土壤侵蚀实时监测仪称重法选择

浙江省水利河口研究院于2008年3月研制成功了土壤侵蚀实时监测仪,仪器的基本思路是从径流中取样、称重并与清水比较,从而计算出径流中的泥沙含量。介绍了监测仪的工作原理和方法,重点探讨了双斗连续称重法和单斗取样称重法的比较。采用单斗取样制成的土壤侵蚀实时监测仪经过多次控制性实地监测应用,证明可以满足野外环境下的水土流失监测要求。     

小流域径流泥沙自动采集器的试验研究

仪器仪表作为对信息进行采集、测量、处理和控制的重要手段和设备,已成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术之一。在小流域出口处设置量水堰是研究流域水文过程及土壤侵蚀监测的一个重要方法,为实现小流域径流含沙量的动态监测,自行研制了一种小流域径流泥沙自动采集器,以一种简单的采样技术代替传统方法来提高含沙量测定的自动化水平及测量精度。通过模拟试验验证了采集器的适用性,结果证明采集器具有很好的可靠性和观测精度,与标准值的平均相对误差仅为0.42%。另外,该装置与传统水样收集方法相比自动化程度高,管理方便,适于野外无人看守情况下径流样品的自动采集。因此,所研制的小流域径流泥沙自动采集器有一定的应用前景。     

径流泥沙监测方法研究进展

径流泥沙监测作为土壤侵蚀过程的研究难点,是水土流失动态防治和评价的基础。本文针对径流泥沙监测现场多样性、泥沙组成复杂性、测量精度差异性等研究现状,从监测方法出发,综述了国内外径流泥沙监测技术和方法的研究进展,分析比较了不同径流泥沙监测方法的适应环境、测量精度及存在的局限性,并针对当下径流泥沙监测方法存在的问题提出了展望,为今后的进一步研究提供参考。     

无动力水土流失过程自动监测装置

<正>设备简介无动力水土流失过程自动监测装置是中国科学院东北地理与农业生态研究所在吸纳美国可移动径流观测装置经验的基础上.突破了泥沙混合技术和泥沙样品分段采集技术,自主创新研制开发的主要由径流自动计量观测装置、泥沙混合分流装置和泥沙自动分段采集装置组成的一种适于野外各种立地条件坡面径流和输沙过程的新型自动监测设备,现有XYZ-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种型号.是获国家授权的发明专利产品,获ISO9001认证和欧盟CE安全认证。     

近红外反射高含量泥沙传感器研制

水流含沙量测量是水土流失监测体系的重要内容,开展含沙量测量传感器的研究对于实时监测具有重要意义。为了实现对水流高含沙量的测量,该文根据含沙水对不同光谱的吸收和反射特性,采用1 800 nm（强水分反射波长）和1 940 nm（强水分吸收波长）近红外光源开发了泥沙测量传感器和测量装置,并对新型传感器进行了标定试验,分别建立了取自黄河、渭河和天水的泥沙与传感器输出信号之间响应关系。结果表明,当含沙量小于300 kg/m3时,测量得到的反射光强度随含沙量的增加而增加,传感器输出信号与含沙量之间具有很好的线性相关性,并建立了线性模型,决定系数均大于0.9。为了验证模型的精度,将实际含沙量与模型计算含沙量进行比较,结果表明,二者回归系数接近于1,相对误差小于10%,可以使用模型计算值代替实际含沙量。2种波长的传感器对含沙量的测量范围均为1～300 kg/m3,当含沙量大于10 kg/m3时测量精度大于90%,同时传感器精度受到泥沙种类、吸光物质和气泡等其他因素的影响。设计的传感器可以满足对高含沙量水流的测量要求,适用于土壤侵蚀严重的地区。研究结果在水土流失自动监测中具有良好的应用前景。     

南方红壤区典型水土流失治理小流域的洪水径流泥沙特征

为探究南方红壤区经长期水土流失治理小流域的水沙特征,该研究收集长汀县朱溪河小流域2017—2020年降雨及洪水水沙数据,通过冗余分析、多元逐步回归方程、含沙量-流量滞回曲线等方法进行分析。结果显示：（1）流域年洪水径流深和泥沙量分别为282.30～892.50 mm和35.80～179.50 t/km²,洪水事件的产沙模数集中在0～20.0 t/km²,但总泥沙量由大于5.0 t/km²的少数事件决定;（2）降雨量、30 mim的最大雨强和降雨侵蚀力是影响洪水径流泥沙的主要降雨特征,对径流、泥沙变化的解释度分别为68.99%和49.28%,通过主要径流特征估算泥沙量、平均含沙量和最大含沙量,拟合优度达0.624～0.870;（3）洪水事件共出现6种含沙量-流量滞回关系,其中线型出现频率（55%）最高,该类事件中含沙量随流量的变化具有分阶段特征,临界含沙量约为0.1 g/L。经过长期的水土流失治理,红壤区小流域的洪水泥沙量普遍较低,且主要受径流量影响,洪水事件的滞回关系表明流域的泥沙供应通常处于持续少量的状态,研究结果有助于揭示红壤区土壤侵蚀的发展趋势。     

白盆珠水库库区坡面径流泥沙流失初探

在径流小区监测试验的基础上,探讨了白盆珠水库库区的径流泥沙随降雨过程变化呈现的相关性规律,从而为进一步研究该库区水土流失（径流量,泥沙流失量）的预测预报措施打下基础。     

径流场监测结果在武汉黄陂区水土流失预测中的应用

基于武汉市黄陂区野佛沟径流场监测的径流和泥沙数据,通过类比法建立土壤流失量的预测模型,完成了从土壤流失监测到土壤流失预测研究的重大突破,为该类型区生产建设项目水土流失背景值的预测提供依据。同时对径流场监测的径流和泥沙数据进行统计分析,结果表明:土壤流失量的大小与降雨强度有着密切关系,其值的大小受环境因素的影响远比径流深度的影响复杂。     

径流泥沙监测方法研究现状与展望

径流泥沙监测是土壤侵蚀过程和机理研究的难点,也是水土流失动态评估和防治的基础。针对径流泥沙组成复杂、监测现场变异性大、监测技术和方法不统一、测量结果可比性差等研究现状,从测量原理出发,综述了几十年来国内外径流泥沙监测技术和方法的研究进展,分析了径流泥沙不同监测方法的适用环境、测量精度及局限性,并且针对目前径流泥沙监测方法存在的问题和水土保持学科发展需求,提出了径流泥沙监测自动化、精准化和信息化的发展方向。     

直接称量法的系统误差来源与处理

直接称量法常用于野外泥沙监测。由于系统误差的存在,导致直接称量法所得的测量结果不准确。通过分析直接称量法的系统误差来源,提出系统误差处理方法,并采用此方法进行了径流含沙量的修正计算,结果表明:直接称量法系统误差来源于仪器制造偏差,可采用替代法消除系统误差。经计算验证,修正后的径流含沙量计算结果较未修正的数据更为合理,说明采用替代法消除系统误差的做法是可行的。     

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。     

小流域土壤侵蚀及径流过程自动测量系统的实验应用

流域内降雨－径流－土壤侵蚀过程中不同时空点处流量、流速、泥沙含量的获取是土壤侵蚀机理研究中的难点,其实时、准确测量为侵蚀模拟－预报模型的建立与检验提供必要的数据支持。该文针对这一问题,将量水堰及水位传感器、薄层水流流速测量系统、γ射线泥沙含量测量仪有机组合,构成流域土壤侵蚀过程测量系统。将该系统测量仪器布设于室内小流域模型各沟道出口及沟道内典型点处,在降雨强度25 mm/h,降雨历时5 min条件下,系统测量的流域出口处流量及泥沙含量变化值与采用手工采样方法测量结果的决定系数R²分别为0.738,0.749,流速误差为8.7%,比较结果显示该系统具有较高的测量精度。在此测量精度范围内,同时测得各沟道口流量及泥沙含量动态变化过程及沟道中典型点处流速。流域内径流过程及径流含沙量的动态测量结果表明将该系统应用到土壤侵蚀动态过程的研究中是可行的。     

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。     

砒砂岩区水力侵蚀下坡面微地貌变化特征及过程研究

解决砒砂岩区坡面的产流产沙问题对黄河流域生态安全具有重要意义,选取砒砂岩裸露坡面为研究对象,在自然降雨条件下采用野外径流小区实测结合三维激光扫描技术,分析13次有效降雨过程砒砂岩坡面微地貌的变化过程及产流产沙特征.结果表明,径流小区内坡面土壤平均侵蚀深度为26 mm,侵蚀区占径流小区总面积的95.27％,单位面积上侵蚀...     

Effectiveness of Grass Filters in Reducing Phosphorus and Sediment Runoff

Surface water contamination can often be reduced by passing runoff water through perennial grass filters. Research was conducted in 2006 to 2008 to evaluate the size of cool season grass filters consisting primarily of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb) with some orchard grass (Dactylis glomerata L.) relative to drainage area size in reducing runoff sediment and phosphorus (P). The soil was Pohocco silt loam Typic Eutrochrepts with a median slope of 5.5?%. The grass filters occupying 1.1 and 4.3?% of the plot area were compared with no filter with four replications. The filters were planted in the V-shaped plot outlets which were 3.7?×?11.0?m in size. The filter effect on sediment and P concentration was determined from four natural runoff events when nearly all plots had runoff. Filter effect on runoff volume and contaminant load was determined using total runoff and composites of samples collected from 12 runoff events. Sediment concentration was reduced by 25?% with filters compared with no filter (from 1.10 to 1.47?g?L^?1), but P concentration was not affected. The 1.1 and 4.3?% filters, respectively, compared with having no grass filter, reduced: runoff volume by 54 and 79?%; sediment load by 67 and 84?% (357 to 58?kg?ha^?1); total P load by 68 and 76?% (0.58 to 0.14?kg?ha^?1); particulate P (PP) load by 66 and 82?% (0.39 to 0.07?kg?ha^?1); and dissolved reactive P (DRP) load by 73 and 66?% (0.2 to 0.07?kg?ha^?1), respectfully. A snowmelt runoff event had 56?% greater DRP concentration compared with rainfall-induced runoff events. Grass filters reduced sediment and P load largely by reducing runoff volume rather than reducing concentration. Well-designed and well-placed grass filters that occupy 1.0 to 1.5?% of the drainage area and intercept a uniform flow of runoff from a drainage area can reduce sediment and nutrient loss in runoff by greater than 50?%.     

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。     

秸秆覆盖红壤径流养分流失效益及径流剪切力影响研究

采用模拟降雨试验的方法,研究秸秆覆盖条件下红壤侵蚀效益及动力影响因素。模拟降雨强度2.0mm/min,坡度20°,径流小区(长1.5m,宽0.5m,深0.3m)条件下,供试土壤为赤红壤。结果表明:(1)秸秆覆盖减流效益达到69.3%,减沙效益达到99.2%;明显提高土壤的入渗速率,渗透效益达到了32%,秸秆覆盖有较好的水土保持效益。(2)秸秆覆盖有效减少径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮、径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷的流失,减少径流中氮流失效益均达到74%以上,减少径流中磷流失效益均达到78%以上,径流中元素流失均以溶解态氮磷元素大于颗粒态氮磷元素,秸秆覆盖减少径流中磷养分流失的效益大于氮养分的流失效益。(3)建立单位面积单位时间径流剪切力和产沙率、径流总氮、径流溶解态氮、径流颗粒态氮和径流总磷、径流溶解态磷、径流颗粒态磷流失速率的模型,初步推断径流剪切力是土壤侵蚀的主要动力因素。(4)秸秆覆盖和未覆盖的临界启动径流剪切力分别为2.8N/m2和1.5N/m2。     

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。     

不同土质工程堆积体径流产沙差异

依据野外调查结果概化堆积体下垫面,采用室内人工模拟降雨方法,研究不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min)条件下4种砾石质量分数(0、10%、20%、30%)的壤土、黏土及砂土工程堆积体径流产沙特征差异。结果表明:1)砂土堆积体坡面产流开始所需时间较壤土及黏土堆积体长。3种土壤质地工程堆积体含砾石的平均流速较纯土体(砾石质量分数为0)小,大小表现为黏土壤土砂土。砂土堆积体平均径流率较壤土和黏土分别减少20.7%和18.8%;2)砂土堆积体平均侵蚀速率分别是壤土和黏土的3.0和2.3倍。3种土壤质地工程堆积体的平均侵蚀速率随雨强增大递增,但随砾石质量分数递增呈显著线性递减(P0.05);3)砂土堆积体平均侵蚀量分别是壤土和黏土的4.5和3.4倍。3种土壤质地工程堆积体的侵蚀量与径流量和雨强均显著相关。研究成果可为建立生产建设项目工程堆积体水土流失量测算模型提供数据基础和理论依据。     

稻麦两熟农田茬口衔接期养分径流流失特征

采用田间小区定位试验研究自然降雨条件下稻麦两熟农田"稻季-麦季-稻季"茬口衔接期养分径流流失规律。结果表明:麦季常规施肥条件下麦稻茬口衔接期径流水量达77.59m3/hm2,径流侵蚀泥沙量达48.30kg/hm2,麦季少免耕处理较常规施肥处理增加径流水量达41.41%;径流水氮磷浓度分别达2.22,0.46mg/L,径流侵蚀泥沙氮磷浓度分别达1.15,1.65g/kg;麦稻茬口衔接期氮素径流流失量达227.84g/hm2,以径流水流失为主,占氮素总径流流失量的75%以上;磷素径流流失量达115.57g/hm2,以径流侵蚀泥沙流失为主,占磷素径流流失总量59%以上;麦季秸秆还田、秸秆还田减肥处理减少麦稻茬口衔接期氮素和磷素径流流失量分别达6.04%～9.74%和5.73%～11.54%,而麦季少免耕处理则增加21.75%和13.42%。