径流小区PPT课件

1、径流小区的设计与观测 径流小区 径流小区设计 径流小区观测 小区的日常维护管理 径流小区 坡面土壤侵蚀监测中应用最为 广泛的方法。 用于降雨溅蚀、面蚀和细沟侵 蚀的监测。 与人工模拟降雨相结合，可以 对坡面侵蚀状况做出快速测试。 418 径流小区使用径流小区的条件 坡面或区域水土流失预警； 水土保持措施有效性的比较； 单个或多个因子对土壤侵蚀影响的定量 评价； 建立土壤侵蚀模型； 径流小区天然降雨 天然降雨 雨滴大小及其分布 雨滴直径随着降雨强度的增大而增大，一般在14mm之间， 但最大可以达到7mm。 终点速度及其动能 v(D) = 3.86D 0.67 E = 916 + 331lgI 径

2、流小区天然降雨 天然降雨 降雨量 降雨强度 降雨历时 雨型 季节分布 径流小区天然降雨 天然降雨 无法实现人工 控制； 时间、空间变 异大； 获得研究结果 需要的周期长； 径流小区天然降雨 人工模拟降雨 优点 可根据实验需求，设计降雨，快速获得实验结果； 缺点 缩短了降雨的间歇时间，使土壤没有重复性； 对于大型小区进行降雨，设备的安装比较麻烦； 径流小区人工模拟降雨 室内模拟降雨器 径流小区人工模拟降雨 野外模拟降雨 模拟降雨小区准备 径流小区人工模拟降雨 有固定边界的小区 为了有效监测径流和泥沙， 大部分情况下都需要建造固 定的小区边界，将小区和周 围地面隔离开。 径流小区小区边界 无固定边

3、界的径流小区 在有些情况下，也可以使用没有 固定边界的径流小区，试验时将 铁皮插入土壤围成小区，径流和 泥沙用小型径流桶收集，实验结 束后将铁皮拔掉即可。 径流小区小区边界 径流小区的大小与监测目的密切相关 微型小区 面积：12m2 监测结果与面积没有关系 降雨溅蚀的监测 中等小区 面积：一般小于100m100m2 2（5 5米 宽，2020米长） 功能：用于作物管理措施、 植被覆盖措施、轮作措施、监 测动土措施及其他一些措施的 水土保持效益监测 418 大型小区 通常在1hm2以内 用于监测结果可能与小区面 积有关系，入坡面细沟发育； 用于对小区的耕作和农作措 施相似性要求比较高的情况； 用

4、于评价诸如梯田、放牧或 牲畜的践踏作用。 集水区 面积：无明确规定，但通常在几个km2以内， 是由分水岭组合而成的天然集水单元。 功能 ： 1）弥补径流小区的缺陷，获得相对合理的 土壤侵蚀量 用径流小区测定侵蚀时的缺陷： 第一、集流槽内水流以自由出流的形式汇 集到径流桶； 集水区 第二、忽略了泥沙淤积。 输移比：流域出口处的泥沙量 与流域内侵蚀量的比值 2 2）对反应流域内土地情况变化 所引起的流域内的产流、侵蚀状 况的相应变化 径流小区设计原则 建立径流小区的目的是为了收集降雨时小区内产 生的径流和泥沙，从而对土壤侵蚀速率作出正确 的评价； 径流小区包括 小区 径流、泥沙收集系统 在小区规划

5、阶段应考虑 小区布设地段； 小区面积 小区数目； 小区内拟采取的措施 小区边界的材料； 集流方式 分水箱的大小及其级别；集流桶的大大小 蓄水池的大小； 排水沟 。 径流小区设计原则 小区布设的基本原则 径流小区布设应选择在不同水土流失类型区的典型地段，使所建 径流小区具有比较好的代表性，能够反应监测区水土流失的基本特 点；（水土保持检测技术规程） 径流小区应尽可能选取或依托各水土流失区已有的水土保持实验 站，并考虑观测和管理的方便性； 径流小区设计原则 选择布设小区的坡面横向应该平整， 坡度和土壤条件均一, ,以消除土壤、 地形地貌等因素对观测结果的影 响 ； 在同一流域内布设的小区，应尽量

6、集中，有利于管理和维护。 径流小区设计原则 设计径流深的获取 计算经验频率 收集临近气象站多年降雨资料，按次降雨量的大小将各次 降雨从小到大排序，划分降雨量的范围，统计发生在各降 雨量范围内的降雨次数，按照下式计算经验频率： （1 1） 式中：Pi为发生在降雨范围i i内的经验频率；m m为该降雨范 围内的降雨次数；n n为总的降雨次数；1 n m p i 经验频率曲线 在计算经验频率的基础上，用配线法或其他方法做经 验频率曲线； 获得设计暴雨 通过设计暴雨的频率，从经验频率曲线上查找出相应 的降雨量。在径流小区设计时，通常采用5050年一遇的 暴雨作为设计暴雨标准。 实例 某站测得62年降水

7、资料，将雨量资料按大小进行分组，计算各组出现的次数、频率、累计次数、累计频率及组 内平均频率密度。表中第（3）列为各组内出现的次数，第（4）列为第（3）列自上而下逐组累加的次数，表示年雨 量大于或等于该组下限值x出现的次数。第（5）、（6）列是分别将第（3）、（4）列相应各组次数除以总次数62， 即为相应的频率。第（7）列是将第（5）列的组内频率P，再除以组距x（本例为200mm），它表示频率沿x轴 上各组所分布的密集程度。 径流系数 通过临近水文站的多年观测资料求得； 借用临近小区的径流系数； 附近没有水文站或小区观测资料时，可以对省、 区径流系数等值线图进行内插获得。 获取径流深 将设计暴

8、雨雨量和径流系数相乘，即可得到小区设 计径流深。 小区面积 径流小区常为矩形，对于长与宽的比例没有明确的规定， 但一般认为宽短小区是不可取的，因为这样的小区会影 响到细沟的发育。 小区的宽度应能保证相关措施的落实，如顺坡垄状耕作， 则小区的宽度与沟垄的宽度、拟建沟垄数目密切相关。 对于农地小区，为减小边界效应的影响，应在小区左右 两侧和上部修建缓冲带，小区内不容许没有必要的践踏。 小区面积 为了提高监测数据的可比性，当分析、研究水土流失区域 特征时，必须要使各地的小区大小保持一致，其中的处理 措施也应一致。 标准小区 垂直投影长20m20m，宽5m5m，坡度为5 5或1515，坡面 经耕耙平后

9、，纵横向平整，至少撂晃1 1年，无植被覆盖； 无特殊要求时，小区建设的尺寸应尽量参照标准小区的规 定确定 ； 非标准小区 当监测目的是研究某一特定因素对土 壤侵蚀的定量影响时可以选用非标准 小区 ，其面积的选取，应根据小区建 设的目的要求进行，且应充分考虑坡 度、坡长级别、土地利用方式、耕作 制度和水土保持措施。 边墙 矩形，高出地面10 10 20cm20cm，埋入地下30cm30cm左右； 材料 水泥板：长505060cm60cm、高404050cm50cm、厚5 510cm10cm。 埋置要求： 埋完后将两侧土壤夯实； 水泥板的上缘向小区外倾斜6060； 金属板：厚度1.21.21.5m

10、m1.5mm的镀锌铁皮 。 小区底端（下坡边） 由水泥、砖等材料衬砌而成。表面光滑，上缘 与小区内地面同高，槽底向下及向中间倾斜；中 部由镀锌铁皮或金属管做成的导流管或导流槽与 集流桶或分水箱连接起来。 集流槽底 集流槽底 10cm 20cm 小区前墙围堤 集流系统设计应考虑的因素 小区面积 降雨特性 土壤入渗性能 地形地貌 产流特征 分水箱 小区边 导流管2 集流桶 导流管1 土面 集流系统 集流系统类型 集流桶排水系统 对微型小区而言，只用集流桶 即可收集小区内产生的全部径流 和泥沙； 大集流桶内设计小集流桶 主要考虑年内降水性质，小集流 桶用于收集一年中多数情况下的中 雨和小雨；当发生大

11、暴雨时，小集 流桶装满径流后，由大径流桶开始 收集径流。 分流系统集流桶 对于面积较大的小区，在发生 较大降雨，产流量较大，收集全 部径流是不可取的。这样，在实 际工作中常采用分水箱对径流进 行分流，仅收集部分径流以供观 测和取样。 集流桶安装与排水 为保证小区内径流向集流桶汇集过程为自 由出流，必须使小区出流口和集流桶之间 有足够的高差，通常可以挖坑以降低集流 桶安装出的高程； 为保证排水的畅通，需要相应地修建排水 系统。即便是集流桶内的径流是用水泵抽 出，由于水流集中，为避免造成新的土壤 侵蚀，也应修建排水系统。 分流系统的类型 分流槽 分流系统的类型 分水箱 分流系统的类型 分水箱 分水

12、箱常用厚度为1.2mm的镀锌铁皮或厚度为2mm或3mm的 铁板制作而成。 黄土高原地区所用的分水箱多为圆形，直径和高度介于在0.8m 1.0m之间，分流孔离分水箱底部的高度为0.5m。 分流孔多为直径35cm的圆孔，间距在1015cm左右，为保 证分流均匀，分流孔间的距离应该相等。 在东北地区也有采用宽2cm、高5cm的矩形分流孔的，其功能与 圆型分流孔没有差异。 分流孔的数目应根据小区面积大小、设计径流深及集流桶的体积 来综合确定，以保证设计径流深条件下分流桶不溢流为基本原则， 常见的分流孔数目为5、7、9、11。 为防止径流中携带的杂草阻塞导流管，在分水箱内应安装纱网或 其他过滤设施，纱网

13、的网眼不能太细，应大于1cm2，如果过细 则会引起水流不畅，导致分水箱溢流的结果。 100cm 分流孔 60cm 60cm 6cm 10cm 12cm 进水孔 1cm 20cm 30cm 10cm 2cm 集流桶也常用厚度为 1.2mm的镀锌铁皮 和厚度 为2mm或3mm的铁板制 作而成，为了便于搅动径流 和泥沙取样，集流桶全为圆 形的，尺寸与分水箱相当或 略大于分流箱。 100cm 距离边缘10cm D = 90 cm 6cm 14cm 3cm D=10cm 底面排水孔 在小区下建设大型水池收集径 流，是另一种收集径流和泥沙 的方法，当小区较大时，泥沙 取样的精度不高，同时水池内 泥沙的清除

14、也是一大问题。 小 区 5m 1.1m 1m 蓄水池 10cm 为防止降水和沙尘直接进入分流箱或集流箱，一般要给分水 箱和集流箱安装盖子。 分流箱和集流箱的安装应保持水平。 为了排放径流，分流箱和集流箱的底部应开直径为12cm左 右的圆形孔，收集径流时用阀将圆形孔堵住，观测完毕后打 开圆孔将径流和泥沙排掉。 观测时间： 每日早8 8点准时开始 观测方法 普通雨量计 检查承水瓶，如有雨水，倒入雨量筒中测量，并在降雨 观测记录表中做准确记录。 每次降雨过后，应及时测量，尽量减少蒸发。 自记雨量计 如果前一天没有降雨, ,用 注入少量清水的方法，使自 记雨量计的指针上调一格 （1mm1mm），手动旋

15、转自记钟， 调整指针指向正确的时间。 在连续没有降雨的情况下， 一 张自记纸可以连续使用7 7 天。 自记雨量计 如果前一天有降雨，更换自计纸。 新的自记纸 更换前需要填写观 测日期、初算人等相应项目。换 下的自 记纸应及时填写取纸日 期。带回室内初算雨量，并于自 记 纸和观测记录本上各记录一 份，且应妥善保存。 每场降雨后应观测小区径流量，并取泥沙样， 清洗分水箱和集流桶。 准备工作 取样前，准备好取样瓶，米尺，扳手，铁锹，舀子，笔，记录表等， 放入工具篮中，带至小区。 取样步骤 首先对照记录表填写好小区号、观测日期、观测人等项目。然后按 照以下步骤进行取样。 检查小区、分水箱、集流桶等是否

16、有异常现象，主要侧重于有无溢 流、严重淤积及分流孔堵塞等现象发生，若有情况，做好相应的记录。 对照记录表填好集流桶号，打开桶盖，将米尺垂直放入桶中至桶底，读取水 面所在刻度值，填入记录表中。每个集流桶，应在不同位置测量水深4 4次。 用铁锹搅动集流桶中的泥水，使泥沙与水充分混合达到均匀，用舀子取样， 装入取样瓶中，记录瓶号。每个集流桶内取样两个。 打开集流桶底阀，然后一边搅动，一边放出泥水，最后用清水将集流桶冲洗 干净。 拧紧底阀，盖好桶盖，进入下一个小区的取样工作。 每次产流后，应及时检查分水箱的分流孔，发现有淤泥时应及时清理，不能 影响出水。 当集流系统仅为集流桶，没有分流箱时： （2）

17、式中：R为径流泥沙体积（m3）；r为集流桶的半径（m）； h为集流桶内径流泥沙混合溶液的深度（m）。 hR r 2 4 1 当集流系统由一个分流箱和集流桶组成时： （3） 式中：n n1 1为分流箱分流孔的数目，其他符号意义同前。 当集流系统由两个分流箱和集流桶组成时： （4） 式中：n2为第二个分水箱的分流孔数目。当分流箱为多个级别时，其径流量的 计算方法，依此类推。 hR r n 2 1 4 hR r nn 2 21 4 当泥沙浓度不大时，上述方法获得的水沙混合物的体积，即可近 似为小区径流量. . 当侵蚀剧烈，集流桶内泥沙淤积厚度较大时，应相应地扣除泥沙 所占的体积。 在径流深度量测时，

18、可以先用铁锹将集流桶内沉积的泥沙滩平， 然后再测定径流深度，测定时应注意用力分寸，使水尺接触到泥 沙即可，为避免泥沙的高低不平，径流测定应在不同位置进行， 最后取其平均值。 对于以蓄水池为径流收集系统的小区，因为一般蓄水池较大，采 用搅拌的方法取样难度较大，其代表性较差。 可以考虑先沉积泥沙滩平，等泥沙沉降后，在不同位置量测径流 深度，等取样完成以后让蓄水池中的水沙混合物沉积几天，然后 将上面的清水用水泵或虹吸法抽出，进一步量测泥沙量。 当研究目的与降雨的次数有关时，测定完径流、取完泥沙样以后， 应及时将蓄水池中的泥沙清理掉，避免对下次测定造成误差。 小区取样完毕，将样品带回室内按照以下步骤进

19、 行处理。 转移：将取样瓶内的水沙样摇动数次，让水沙充 分混合，然后将500ml500ml左右的水沙样倒入铝盒中， 用清水冲洗量筒，使筒内泥沙全部倒入铝盒，同 时在径流观测记录表中记录相应的铝盒编号。 沉淀：静置铝盒数小时，使泥沙沉淀，然后倒掉 铝盒上部的清水，再沉淀，再倒掉上部清水，注 意不要倒掉泥沙。 烘干：把铝盒放入烘箱，在105105C C下烘干8 8小时。关闭烘箱电源， 冷却半小时。 称量：取出铝盒，用电子天平依次称量，在记录表中做好相 应的记录。 将取样瓶、铝盒清洗干净妥善摆放。 泥沙量计算 泥沙重 GG HT G 含沙量 为含沙量（g/mlg/ml） 泥沙总重 S ST T为泥沙

20、总量（kgkg） 500 G R S T 1000 检查雨量计 检查普通雨量计和自记雨量计内有无杂物（如树枝等）， 检查自记雨量计的画线情况，及时加墨。 检查集流桶和分水箱 分水箱的分流孔有无堵塞； 集流桶的放水阀是否漏水； 集流桶和分水箱是否漏水，盖子是否盖好； 汇流槽和导流槽内是否有杂物，有无漏水。 检查小区 及时除草，维持各个小区所要求的耕作方式和植被覆盖； 检查小区的挡板是否有歪斜或漏水； 对于垄作小区，检查有无串垄情况； 检查刺篱，查看是否有牲畜等闯入小区内。 以上检查结果要写入相应的记录表。 天然降雨 无法实现人工 控制； 时间、空间变 异大； 获得研究结果 需要的周期长； 径流小区天然降雨 在小区规划阶段应考虑 小区布设地段； 小区面积 小区数目； 小区内拟采取的措施 小区边界的材料； 集流方式 分