[发明专利]一种土壤风力侵蚀测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力侵蚀监测技术领域，尤其涉及一种土壤风力侵蚀测量方法及装置。

背景技术

土壤侵蚀导致土地退化。科学测量是土壤侵蚀规律研究、水土保持措施规划和实施的重要依据。早在1882年，德国科学家Ewald Wollny发明了径流小区法用于定量测定水力侵蚀。1910年代，以D.Miller为代表的美国科学家开始应用并不断改进这一方法，使其成为水力侵蚀的标准测量方法，并在世界范围内得到广泛应用。相比之下，风力侵蚀的定量研究进展缓慢，其田间测量方法一直未能有效解决。

目前，野外风力侵蚀观测仪器已比较成熟，最为常见的两种集沙仪是S.J.Wilson和R.U.Cooke于1980年发明的MWAC(Modified Wilson and Cooke Catcher)和D.W.Fryrear于1986年研制的BSNE(Big Spring Number Eight)。其中，BSNE尾端配置旋转轴，可随风向移动，使得集沙仪进沙口始终正对着风向。利用这一特性，J.E.Stout和D.W.Fryrear于上世纪90年代初提出了田间测量风蚀的圆形方法。该方法在一个圆形研究区的不同位置布设BSNE集沙仪，然后利用测定的风蚀通量与距离的关系推算该区的风蚀速率。这一方法随后被广泛应用于美国的主要风蚀区，用以验证和改进WEQ(Wind Erosion Equation)、RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)、WEPS(Wind Erosion Prediction System)和WESS(Wind Erosion Stochastic Simulator)等风蚀模型。另一种常用的田间方法则分别测量研究区上风向和下风向的风蚀通量，认为二者的差值便是该区的风蚀量。此方法所采用的研究区多为方形，集沙仪如BSNE的位置由主导风向确定。

然而，这两种方法的应用都存在一定的前提条件。首先，研究区必须存在一个稳定的非侵蚀性边界，这在许多地区，特别是降雨量少、植被稀疏的地区往往无法满足。更为重要的一点是，风蚀过程中的风向需保持相对一致。这在现实情况下基本无法实现，因为大量观测结果表明风向无时不刻都在变化。

此外，还存在一些间接的风蚀测量方法，如W.S.Chepil在1960年通过小麦根系在风蚀前后的出露程度来估算风蚀量；J.M.Nield和G.F.S.wiggs采用激光扫描仪来分析风蚀前后地表的相对高程变化，进而确定土壤风蚀速率；严平和刘纪远通过对比侵蚀区和非侵蚀区的铯-137同位素土壤含量来预测土壤风蚀速率。但是这些方法往往无法区分土壤风蚀和水蚀，在风水侵蚀交错地带尤不适用。

因此，需要提供一种风力侵蚀的科学测量方法，该方法依据风沙流运动规律和质量守恒定律，理论上成立；方法上采用集沙仪测量，操作方便可行。侵蚀量的计算误差可以理论推导，误差可以控制，测量精度高。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种测量精度高的土壤风力侵蚀测量方法。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种测量精度高的土壤风力侵蚀测量装置。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种土壤风力侵蚀测量方法，包括以下步骤：

根据当地地形确定圆形测量区域，选取圆周上若干个测量点；

以所述测量点为中心，沿着圆周方向于所述测量点两侧分别各布设一个集沙装置，其中一个集沙装置的开口朝向圆心，采集离开测量区域的风蚀物，另一个集沙装置的开口远离圆心，采集进入测量区域的风蚀物；

将每一个集沙装置采集的风蚀物分别烘干后称重，计算出进入测量区域的输沙通量Q_in和离开测量区域的输沙通量Q_out，二者的差值为测量区域的单宽输沙率Q，将单宽输沙率Q代入下式：A＝Q×2πr÷πr²即可得到土壤风蚀量，式中r为测量区域的半径。本发明的方法无需要求同一场风蚀事件中的风向保持稳定，且不需计算输沙量随长度的变化和定义非侵蚀性边界，增加了本发明的适用性，简化了计算方法，同时也提高了测量的准确性。

优选地，所述测量点为以圆心为中心点分别沿着正北(N)、正东(E)、正南(S)、正西(W)和东北(NE)、东南(SE)、西北(SW)和西南(SW)方向与圆周的交点。

优选地，所述测量区域的半径为56.42米。

优选地，采样时间为冬季和夏季各采集一次，春季和秋季每个月采集一次。