盤固定平臺上，所述降雨監測系統（2)包括視頻雨滴譜儀（6)，所述視頻雨滴譜儀（6)設 置在雨滴譜儀固定平臺上，所述濺蝕盤和所述視頻雨滴譜儀（6)之間的直線距離為3米至 5米，所述視頻雨滴譜儀（6)的信號輸出端用于連接處理器（15)，所述視頻雨滴譜儀（6)和 所述處理器（15)分別與電源（16)連接； 所述視頻雨滴譜儀（6)包括設置在所述視頻雨滴譜儀盒體（14)內的雨滴影像成像系 統，以及垂直貫通所述視頻雨滴譜儀盒體（14)的立方體形監測井（13);所述雨滴影像成像 系統包括照明裝置、反射鏡和攝像裝置，所述照明裝置和所述反射鏡分別設置在所述監測 井（13)相對兩個側壁與所述盒體側壁之間的空隙處，兩個相對的所述側壁上設有狹縫，所 述照明裝置發出的光線穿過兩個側壁上的所述狹縫投射到所述反射鏡上，再由所述反射鏡 將影像反射到攝像裝置，所述攝像裝置將影像內容傳遞到所述視頻雨滴譜儀（6)內的數據 處理系統。
2. 根據權利要求1所述的一種土壤濺蝕動力定量監測系統，其特征在于：所述土壤濺 蝕監測系統（1)包括三個所述濺蝕盤，分別為細沙濺蝕盤（3)、未碾磨土濺蝕盤（4)和碾磨 土濺蝕盤（5)。
3. 根據權利要求1所述的一種土壤濺蝕動力定量監測系統，其特征在于：所述雨滴譜 儀固定平臺和所述濺蝕盤固定平臺為水泥或鋼架制成的固定平臺。
4. 根據權利要求1所述的一種土壤濺蝕動力定量監測系統，其特征在于：所述視頻雨 滴譜儀（6)內設有兩套雨滴成像系統。
5. -種利用權利要求1所述監測系統進行土壤濺蝕量監測的方法，其特征在于： 通過所述土壤濺蝕監測系統（1)采樣得到采樣土壤濺蝕量A ; 通過視頻雨滴譜儀（6)采集雨滴個數、雨滴質量和雨滴速度，計算得到采樣雨滴動能 Ek ； 計算采樣土壤濺蝕量A和采樣雨滴動能Ek之間的關系表達式A = f(Ek); 需要對特定區域進行實際土壤濺蝕量預測時，通過視頻雨滴譜儀（6)采集實際雨滴參 數，計算出實際雨滴動能，并將實際雨滴動能帶入表達式A = f(Ek)，即可得到實際土壤濺蝕 量。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述雨滴動能的計算方法為
式中Ek為雨滴動能，i為雨滴的個數， ffli為第i個雨滴的質量，Vi為第i個 雨滴的速度。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述關系表達式A = f (Ek)為A = a+b *Ek
式中，a、b為常數，e為指數。
【文檔編號】G01N33/24GK104155426SQ201410351651
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】張平倉, 劉洪鵠, 師哲, 齊向華, 程冬兵, 錢峰, 郭念森 申請人:長江水利委員會長江科學院