[發明專利]一種適宜高異質性喀斯特坡地的微型土壤水文監測系統

無效

• 申請號: 201310424726.3
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103454404A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 付智勇;陳洪松;王克林;張偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院亞熱帶農業生態研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于生態、水文、土壤侵蝕和水土保持領域，更具體涉及一種適宜高異質性喀斯特坡地的微型土壤水文監測系統，適合于教學、科研和環保部門進行自然和人為影響下的坡地水文過程、水分和養分輸移的系統測定和研究。

背景技術

中國西南喀斯特地區成土過程十分緩慢，淺薄土層蓄水能力弱，加之豐富的巖溶孔隙、裂隙結構，地表水大量滲漏，地下水污染日趨嚴重，旱澇災害頻繁，水是解決喀斯特地區生態問題，實現社會經濟可持續發展的關鍵。最近，在西南喀斯特地區，土壤蠕移和漏失過程，土壤包氣帶強烈的界面水文和界面反應過程，坡面降水的強烈入滲現象，土壤養分的快速流失途徑等均受到相關研究者的廣泛關注，這些現象和過程都不同程度地受到喀斯特土壤包氣帶水文過程的驅動。

國內前期研究表明，喀斯特坡地地表徑流系數小于5%，降雨幾乎全部入滲。然而，由于喀斯特地區地表地下異質性極其明顯，對占降雨絕大部分比例的入滲水的去向問題的研究一直是個難點，很少有人設計兼顧地表徑流、壤中流、深層滲漏等過程的近地表水文監測系統，通過原位試驗的方法對入滲水文路徑作進一步細分。因此，盡管研究發現西南喀斯特地區地表徑流系數很小，該地區與水土過程相關的大部分研究方法仍然參照類似黃土高原等以地表徑流為主要水文過程的坡面監測方法，這顯然達不到預期效果。

目前，國內相關薄層坡地近地表水文監測方法普遍針對尺度較大的小區、坡面或流域，然而，由于喀斯特地區特有的坡面土壤不連續性和極強異質性，如果在此種類型區域應用大尺度上的傳統近地表水文過程觀測方法，將不可避免地造成坡面異質性水文過程的均一化，因而無法識別和區分此類地區特殊異質性小生境所具備的特殊近地表水土過程。其次，傳統近地表水文監測往往是在室內模擬或野外徑流回填小區進行，回填破壞了土壤原有的大孔隙結構，影響到土壤剖面水分運移過程。第三，目前大部分近地表水文監測系統的修建過程中，往往會用到水泥砂漿等容易污染出流水水化學性質的建筑材料，從而很難在監測水文過程的同時兼顧水化學過程。

因此，將喀斯特等高異質性坡地土壤表層到巖土界面這一關鍵帶作為整體，在充分考慮監測方法體系水文識別分辨率、代表性、水文過程和水化學過程的耦合等方面的適宜性的基礎上，創建適合此類高度異質性環境背景的近地表水文監測研究新方法，在原位開展異質性小生境結構特征與界面產流過程之間耦合規律的研究，能夠加深該類地區近地表降雨分配及水文過程、土壤及養分漏失機理、巖溶作用與碳循環、植被水分適應機制等方面的認識。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種適用于喀斯特等高異質性坡地土壤水文監測的微型系統，該系統具有較高的水文識別分辨率，制作和安裝過程簡單，不破壞原有土體巖石構造，能夠在監測水文過程的同時兼顧水化學指標，解決了在喀斯特等高異質性坡地上監測土壤水文過程的難點，能夠為該類地區水文過程、土壤及養分漏失機理、巖溶作用與碳循環、植被水分適應機制等方面的研究提供基礎平臺。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術措施：

一種適宜高異質性喀斯特坡地的微型土壤水文監測系統，由微型坡地小區、微型壤中流集流系統和微型地表徑流集流槽構成。左邊界隔水墻、右邊界隔水墻、上邊界隔水墻、左邊界隔水墻固定孔、右邊界隔水墻固定孔、土體、基巖、下坡位土壤剖面構成微型坡地小區；第一角鋼、第一不銹鋼導流管、打孔PVC管、第一矩形擋板、第二矩形擋板、第一卡槽、第二卡槽、第三卡槽、第四卡槽、鋁塑板、薄鋁板構成微型壤中流集流系統；第二角鋼、第二不銹鋼導流管、第三矩形擋板、第四矩形擋板、直角梯形擋板、第三矩形擋板固定孔、第四矩形擋板固定孔構成微型地表徑流集流槽。其連接關系是：在微型坡地小區下坡位土壤剖面的巖-土界面以下15cm處插入微型壤中流集流系統，收集微型坡地小區巖土界面以上土體中的壤中流，在下坡位土壤剖面上地表的位置插入微型地表徑流集流槽，微型地表徑流集流槽中的第二角鋼底面與微型壤中流集流系統中鋁塑板和薄鋁板頂面保持緊密接觸，第三矩形擋板固定孔與左邊界隔水墻固定孔對齊并用螺絲固定，第四矩形擋板固定孔與右邊界隔水墻固定孔對齊并用螺絲固定。這樣保證微型地表徑流集流槽和微型壤中流集流系統各自單獨測定，互不干擾。