[发明专利]小流域不同地貌单元水蚀过程精细模拟试验方法

摘要

本发明涉及一种系统研究小流域不同地貌单元土壤侵蚀过程与机理的流域尺度水蚀精细模拟试验方法，尤其是能够按照试验要求填筑不同的地貌形态，充填不同粒径组成的土壤，人工控制流域不同地貌部位的土壤容重，布设流域不同地貌部位(坡面上部、坡面下部、沟道等)水土保持治理措施，控制不同的降雨强度和降雨过程，观测不同地貌部位水流水动力学特征，从而能够实现不同立地条件、不同降雨条件下流域水土流失过程精确模拟，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理。

主权项

一种小流域不同地貌单元水蚀过程精细模拟试验方法，其特征在于，其试验方法步骤如下：1)形成与原型流域之间满足系统相似性要求的水蚀过程精细模拟试验的模型流域，并布置试验装置；首先按照试验要求从野外取土，装土1m不过筛，置于试验土槽内打碎填装、压实并控制土壤干容重在1.42‑1.59g/cm³；2)然后，填筑模型表层土，将取来的土过筛，分层充填、压实并控制土壤容重；3)其次，选取较为完整的坡面，用白铁皮格成1m宽坡面径流小区，径流小区旁架设用于观测坡面水蚀过程的测桥；4)再次，在模型的上方安装下喷式降雨器，以模拟不同时长、不同强度、不同降雨过程的降雨；在降雨器上悬挂三维激光扫描仪，用以定量观测每次降雨前后流域地貌形态变化，计算每次降雨流域侵蚀量及其空间分布；5)最后，在流域主沟、支沟上方不同部位架设三角铁支架，支架上安装高速摄像机，高速摄像机通过网线和计算机相连，通过计算机管理软件，采集沟道水流流速场；流域主沟沟口、支沟沟口分别安装流量监测传感器，自动监测支沟流量含沙量过程，与前述流量监测传感器配套的数据采集器和计算机管理软件可以实现流量过程的实时观测，到此完成试验装置的布置；6)在人工模拟降雨实施之前向模型流域洒水，使表层土壤趋于饱和；打开悬挂在降雨器上三维激光扫描仪，扫描降雨前的初始地形；将试验区遮盖并用固定于试验区旁的雨量桶率定下喷式降雨器的设定雨强，用自计雨量计和雨量筒对降雨过程中的降雨强度、降雨量及降雨过程进行记录；7)打开降雨器，降雨器以率定雨强进行连续降雨，从坡面产流开始计时，以3分钟为时间间隔，在坡面观测断面处使用染色剂测量坡面流流速，使用钢尺量测坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；采用吸耳球法采集坡面径流，通过烘干法计算对应时段的含沙量；8)支沟沟口流速含沙量采用流量监测传感器，自动采集流量含沙量过程，主沟沟口流量、含沙量一方面采用流量监测传感器，自动采集，另一方面对流量、含沙量进行人工取样观测，每间隔3分钟取10s长时段的样；9)沟道水流高速摄像机设定测量间隔同样为3分钟，沟道产流后，当与坡面流速测定时间同步时，每隔3分钟，根据事先率定的雨强和示踪粒子大小的关系，选择设定雨强的示踪粒子，将示踪粒子通过圆管抛洒到沟道观测断面，在采集系统上点击开始，采集沟道水流流速场；10)降雨结束后，再次打开三维激光扫描仪，扫描降雨后的地形，通过对降雨前后地形变化数据的对比分析，确定在降雨条件下，泥沙的侵蚀、搬运和沉积状况及空间变化情况。