坡面径流小区集流桶含沙量测量方法对比

准确测量坡面径流小区集流桶含沙量是定量精准监测坡面土壤侵蚀的关键，野外径流小区观测方法测量精度、影响因素及其适用性的研究是实际应用的基础。该研究以第四纪红土为研究对象，采用室内模拟试验，对比不同含沙量（1.05、5.07、10.49、50.72、101.45、439.10 kg/m3）、不同水深（30、60、90 cm）下4种集流桶含沙量测量方法的精度，并对测量结果进行修正。结果表明：1）在60 cm水深、不同含沙量下，4种测定方法中，以机械+全剖面法测量误差总体最低；2）水深和含沙量是影响坡面径流小区集流桶取样测量误差的重要因素。总体而言，含沙量越高，测量误差越大；不同含沙量下，水深对测定误差影响程度不一，当含沙量小于50.72 kg/m3时，水深对机械+全剖面法测量精度无显著影响；3）4种方法的测量值与真实值均呈极显著正线性相关，含沙量测量值经过方程修正后相对误差明显降低。4）在含沙量小于5.07 kg/m3时，人工搅拌法可以应用于野外径流小区观测；当含沙量大于等于101.45 kg/m3后，全剖面法可以直接用于野外径流小区观测；机械法、机械+全剖面法在野外径流小区观测中可以直接使用。研究结果为集流桶含沙量取样测量方法在红壤区应用提供依据。     

径流小区集流桶(池)泥沙含量快速测定方法探讨

径流小区作为土壤侵蚀监测的一种重要方法,在土壤侵蚀模型及预报中具有重大意义.快速准确地测量径流小区集流桶(池)中的泥沙含量直接决定了土壤侵蚀规律研究的科学性与土壤侵蚀预报的可靠性.搅拌法取样测量含沙量是目前应用最广的传统含沙量测量方法.但据实际观测,北京土石山区的粗砂多砂区采用该方法测得的含沙量明显偏小,土壤侵蚀量观测精度受到严重影响.为此,在北京地区,采用北京师范大学研发的全深剖面采样器来采集径流小区集流桶(池)水样以测量含沙量,并对设备进行更新.本研究拟根据北京地区的实际工作经验,简要探讨该设备的使用方法,注意事项以及实验室水样的快速处理方法.     

坡面径流泥沙计算方法新探

在坡面径流泥沙计算中,传统的计算方法误将土壤中的孔隙水当作坡面径流来计算,从而不能准确反映土壤侵蚀状况。通过研究分析径流小区资料,提出了计算坡面径流泥沙的新方法。计算结果比较表明,两种方法计算结果的误差较大,且随着含沙量的增大误差在加大,此种现象应引起研究者的关注。     

径流小区集流桶含沙量测量方法研究

径流小区是研究坡面土壤侵蚀的重要观测手段,含沙量的测定是准确计算土壤流失量的关键。用传统方法很难测到粗颗粒,使测到的含沙量明显偏小。试验在密云石匣示范区坡面径流试验小区下面的分流桶内进行,用人工在径流桶内加沙的方法制备约4,12,30,60,90,120kg/m3不同含沙量。然后分别用传统测量方法和改进的分层测量方法进行了粗沙区的含沙量观测,并将观测结果与实际含沙量进行了对比。研究结果表明,传统测量方法所测得的含沙量远小于实际含沙量,平均相对误差为-83.05%;而分层测量所测得的含沙量基本上接近于实际值,平均相对误差为-2.77%。     

利用γ射线透射法测量径流含沙量及算法

首次尝试采用γ射线透射法测量土壤侵蚀径流中的含沙量。用两种不同土壤(黄绵土、粘土)、三种含沙量增量(3%、5%、10%)和三种测量时间(6s、10s、20s)进行了含沙量测量实验,以验证用γ射线测量泥沙含量的可行性、确定泥沙含量对γ射线的响应特性。并推导了根据γ射线透射强度计算含沙量的理论计算公式。将实验结果与理论计算值进行对比,以检验理论计算的准确性和测量实验与理论计算的一致性。结果表明,γ射线透射通过泥沙溶液的强度与水流含沙量间有极度显著的线性相关关系,并与理论计算结果高度一致,表明可由γ射线透射强度稳定、可靠、准确地确定含沙量值     

坡面径流泥沙计算中需解决的认识问题

基于土壤侵蚀规律的研究特点，特别是坡面水蚀动力过程的研究需要，对以往传统的坡面径流泥沙计算方法进行的分析发现，传统的计算方法误将土壤中的孔隙水当作坡面径流，从而导致误将坡面的侵蚀对象及搬运物当作坡面的侵蚀动力，为进一步分析坡面水蚀动力机制带来了困难。在上述分析基础之上，提出了坡面径流泥沙的计算方法，并与传统方法进行了计算误差分析。结果表明，两种方法的计算误差随含沙量的增加而增大。当土壤容重为１．２ｔ／ｍ３时，若含沙量达３００ｋｇ／ｍ３，径流量计算误差大于２０％，含沙量计算误差接近２０％。     

坡面径流实时监测装置的测试与率定

径流小区观测技术是水土保持监测评价的基础.研发适用于径流小区尺度的径流观测装备可有效减少人工监测的随机性,降低监测人员的工作强度.通过人工模拟不同强度的产流汇水条件,对“径流泥沙含量实时测量装置”开展径流测量性能的专项测试,结果表明:该装置在测试环境条件下的径流测量相对误差范围为-4.33％～-24.01％,稳定时长范围为55 ～ 130 s.偏相关分析发现:测量稳定时长与径流的含沙量、流量分别呈显著正相关关系和显著负相关关系(P＜0.05);测量精度与含沙量和流量的相关系数均呈负相关关系,但含沙量和流量对测量精度的影响有限(α=0.05).通过回归分析,得到该装置径流量修正模型;经验证,该模型可使平均相对误差由修正前的11.53％降低至6.80％,平均测量数据稳定时间由修正前的96 s降低至80 s.研究分析提出,通过对上述设备增设波浪过滤消减装置、增大滤波管直径等措施可进一步降低测量误差,提高工作稳定性.基于上述测试结果,本研究认为通过利用修正模型,测试设备的径流测量效果在测试流量范围内较为理想,即该设备在降雨强度范围为3.60 ～ 66.96 mm/h的产流工作条件下较为适宜.     

草地植被覆盖度坡度及雨强对坡面径流含沙量影响试验研究

为研究植被修复状态下径流含沙量变化。该试验运用人工模拟降雨试验方法,分析了径流含沙量草被调控效益变化。结果:1)不同降雨强度或坡度下,平均径流含沙量随草被盖度的增大而减小,草被盖度从30%~70%,含沙量分别降低约10或5 kg/m3,可用线性方程显著描述。草被消减雨强对径流含沙量影响大于草被消减坡度的。平均径流含沙量随降雨强度或坡度的增大而增大,分别可用幂函数或指数函数方程显著描述,决定系数在0.5或0.8以上。2)基于单位水流功率建立幂函数模型决定系数为0.940,模型有效系数为0.986,说明模型模拟精度都较高。3)基于坡度、雨强和盖度建立指数函数模型决定系数为0.937,模型有效系数为0.894,说明模型模拟精度都较高。该研究可以预测草地坡面含沙量,为生态建设和流域管理提供指导。     

红壤地区集流桶机械搅拌含沙量测量误差研究

在江西水土保持生态科技园径流小区选择红壤作为研究对象,通过6个不同含沙量(1、5、10、50、100、300 kg/m~(3 ))及3个不同水深(30、60、90 cm)条件下的径流桶机械搅拌法模拟试验,探究机械搅拌法的含沙量测量精度,以及含沙量与水深对机械搅拌法含沙量测量误差的影响。结果表明:在试验设计水平下,机械搅拌法测量的平均相对误差为13.49%～31.19%;含沙量对机械搅拌法测量的平均相对误差存在较大影响,水深对机械搅拌法的测量精度影响不大。试验结果表明,机械搅拌法操作简单易行、误差稳定,在红壤地区集流桶泥沙观测领域有良好的应用前景。     

黑土与白浆土径流含沙量反演方法的可行性探讨

选择东北地区两种主要土壤类型(黑土与白浆土),配置不同含沙量供试水体,观测水体浊度值与光谱反射率,分析含沙量与浊度、光谱反射率及其几种光谱变换值的关系,探讨了利用水体浊度与光谱特征反演径流含沙量的可行性。结果表明:两种水体浊度值与含沙量呈显著正相关,但误差分析与不确定分析显示二者关系精度还不尽理想。光谱变换的含沙量反演模型中,黑土反射率与白浆土反射率的对数验证精度较好,但均低于浊度方法。利用浊度值与光谱特征共同反演径流含沙量的结果表明,黑土反射率的倒数与浊度、白浆土反射率的对数与浊度共同推求含沙量的方法拟合效果最佳,同时降低了误差,提高了精度。研究结果可为水土流失自动化监测提供一定参考。     

基于计时与光照法的坡面径流量及含沙量动态检测系统

针对坡面径流及泥沙含量传统测量方法存在精度不高且难以在坡面现场在线同步测量的问题,该文提出了一种基于计时法和光照法的径流量与含沙量测量方法,设计了坡面径流量及泥沙含量同步在线检测的自动检测系统。阐述了该系统中机械装置和电子测控的设计方案和工作原理,并设计了光照法测量含沙量的辅助试验系统。通过试验,发现影响含沙量测量精确度的主要因素为光源与光敏传感器之间的距离及溶液中泥沙分布均匀度,揭示了A/D转换值随含沙量变化而单调变化的规律。通过试验获得了溶液搅拌最佳电机转速为428 r/min,并运用最小二乘法和统计学理论对数据进行分析,确定了当该系统的光源和光敏传感器之间的距离为30 mm时,光照法测量含沙量的精确度最高。最后,将试验结果与理论计算值进行对比,结果表明除了浓度为1~3 kg/m3的溶液所测得的泥沙含量误差率较大外,其余溶度的误差率均小于1%,论证了光照法测量含沙量的可行性。该研究可为推进水土保持动态监测理论方法及技术提供参考。     

坡面径流含沙量随雨强和坡长的动态过程

坡面径流的含沙特征是研究坡面侵蚀产沙的重要内容。为了研究坡面径流含沙特征及动态过程,揭示坡面径流含沙量随雨强和坡长的复合关系。采用人工模拟降雨的方式,通过不同坡长和雨强的组合试验,基于跨雨强和跨坡长的综合性分析思路,对特定坡度(20°)下,5个坡长(1,2,3,4,5m)13个降雨强度的试验监测数据进行了分析。结果表明:(1)坡长不同,含沙量与雨强的相关性不同,以2,3,4m坡长含沙量随雨强增加的规律性最明显,5m坡长的相关性最差,1m坡长的直线相关性较好,但增长斜率很小,由此可推得,研究坡面径流含沙量随雨强变化时,以2~4m坡长的试验槽较为适宜;(2)含沙量随产流历时总体上呈现出波动递减的趋势。含沙量波动特征值在2~4m坡长范围内波动性小而波动频率大,在1,5m坡长的波动性大但频率小。坡面径流含沙量变化的频率远大于河川径流含沙量的变化频率,即稳定性较差;(3)含沙量与主要水文要素和水力学特征参数的拟合都呈现出极显著相关性,流速、流量和剪切力是影响含沙量波动的重要因素。     

坡面降雨径流侵蚀输沙的不平衡特性研究

针对降雨和床面大糙度共同作用下坡面降雨径流侵蚀不平衡输沙特性研究薄弱的问题,采用室内模拟降雨试验的方法,研究不同降雨强度和坡长条件下的坡面降雨径流侵蚀输沙特性。结果表明：（1）坡面为裸坡、坡度为10°条件下,径流含沙量随坡长的增加呈增大趋势,当坡长由1 m增加至8 m时,同一雨强下径流含沙量增大3.28~7.15倍;径流含沙量随雨强的增大而增加,当雨强由40 mm/h增大至120 mm/h时,同一坡长下径流含沙量增加1.41~2.97倍。（2）分析降雨径流侵蚀条件下,水动力学参数对坡面径流挟沙能力的影响发现,水流挟沙能力与流速的3次方成正比,与水力半径和沉速的乘积成反比,得到降雨条件下的水流挟沙能力计算公式。（3）研究坡面降雨径流侵蚀输沙的不平衡特性表明,雨强与恢复饱和系数之间呈幂函数关系,给出坡面不平衡输沙模型并进行验证,表明该模型可以较好地模拟坡面降雨径流侵蚀输沙沿程变化。研究结果可为预测坡面径流侵蚀输沙沿程变化及完善坡面径流侵蚀机理提供参考。     

浅述径流量计算公式的修正

现用径流量计算公式因为没有考虑流水中悬移质含沙量的影响,计算结果是含有泥沙的混水体积,不是纯水量,当含沙量较大时,扣去泥沙后的水量误差会很大,这对水资源调度和分配很不利,所以对现用径流量计算公式提出了修正。修正后的计算公式为:R=KQ△T,其中:K=1-C_S/ρ。     

草被覆盖、雨强和坡度对黄土坡面径流含沙量的影响

径流含沙量的大小体现水沙关系的消长和演变，可以作为评价植被影响下径流和产沙的交互演变过程特征的重要指标。通过人工降雨试验，研究不同草被覆盖度变化在不同雨强和不同坡度条件下对黄土坡面径流含沙量的综合影响特征。结果表明：(1)草被盖度越大，坡面径流的初始产流时间越滞后。有草被覆盖坡面的径流含沙量随降雨历时变化为降雨前15 min有波动，但总体上呈降低趋势，之后达到稳定，且有草被覆盖坡面的径流含沙量显著低于裸地。(2)径流平均含沙量均随雨强和坡度的增大而增大，平均含沙量对雨强和坡度的响应均可用幂函数方程描述，R²分别为0.823～0.974和0.880～0.971。随着盖度的增加，平均含沙量降低，且雨强对平均含沙量的影响随盖度的增加而减弱。平均含沙量对盖度的响应可用线性方程描述，R²为0.732～0.979。(3)径流平均含沙量对盖度和雨强(R²=0.822,NE=0.921,p<0.01)及对盖度和坡度(R²=0.975,NE=0.697,p<0.01)的响应关系皆可用二元幂函数方程描述，径...     

阜新煤矿区次生裸坡土壤抗冲性动态变化

为探讨煤矿区次生裸坡的稳定性,采用径流含沙量和土壤抗冲系数分析方法,对阜新孙家湾煤矸石山的6个典型坡面的表层土壤进行了抗冲性试验。结果表明,矿区次生裸坡不同坡向、不同坡位的径流含沙量和土壤抗冲系数存在较大差异,且均存在一定的动态变化规律。在土壤冲刷过程中,初始径流含沙量均较大,之后呈规律性骤减,并逐渐趋于稳定。与对照样地相比,矿区次生裸坡的总径流含沙量虽少,但衰减速度较快,至冲刷第2min后基本趋于稳定。不同样地径流含沙量与时间之间显著服从于幂函数关系土壤抗冲系数的变化是随着冲刷时间的延长呈现出先缓慢后快速增大趋势,且前10min的抗冲系数表现为:矿区次生裸坡>对照样地。不同样地的土壤抗冲系数与时间之间显著服从于指数函数关系。     

利用自制压差装置测定水样含沙量的方法研究

[目的] 开展基于压差测定水样含沙量的方法研究,旨在寻求一种新方法以实现含沙量在野外的快速准确测定。[方法] 试验基于压差原理,选取4种土壤(土、风沙土、盐碱土与水稻土)分别预制11个含沙量梯度的含沙水样,使用数字式压差计测定含沙水样压强与大气压强之间的差值(简称压差),建立含沙量与压差的函数关系式。[结果] 含沙量与压差在0.01的水平下呈极显著线性正相关;对于其中3种含沙水样(土水样、盐碱土水样与水稻土水样),压差结合理论公式计算含沙量的方法具有可行性,最大相对误差绝对值小于15%,但不适用于风沙土水样。风沙土水样含沙量的测定最大相对误差绝对值高达39%。因此,为了缩小误差,试验通过测定纯水与含沙量为500 kg/m³的水样压差建立修正方程,再结合测定的压差值计算含沙量,发现最大相对误差绝对值小于8%。[结论] 基于压差测定水样含沙量的方法能较为准确地测定水样含沙量,可为水土保持监测等领域在野外便捷测定含沙量提供一种新思路与方法。     

小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型

建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据,为小流域水土保持效果有效评价提供参考。通过对小流域侵蚀动态过程的分析,在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上,对坡面－沟道及各沟道间土壤侵蚀时空关系进行合理耦合,建立了流域系统土壤侵蚀动态模拟过程模型;采用有限元方法对土壤侵蚀模拟模型进行数值离散,建立了小流域系统数值离散模型;在确定流域时空离散方法基础上,采用VC++语言编制流域水蚀模拟程序;在室内人工模拟降雨条件下,对模型小流域50 mm/h降雨强度,5 min降雨历时情况下土壤侵蚀情况进行模拟,在得到流域内典型点处径流流量、径流含沙量及各沟道流速动态过程的同时,将流域内各沟道出口处模拟结果与测量结果比较,径流流量、径流含沙量、流速模拟精度均高于80%。研究结果表明小流域土壤侵蚀模拟模型的建立是可靠的,模型的数值离散方法及编制的计算程序是完全可行的。这一模型的建立将为小流域土壤侵蚀动态过程的模拟预报及实现由小流域向中大流域的侵蚀动态模拟预报提供一定的理论基础。     

变流量对浅沟侵蚀产沙和水动力参数的影响

为了研究变流量对黄土丘陵区浅沟径流侵蚀产沙的影响,以延安燕儿沟流域26 °坡面浅沟为研究对象,在变流量5～10、10～15、15～20和20 ～ 25 L/min的条件下,采用野外放水试验测定产沙率、含沙量、流速和阻力参数等产沙和水动力参数的变化.结果 表明:变流量后较变流量前,浅沟径流平均产沙率、平均含沙量和平均流速...     

基于电导式传感器径流流速测量系统的试验研究

在土壤侵蚀和水土流失研究中，坡面径流流速是径流计算、土壤侵蚀预报中不可缺少的水动力参数，目前尚无广泛应用的径流流速测量仪，研究快速的径流流速测量具有重要意义。该文基于互相关理论，建立了基于虚拟仪器Lab VIEW的径流流速的测量系统，并采用自制的电导式传感器，研究了两传感器间距对测量系统的影响，测量了5个泥沙含量水平下的径流流速。结果表明：测量系统适用的泥沙含量范围为0～250 kg/m³，测量误差为4.5%；若以染料示踪法测量的流速作为标准值进行修正，修正后的测量误差为3.81%。