徑流小區水沙監測方法論述

霍喜，張方方，魏振康

(四川大學，四川 成都 610000)

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徑流小區水沙監測方法論述

霍喜，張方方，魏振康

(四川大學，四川 成都 610000)

摘要：徑流小區為深入揭示水土流失規律，促進土壤侵蝕監測方法和技術的發展奠定了基礎，在水土流失監測過程中發揮的作用無可替代[1]。含沙量的測定是準確計算土壤流失量的關鍵，傳統采樣方法所測得的含沙量遠小于實際含沙量，而分層采樣所測得的含沙量基本上接近于實際值。介于分層采樣方法程序復雜，過程耗時長，同時需要較多人力，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，被廣泛推廣于野外使用，這些實踐過程中的改進對于水土流失監測具有里程碑式的意義。

關鍵詞：水土流失；徑流小區；傳統采樣；分層采樣；采集器

1徑流小區在水土流失監測進程中的意義

徑流小區由邊埂、邊埂圍成的小區、集流槽、徑流和泥沙集蓄設備、保護帶及排水系統組成。我國土壤侵蝕研究中的標準小區應選定15°坡度、20m坡長、5m寬的清耕休閑地[2]。

坡面徑流試驗小區觀測成為土壤侵蝕研究的經典方法，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律，促進土壤侵蝕監測方法和技術的發展奠定了基礎。因此，系統地了解徑流小區法在土壤侵蝕監測研究中的技術更新及發展歷程，對總結和創新水土流失觀測與評價方法有著重要的意義[2]。

2徑流泥沙測量方法及在實踐中的改進

2.1傳統采樣與分層采樣方法的介紹與比較

徑流小區作為土壤侵蝕監測的一種重要方法，在土壤侵蝕模型及預報中具有重大意義。快速準確地測量徑流小區集流桶(池)中的泥沙含量直接決定了土壤侵蝕規律研究的科學性與土壤侵蝕預報的可靠性。攪拌法取樣測量含沙量是目前應用最廣的傳統含沙量測量方法。

傳統采樣法首先分三點測量分流桶內水深，然后將分流桶內泥沙攪勻。攪勻后，邊攪動邊用取樣瓶進行渾水取樣(至少取2個渾水樣)，以便求得含沙量的平均值，提高實驗精度。取回的渾水樣在實驗室內用過濾法測定含沙量。在實驗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的含沙量較小的渾水吸出桶外，將水桶內取得的濁水樣作為分流桶下層渾水樣。分流桶內濁水取完后，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，可計算得到總的泥沙干重，再除以分流桶內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加沙的方法制備約不同含沙量，分別用傳統采樣方法和分層采樣方法進行實驗操作，并將觀測結果與實際含沙量進行了對比[3]，研究結果表明，傳統采樣方法所測得的含沙量遠小于實際含沙量，誤差率高達90%；而分層采樣所測得的含沙量基本上接近于實際值，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，并且它們沉降速度極快，用傳統攪拌的方法無法取得具有代表性的泥沙樣品，采樣結果往往不能得到相應比例的粗顆粒部分，使得含沙量結果大大偏低。雖然分層采樣提高了實驗精度，但是其方法程序復雜，過程耗時長，同時需要較多人力，因此不便于操作，在實際監測工作中難以推廣。為了提高含沙量測量精度且便于實際操作的需要，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踐測量中的應用

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、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備采集靜態原狀土柱。然后再分析所采集水柱的含沙量，從而得到整個集流桶(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，到達底盤處；(4)輕輕旋轉采樣管，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，并將內盛的泥水混合物轉移至桶中，備測含沙量。要求在集流桶中選三個點各采一管，與傳統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，同時處于中等水深時測量精度最佳[4]。

3徑流小區法在實際應用中存在的問題

若將徑流小區的觀測結果應用于大面積流域時，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，在緩坡地段可能導致淤積，使其運行規律變得更加復雜。故一般徑流小區觀測的徑流泥沙數據，都不能代表大面積的產流產沙情況，具體還需要通過對比觀測，尋找關系，采用實地觀測與理論分析相結合的辦法，探求其規律，以便更好地解決實際中存在的問題。

參考文獻：

[1]李智廣.水土流失測驗與調查.北京：中國水利水電出版社,2005.

[2]李月，周運超.徑流小區法監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.徑流小區集流桶含沙量全深剖面采樣器的研制與試驗[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，研究方向：水土流失監測。

中圖分類號：S157.1

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)14-0141-01