專利名稱：：一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法及其測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水土流失測(cè)量方法，特別涉及一種坡面細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，本發(fā)明還涉及上述方法中使用的測(cè)定儀。
背景技術(shù)：
：土壤侵蝕己成為全球性的主要生態(tài)環(huán)境問題之一。土壤侵蝕強(qiáng)度是反映地面土壤流失和生態(tài)環(huán)境態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)，是土壤侵蝕學(xué)研究的核心內(nèi)容。盡管至今還沒有一個(gè)十分有效的土壤侵蝕量測(cè)算方法，但是尋求土壤侵蝕量的測(cè)算方法從來也沒有間斷過。目前，常用的測(cè)量坡面土壤侵蝕量的方法有傳統(tǒng)測(cè)量法和先進(jìn)儀器測(cè)量法兩種。傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要有侵蝕小區(qū)觀測(cè)法、插釬法、填土法、量溝法等；先進(jìn)儀器測(cè)量法主要有稀土元素示蹤法、放射性核素示蹤法、三維激光地形掃描和航空攝影技術(shù)等。相比較而言，先進(jìn)儀器測(cè)量法不僅能較為精確地測(cè)量土壤侵蝕的空間變化，而且能根據(jù)實(shí)際需求作出坡面侵蝕量分布圖(如三維激光地形掃描技術(shù))，較為直觀地反映出侵蝕的變化特征，這些技術(shù)與方法的產(chǎn)生，對(duì)于提高人們對(duì)坡面土壤侵蝕規(guī)律的認(rèn)識(shí)起到了重要的作用。但是，從另一方面看，這些技術(shù)與方法同時(shí)還存在著操作過程復(fù)雜、花費(fèi)高、技術(shù)不易掌握等缺陷，尤其是示蹤法，無論是其操作過程還是土壤樣品的制備、分析等均需要投入高昂的費(fèi)用，并且研究周期長(zhǎng)，給試驗(yàn)分析工作帶來很多不便。因此，盡管這些方法的可信度和精度較高，但目前仍難以普遍推廣應(yīng)用。而傳統(tǒng)的研究方法(如填土法和量侵蝕溝法)盡管在試驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析方面易于掌握，但由于受人為因素和其他一些不確定因素的影響，其分析結(jié)果往往與實(shí)際有較大偏差?？梢姡瑢で笠环N簡(jiǎn)單、易于掌握和操作并能滿足研究需要的細(xì)溝侵蝕測(cè)量方法及其測(cè)定儀意義重大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明第一個(gè)目的在于提供一種既容易掌握，又精確的微觀水土流失測(cè)量方法；本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供上述方法中使用的測(cè)定儀。本發(fā)明目的可以采用以下技術(shù)方案，一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，包括歩驟一，在待測(cè)的坡面區(qū)域進(jìn)行土壤容重測(cè)量；歩驟二，對(duì)所述的坡面區(qū)域均勻分布測(cè)量斷面，在每個(gè)斷面設(shè)置所需的測(cè)量點(diǎn)；歩驟三，在徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕前，測(cè)量所述坡面區(qū)域的表面起伏狀況，獲得各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值；步驟四，在徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕后，再測(cè)量各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值，確定在此時(shí)間段內(nèi)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)高程的降低值；步驟五，利用歩驟三、四獲得的數(shù)據(jù)，通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)的空間插值法得出測(cè)定區(qū)域坡面系統(tǒng)體積的變化；步驟六，根據(jù)步驟一、五所得數(shù)據(jù)得出徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕前后時(shí)間段內(nèi)，所述坡面區(qū)域的土壤侵蝕量。所述的歩驟二中斷面按間隔不大于20cm的空間測(cè)量均勻分布斷面。所述的歩驟二中每個(gè)斷面設(shè)置所需的測(cè)量點(diǎn)為代表所測(cè)區(qū)域真值的平均值的最少樣本數(shù)。所述的歩驟三、四中的高程值是換算成基于同樣基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值。本發(fā)明根據(jù)上述測(cè)量方法，同時(shí)提供一種高程值測(cè)定儀，包括固定支架、滑動(dòng)橫梁、固定橫梁、測(cè)量針和兩根滑動(dòng)桿；固定支架設(shè)在頂部，兩根滑動(dòng)桿垂直分別設(shè)在左右兩側(cè)，滑動(dòng)橫梁和固定橫梁水平設(shè)置在左右兩根滑動(dòng)桿之間，滑動(dòng)橫梁兩端以滑動(dòng)桿為軌道上下滑動(dòng)，固定橫梁兩端分別固定在兩根滑動(dòng)桿下部，滑動(dòng)橫梁和固定橫梁上下對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有若千小孔，每根測(cè)量針垂直固定于滑動(dòng)橫梁和固定橫梁上下對(duì)應(yīng)的小孔間；在固定支架、滑動(dòng)橫梁、固定橫梁和兩根滑動(dòng)桿圍成的框架中設(shè)有刻度面板。上述的測(cè)量針上部還設(shè)有帶顏色的頂帽，測(cè)量針下部磨平。上述的兩根滑動(dòng)桿分別還各設(shè)有一個(gè)滑動(dòng)夾，用于固定滑動(dòng)橫梁在滑動(dòng)桿上的位置；兩根滑動(dòng)桿下端分別各設(shè)有一個(gè)固定孔，用于固定所述細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀的位置。上述的固定支架的中部還設(shè)有一個(gè)水平儀，用于確定所述的細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀被水平固定。采用本方法及其裝置具有便于野外操作、容易掌握、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本低和測(cè)量精度高的特點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的土壤侵蝕測(cè)量方法很難觀測(cè)土壤侵蝕的空間分布情況，本方法及其裝置實(shí)現(xiàn)了坡面土壤侵蝕空間變化的測(cè)量，是一種可靠的研究野外自然坡面土壤侵蝕狀況的有效方法與裝置。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)溝侵蝕的橫斷面變化圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的坡面侵蝕各測(cè)量斷面位置示意圖；圖3是本發(fā)明的細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式如圖3所示，一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀，固定支架l、水平儀2、滑動(dòng)橫梁3、滑動(dòng)夾4、測(cè)量針5、刻度面板6、滑動(dòng)桿7、固定孔8、固定橫梁9和測(cè)量針頂帽51。固定支架1設(shè)在測(cè)定儀上部，起固定整體的作用；并與兩側(cè)垂直設(shè)置的滑動(dòng)桿7和底部水平設(shè)置的固定橫梁9組成整體框架?；瑒?dòng)橫梁3水平設(shè)置，兩端分別連接兩根滑動(dòng)桿7，滑動(dòng)橫梁3可以依靠滑動(dòng)桿7為軌道上下滑動(dòng)。滑動(dòng)橫梁3和固定橫梁9對(duì)應(yīng)的上下位置設(shè)有80個(gè)小孔，每根測(cè)量針5被上下兩個(gè)橫梁對(duì)應(yīng)的小孔固定垂直位置，80根測(cè)量針5可以在小孔中自由上下移動(dòng)。在兩根滑動(dòng)桿7上分別設(shè)有一個(gè)滑動(dòng)夾4，滑動(dòng)夾4用于固定滑動(dòng)橫梁3在所需的水平位置。每根測(cè)量針3的上部都設(shè)有一個(gè)紅色的頂帽51，頂帽51可以幫助使用者方便在后面的刻度面板6讀取測(cè)量針3所指的數(shù)值；測(cè)量針3下部都要磨平，防止針頭插入土中，影響測(cè)量精度?？潭劝?上由上至下每隔lcm標(biāo)上刻度線，并標(biāo)上0.5cm短刻度線，坡面高低起伏狀況可通過測(cè)量針3在刻度面板6上讀數(shù)變化來反映。在兩根滑動(dòng)桿7的底部還設(shè)有一個(gè)固定孔8，固定孔8可以讓使用中的測(cè)定儀固定在使用者需要的位置上。為了更加準(zhǔn)確的測(cè)量，在固定支架1的中部還設(shè)有一個(gè)水平儀2，水平儀2可以保證測(cè)定儀在使用時(shí)安置在水平位置上。本實(shí)施例采用人工模擬降雨對(duì)徑流小區(qū)坡面細(xì)溝侵蝕進(jìn)行測(cè)試，徑流小區(qū)的下部有收集徑流、泥沙的沉沙池，沉沙池的泥沙量能準(zhǔn)確反映試驗(yàn)過程中的小區(qū)坡面侵蝕產(chǎn)沙狀況。徑流小區(qū)面積為2X5M2，坡度為10°。試驗(yàn)開始前采集小區(qū)內(nèi)的土壤并進(jìn)行測(cè)試分析小區(qū)土壤的容重；測(cè)定小區(qū)的原始坡面起伏狀況，從小區(qū)坡面的最下部丌始，用上述側(cè)定儀沿坡面向上每隔20CM測(cè)量一次，每測(cè)量-一次為80個(gè)測(cè)量點(diǎn)，通過測(cè)量針頂帽在背后方格數(shù)據(jù)紙上的成像，讀出在徑流沖刷侵蝕前每一根測(cè)量針對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，記錄每次測(cè)量的所有數(shù)據(jù)。測(cè)完原始坡面后，進(jìn)行人工模擬降雨，對(duì)所測(cè)坡面進(jìn)行沖刷，降雨歷時(shí)30分鐘，降雨停止后，采集小區(qū)沉沙池中的含沙水樣，并分析其含沙量(用以對(duì)比本測(cè)定儀的測(cè)量精度)。再按降雨前的歩驟，按原來的測(cè)量點(diǎn)重新測(cè)量波面起伏狀況，通過測(cè)量針頂帽在背后方格數(shù)據(jù)紙上的成像，讀出在徑流沖刷侵蝕后每一根測(cè)量針對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。然后利用上述沖刷前后獲得的數(shù)據(jù)，通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)的空間插值法得出測(cè)定區(qū)域坡面系統(tǒng)體積的變化，把數(shù)據(jù)輸入繪制曲線的excde程序中，可自動(dòng)生成圖像，如圖1所示。最后將獲得的土壤的容重和體積變化數(shù)據(jù)結(jié)合Wind-Surfer軟件的功能進(jìn)行分析處理，得出最后的徑流小區(qū)土壤侵蝕量。用本測(cè)定儀所測(cè)到的數(shù)據(jù)是坡面上各測(cè)量斷面的高程值，由于此高程值并非基于相同的基準(zhǔn)點(diǎn)，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，須把這些測(cè)量到的坡面各量測(cè)斷面的高程值換算成基于同樣基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值，然后才能在Wind-Surfer軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。測(cè)量時(shí)，都是從坡面底端開始向上逐漸測(cè)量的，因此把坡面最底端的斷面高程值設(shè)定為基準(zhǔn)點(diǎn)，在用細(xì)溝侵蝕量測(cè)定裝置測(cè)量各斷面高程值時(shí)，80根測(cè)量針中的每一根測(cè)量針代表著水平方向上的一個(gè)值，假定測(cè)量針方向?yàn)樗椒较虿⒃O(shè)定其為X軸，在測(cè)量裝置從坡面底端向坡面上方移動(dòng)測(cè)量的過程中，將在坡面小區(qū)水平投影方向上的移動(dòng)方向設(shè)定為Y軸，那么每個(gè)測(cè)量斷面的80根測(cè)量針的高低位置就構(gòu)成了代表垂直方向的Z軸。這樣，對(duì)于坡面上每個(gè)測(cè)量斷面上的80個(gè)測(cè)點(diǎn)來說都具有X、Y、Z方向上的三個(gè)值，再結(jié)合Wind-Surfer就能生成小區(qū)坡面系統(tǒng)的三維立體顯示。如圖2所示，a斷面是基準(zhǔn)斷面，其高程值為O，b、c兩個(gè)測(cè)量斷面距坡面底端的基準(zhǔn)測(cè)量斷面的距離分別為L(zhǎng)b、Lc，則為了將所有測(cè)量數(shù)據(jù)換算成基于同樣基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值，b、c兩個(gè)測(cè)量斷面的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)可以表示成如下形式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>這樣經(jīng)過降雨前和降雨后對(duì)坡面各測(cè)量斷面高程值的測(cè)量，就可以利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)WindowsSurfer軟件空間插值法得出測(cè)定區(qū)域坡面系統(tǒng)體積的變化，并三維立體顯示功能進(jìn)行坡面侵蝕前后的三維顯示，然后再根據(jù)試驗(yàn)前土壤的容重計(jì)算由徑流沖刷引起的侵蝕量。最后按同樣的方法進(jìn)行兩次測(cè)試，根據(jù)上述測(cè)試過程中收集的土壤與本發(fā)明方法所得值比較，如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可見本發(fā)明方法的準(zhǔn)確度與實(shí)際相比有較高精度，非常有可行性。權(quán)利要求1、一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，其特征在于包括步驟一，在待測(cè)的坡面區(qū)域進(jìn)行土壤容重測(cè)量；步驟二，對(duì)所述的坡面區(qū)域均勻分布測(cè)量斷面，在每個(gè)斷面設(shè)置所需的測(cè)量點(diǎn)；步驟三，在徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕前，測(cè)量所述坡面區(qū)域的表面起伏狀況，獲得各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值；步驟四，在徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕后，再測(cè)量各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值，確定在此時(shí)間段內(nèi)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)高程的降低值；步驟五，利用步驟三、四獲得的數(shù)據(jù)，通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)的空間插值法得出測(cè)定區(qū)域坡面系統(tǒng)體積的變化；步驟六，將步驟一、五所得數(shù)據(jù)輸入地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件win-surfer得出徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕前后時(shí)間段內(nèi)，所述坡面區(qū)域的土壤侵蝕量。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，其特征在于，所述的歩驟二中斷面按間隔不大于20cm的空間測(cè)量均勻分布斷面。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，其特征在于，所述的歩驟二中每個(gè)斷面設(shè)置所需的測(cè)量點(diǎn)為代表所測(cè)區(qū)域真值的平均值的最少樣本數(shù)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，其特征在于，所述的步驟三、四中的高程值是換算成基于同樣基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值。5、一種權(quán)利要求l所述方法中使用的測(cè)定儀，其特征在于，包括固定支架、滑動(dòng)橫梁、固定橫梁、測(cè)量針和兩根滑動(dòng)桿；固定支架設(shè)在頂部，兩根滑動(dòng)桿垂直分別設(shè)在左右兩側(cè)，滑動(dòng)橫梁和固定橫梁水平設(shè)置在左右兩根滑動(dòng)桿之間，滑動(dòng)橫梁兩端以滑動(dòng)桿為軌道上下滑動(dòng)，固定橫梁兩端分別固定在兩根滑動(dòng)桿下部，滑動(dòng)橫梁和固定橫梁上下對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有若干小孔，每根測(cè)量針垂直固定于滑動(dòng)橫梁和固定橫梁上下對(duì)應(yīng)的小孔間；在固定支架、滑動(dòng)橫梁、固定橫梁和兩根滑動(dòng)桿圍成的框架中設(shè)有刻度面板。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定儀，其特征在于，所述的測(cè)量針上部還設(shè)有帶顏色的頂帽。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定儀，其特征在于，所述的測(cè)量針下部磨平。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定儀，其特征在于，所述的兩根滑動(dòng)桿分別還各設(shè)有一個(gè)滑動(dòng)夾，用于固定滑動(dòng)橫梁在滑動(dòng)桿上的位置。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定儀，其特征在于，所述的兩根滑動(dòng)桿下端分別各設(shè)有一個(gè)固定孔，用于固定所述細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀的位置。10、根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)定儀，其特征在于，所述的固定支架的中部還設(shè)有一個(gè)水平儀，用于確定所述的細(xì)溝侵蝕量測(cè)定儀被水平固定。全文摘要本發(fā)明公開了一種細(xì)溝侵蝕量測(cè)量方法，步驟包括在待測(cè)的坡面區(qū)域進(jìn)行土壤容重測(cè)量；均勻分布測(cè)量斷面，在每個(gè)斷面設(shè)置所需的測(cè)量點(diǎn)；獲得各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值；在徑流沖刷產(chǎn)生土壤侵蝕后，再測(cè)量各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的高程值，確定在此時(shí)間段內(nèi)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)高程的降低值；利用所得數(shù)據(jù)，通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)的空間插值法得出測(cè)定區(qū)域坡面系統(tǒng)體積的變化；將所得數(shù)據(jù)輸入地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件win-surfer得出所述坡面區(qū)域的土壤侵蝕量。采用本方法及其裝置具有便于野外操作、容易掌握、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本低和測(cè)量精度高的特點(diǎn)。本方法及其裝置實(shí)現(xiàn)了坡面土壤侵蝕空間變化的測(cè)量，是一種可靠的研究野外自然坡面土壤侵蝕狀況的有效方法與裝置。文檔編號(hào)G01G17/00GK101334309SQ20081002956公開日2008年12月31日申請(qǐng)日期2008年7月18日優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日發(fā)明者平劉,吳志峰,炯程申請(qǐng)人:廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所