徑流小區(qū)水沙監(jiān)測方法論述

霍喜，張方方，魏振康

(四川大學(xué)，四川 成都 610000)

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徑流小區(qū)水沙監(jiān)測方法論述

霍喜，張方方，魏振康

(四川大學(xué)，四川 成都 610000)

摘要：徑流小區(qū)為深入揭示水土流失規(guī)律，促進(jìn)土壤侵蝕監(jiān)測方法和技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在水土流失監(jiān)測過程中發(fā)揮的作用無可替代[1]。含沙量的測定是準(zhǔn)確計(jì)算土壤流失量的關(guān)鍵，傳統(tǒng)采樣方法所測得的含沙量遠(yuǎn)小于實(shí)際含沙量，而分層采樣所測得的含沙量基本上接近于實(shí)際值。介于分層采樣方法程序復(fù)雜，過程耗時(shí)長，同時(shí)需要較多人力，以及其操作不便性，隨后研制了集流桶含沙量全深剖面采樣器，其攜帶方便、操作快速簡單等特點(diǎn)，被廣泛推廣于野外使用，這些實(shí)踐過程中的改進(jìn)對于水土流失監(jiān)測具有里程碑式的意義。

關(guān)鍵詞：水土流失；徑流小區(qū)；傳統(tǒng)采樣；分層采樣；采集器

1徑流小區(qū)在水土流失監(jiān)測進(jìn)程中的意義

徑流小區(qū)由邊埂、邊埂圍成的小區(qū)、集流槽、徑流和泥沙集蓄設(shè)備、保護(hù)帶及排水系統(tǒng)組成。我國土壤侵蝕研究中的標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)應(yīng)選定15°坡度、20m坡長、5m寬的清耕休閑地[2]。

坡面徑流試驗(yàn)小區(qū)觀測成為土壤侵蝕研究的經(jīng)典方法，自1915年誕生到今已有100多年的歷史，為深入揭示水土流失規(guī)律，促進(jìn)土壤侵蝕監(jiān)測方法和技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，系統(tǒng)地了解徑流小區(qū)法在土壤侵蝕監(jiān)測研究中的技術(shù)更新及發(fā)展歷程，對總結(jié)和創(chuàng)新水土流失觀測與評價(jià)方法有著重要的意義[2]。

2徑流泥沙測量方法及在實(shí)踐中的改進(jìn)

2.1傳統(tǒng)采樣與分層采樣方法的介紹與比較

徑流小區(qū)作為土壤侵蝕監(jiān)測的一種重要方法，在土壤侵蝕模型及預(yù)報(bào)中具有重大意義。快速準(zhǔn)確地測量徑流小區(qū)集流桶(池)中的泥沙含量直接決定了土壤侵蝕規(guī)律研究的科學(xué)性與土壤侵蝕預(yù)報(bào)的可靠性。攪拌法取樣測量含沙量是目前應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)含沙量測量方法。

傳統(tǒng)采樣法首先分三點(diǎn)測量分流桶內(nèi)水深，然后將分流桶內(nèi)泥沙攪勻。攪勻后，邊攪動(dòng)邊用取樣瓶進(jìn)行渾水取樣(至少取2個(gè)渾水樣)，以便求得含沙量的平均值，提高實(shí)驗(yàn)精度。取回的渾水樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用過濾法測定含沙量。在實(shí)驗(yàn)室常采用烘干法測量水樣含沙量，即取一定量的樣品，測量烘干后的泥沙總重量，從而確定泥水中的含沙量。

分層采樣法首先用取樣瓶取分流桶上層含沙量較小的渾水樣，作為上層渾水樣。然后用虹吸方法將桶內(nèi)的含沙量較小的渾水吸出桶外，將水桶內(nèi)取得的濁水樣作為分流桶下層渾水樣。分流桶內(nèi)濁水取完后，將分流桶底部所剩泥沙用臉盆取出稱重。每次用盆裝泥沙前，先稱取盆的重量，然后再稱盆和泥沙的重量。并用鋁盒取盆內(nèi)泥沙一盒以測量含水量這樣，用分層的辦法取得含沙量較小的上層渾水樣、含沙量較大的下層渾水樣以及底部的淤積泥沙量，分別測得其所含的泥沙干重，可計(jì)算得到總的泥沙干重，再除以分流桶內(nèi)的渾水樣容積即可得到分層采樣的含沙量。

采用人工在徑流桶內(nèi)加沙的方法制備約不同含沙量，分別用傳統(tǒng)采樣方法和分層采樣方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并將觀測結(jié)果與實(shí)際含沙量進(jìn)行了對比[3]，研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)采樣方法所測得的含沙量遠(yuǎn)小于實(shí)際含沙量，誤差率高達(dá)90%；而分層采樣所測得的含沙量基本上接近于實(shí)際值，平均誤差率在3%左右。究其原因在于礫石和砂粒的大量存在使得泥沙不易被攪動(dòng)，并且它們沉降速度極快，用傳統(tǒng)攪拌的方法無法取得具有代表性的泥沙樣品，采樣結(jié)果往往不能得到相應(yīng)比例的粗顆粒部分，使得含沙量結(jié)果大大偏低。雖然分層采樣提高了實(shí)驗(yàn)精度，但是其方法程序復(fù)雜，過程耗時(shí)長，同時(shí)需要較多人力，因此不便于操作，在實(shí)際監(jiān)測工作中難以推廣。為了提高含沙量測量精度且便于實(shí)際操作的需要，研制出集流桶含沙量全深剖面采樣器，能夠保證采集的泥沙樣品充分代表集流桶中的水沙組成，保證了含沙量的測量精度，對土壤侵蝕的觀測有重要意義。

2.2集流桶含沙量全深剖面采樣器在實(shí)踐測量中的應(yīng)用

集流桶含沙量全深剖面采樣器的主要組件包括透明采樣管、外支桿、固定環(huán)、不銹鋼底托和封閉塞5部分。該管式全深剖面采樣器的工作原理就是采集集流桶(池)中從桶(池)底到水面泥水樣水柱，類似采用圓筒形土鉆等設(shè)備采集靜態(tài)原狀土柱。然后再分析所采集水柱的含沙量，從而得到整個(gè)集流桶(池)的泥沙含量。采樣器的操作步驟如下：(1)提起采樣管，估計(jì)管底與底盤的距離大于桶中泥沙的厚度，斜插入桶中，保證底盤到達(dá)桶底；(2)將底盤在桶底輕劃一小段距離后，使得采樣器能夠立正垂直于桶底；(3)將采樣管向下插入泥沙，到達(dá)底盤處；(4)輕輕旋轉(zhuǎn)采樣管，圓滑管子底部與底盤的接合線，使其緊密相接；(5)靜置片刻后，慢慢將采樣器提出水面，并將內(nèi)盛的泥水混合物轉(zhuǎn)移至桶中，備測含沙量。要求在集流桶中選三個(gè)點(diǎn)各采一管，與傳統(tǒng)采樣相同的烘干法來測定含沙量。該采樣方法被證明適合于集流桶中較大范圍含沙量水平(0-300kg/m3)的測定，同時(shí)處于中等水深時(shí)測量精度最佳[4]。

3徑流小區(qū)法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

若將徑流小區(qū)的觀測結(jié)果應(yīng)用于大面積流域時(shí)，一般不能直接引用，常常需要加以修正。就一流域而言，由陡坡攜帶下來的泥沙，在緩坡地段可能導(dǎo)致淤積，使其運(yùn)行規(guī)律變得更加復(fù)雜。故一般徑流小區(qū)觀測的徑流泥沙數(shù)據(jù)，都不能代表大面積的產(chǎn)流產(chǎn)沙情況，具體還需要通過對比觀測，尋找關(guān)系，采用實(shí)地觀測與理論分析相結(jié)合的辦法，探求其規(guī)律，以便更好地解決實(shí)際中存在的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李智廣.水土流失測驗(yàn)與調(diào)查.北京：中國水利水電出版社,2005.

[2]李月，周運(yùn)超.徑流小區(qū)法監(jiān)測水土流失的百年歷程[A].中國水土保持,2014

[3]符素華，付金生，王曉嵐，劉寶元.徑流小區(qū)集流桶含沙量測量方法研究[J].水土保持通，2003.

[4]葉芝菡，劉寶元，路炳軍.徑流小區(qū)集流桶含沙量全深剖面采樣器的研制與試驗(yàn)[M].泥沙研究,2005.

作者簡介：霍喜，男，漢族，山西大同市人，碩士研究生，四川大學(xué)，研究方向：水土流失監(jiān)測。

中圖分類號：S157.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)14-0141-01