测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法

摘要

本发明公开了一种测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法，包括步骤一、布置5个平行的沟床，在部分沟床内种植被，植被从沟床底部向上游延伸形成植被带，在沟床的上游方向设置有稳流池，沟床沿水流方向的长度上，每隔2m设置有一个监测断面；步骤二、利用稳流池进行2至3次的放水试验，在监测断面上，每隔10min，监测植被影响下沟床径流泥沙含量的变化；监测一次通过断面时径流的流速、径流深、径流宽；步骤三、在每次放水试验后，对地形进行修复，再进行下次试验。利用本发明的试验方法，可以模拟不同植被生长模式和植被盖度下冲沟发育过程，探明沟床植被状况对径流能量的消减机制及减沙拦沙作用机理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种农业生态试验方法，具体涉及一种测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法。

背景技术

冲沟通常是指由于暂时性流水的冲刷作用，在坡地形成的深沟。冲沟侵蚀是一种重要的土壤侵蚀方式，它加速土壤侵蚀速率，造成严重的土地退化。同时，冲沟发育加剧地表破碎化进程，影响土地耕作及其它土地利用，威胁道路、建筑等设施。冲沟还是流域产沙的重要来源，Poesen等总结了全球56个地区冲沟侵蚀量占土壤侵蚀总量的比例，其中有43个地区的比例超过了30%，最高比例达到了94%。国内学者的研究也表明，在我国，包括冲沟、切沟在内的沟谷侵蚀产沙量可占流域产沙总量的一半以上。近年来冲沟侵蚀逐渐成为土壤侵蚀研究领域的一大热点，受到越来越多学者的关注。然而，由于冲沟发育过程复杂，影响因素众多，实验模拟困难，研究难度大,相对于坡面侵蚀，对冲沟侵蚀的机理研究还较为薄弱。

在冲沟发育地带，沟床植被对径流能量及泥沙运动存在重要影响，它有效降低径流动能，拦截径流泥沙，导致泥沙淤积位置上移，沟床坡降降低，进而影响了沟头溯源侵蚀的速率及整个冲沟的活跃程度，然而沟床植被对径流消能拦沙作用机制尚缺乏系统研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效、合理的测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法。

本发明是这样实现的：

一种测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法，包括如下步骤：

步骤一、布置5个平行的沟床，沟床沿水流方向的长度为20m，宽度为2m，在部分沟床内种植被，植被从沟床底部向上游延伸形成植被带，植被带沿水流方向的长度分别为0 m、4 m、8 m、12 m和16 m，并通过剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被盖度，在沟床的上游方向设置有稳流池，沟床沿水流方向的长度上，每隔2m设置有一个监测断面；

步骤二、利用稳流池进行2至3次的放水试验，控制每次放水的流量为5 m ³/h，每次放水冲刷时间为1h，在监测断面上，每隔10min，用塑料瓶收集通过该断面的径流样，用于监测植被影响下沟床径流泥沙含量的变化；同时在监测断面上，每10min监测一次通过断面时径流的流速、径流深、径流宽；

步骤三、在每次放水试验后，对地形进行修复，在修复后沉降一周，再进行下次试验，并保证每个沟床的放水试验次数相同；

步骤四、通过剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤五、通过剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤六、通过剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

即完成了测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验。

更进一步的方案是：所述步骤二中，通过流量计控制每次放水的流量为5 m ³/h。

步骤三中，对地形进行修复是指在沟床上，对放水试验后冲刷流失的土壤进行修补，修补后沟床上无明显的冲刷痕迹，且修补采用的土壤是沟床附近与沟床土壤类型、性质相同的土壤表层土。

本发明能够尽量准确的模拟冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应，从植被带的长度、植被盖度的不同设置，可以反映实际情况下不同植被状况对径流消能和拦沙效应的影响。在试验测定中，植被分布方式为从下游向上游延伸的方式，这是由于沟床植被通常是从下游逐渐向上游生长的，因此这种原位试验不涉及土体搬移，对土体结构扰动较少，兼之植被分布方式非常接近实际情况，因此本模拟试验方法较传统的室内模拟试验而言更符合实际，所得结果与实际情况更加逼近。

利用本发明的试验方法，可以模拟不同植被生长模式和植被盖度下冲沟发育过程，探明沟床植被状况对径流能量的消减机制及减沙拦沙作用机理，对揭示植被对冲沟活跃程度的影响机理具有重要意义，同时对地貌学和土壤侵蚀学中关于冲沟的发育过程和稳定机制的阐述起到一定的补充完善作用。试验方法整体设计合理，具有可操作性，适宜于冲沟发育地区开展类似研究时大力推广。

附图说明

图1为本发明模拟试验示意图。

图2为本发明五个沟床及植被示意图。

图3 为本发明中某一植被分布模式下的5个植被盖度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验方法，包括如下步骤：

步骤一、如附图1所示，布置5个平行的沟床1，沟床沿水流方向的长度为20m，宽度为2m，在部分沟床内种植被，植被从沟床底部向上游延伸形成植被带3，植被带沿水流方向的长度分别为0 m、4 m、8 m、12 m和16 m，并通过剪除植被地面以上部位的方式形成80%的植被盖度，在沟床的上游方向设置有稳流池2，沟床沿水流方向的长度上，每隔2m设置有一个监测断面；附图1中箭头方向即为径流流向；

步骤二、利用稳流池2进行2至3次的放水试验，通过流量计控制每次放水的流量为5 m ³/h，每次放水冲刷时间为1h，稳流池放水后，经过布置在沟床1上游方向的跌坎5，可以使水更均匀平铺到沟床上，在监测断面上，每隔10min，用塑料瓶收集通过该断面的径流样，用于监测植被影响下沟床径流泥沙含量的变化；同时在监测断面上，每10min监测一次通过断面时径流的流速、径流深、径流宽，以计算Fr、Re等水动力学参数；在沟床下游方向，有一个收集径流的径流桶4；

步骤三、在每次放水试验后，对地形进行修复，在修复后沉降一周，再进行下次试验，并保证每个沟床的放水试验次数相同；

步骤四、通过剪除植被地面以上部位的方式形成60%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤五、通过剪除植被地面以上部位的方式形成40%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤六、通过剪除植被地面以上部位的方式形成20%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

步骤七、剪除全部植被的地面以上部位，形成0%的植被盖度，然后重复步骤二、三；

即完成了测定冲沟沟床植被对径流消能及拦沙效应的模拟试验。

步骤三中，对地形进行修复是指在沟床上，对放水试验后冲刷流失的土壤进行修补，修补后沟床上无明显的冲刷痕迹，且修补采用的土壤是沟床附近与沟床土壤类型、性质相同的土壤表层土。

如附图2所示，为本发明五个沟床及植被示意图；而附图3为本发明中具有16m长植被带的植被分布模式下的5个植被盖度示意图。

本发明能够比较简单的测定得到够沟床植被与径流消能拦沙效应的关系，有很大的利用及推广价值。