[發明專利]一種土壤濺蝕動力定量監測系統和方法

有效

• 申請號: 201410351651.5
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104155426A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張平倉;劉洪鵠;師哲;齊向華;程冬兵;錢峰;郭念森
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

技術領域

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

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。

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。

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：

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。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一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。

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。

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。

較佳地，視頻雨滴譜儀內設有兩套雨滴成像系統。

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E_k；計算采樣土壤濺蝕量A和采樣雨滴動能E_k之間的關系表達式A＝f(E_k)；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(E_k)，即可得到實際土壤濺蝕量。

較佳地，雨滴動能的計算方法為式中E_k為雨滴動能，i為雨滴的個數，m_i為第i個雨滴的質量，v_i為第i個雨滴的速度。

較佳地，關系表達式A＝f(E_k)為A＝a+b·E_k或式中，a、b為常數，e為指數。

本發明的一種土壤濺蝕動力定量監測系統和方法，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。雨滴動能作為土壤濺蝕的動力條件，視頻雨滴譜系統監測直接獲取，尤其建立雨滴動能與土壤濺蝕量之間的關系，可為土壤侵蝕預報提供新的技術手段。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。設置三個濺蝕盤，可以對不同的土壤在相同降雨環境下的濺蝕量進行采樣，為不同土壤環境在選定降雨區域的濺蝕量預測提供計算參數。用水泥或鋼架制成濺蝕盤固定平臺和雨滴譜儀固定平臺，可以使濺蝕盤和雨滴譜儀更穩定，所獲參數更加精確。采用兩套雨滴成像系統的視頻雨滴譜儀對監測井內降雨情況進行監測，可以獲取更精確的影像數據。

附圖說明