专利名称：水蚀区土壤侵蚀标尺及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属水土流失监测领域，涉及一种适用于水蚀区土壤侵蚀速率监测的土壤侵蚀标尺。
背景技术：
我国是世界上水土流失最为严重的国家之一，目前我国水土流失面积达356. 92 万平方公里。土壤侵蚀机理、侵蚀速率监测及其防治对策等相关研究已成为地学、生物学领域的重要研究内容，也是长期以来水土保持工作者的重要研究课题。侵蚀针法是水土保持科研工作者在生产实践中，根据工作需求而创造的一种简便、快捷、实用性很高的简易方法，也是我国部颁标准中土壤侵蚀测量方法之一。但长期以来，侵蚀针的制作尚未形成规范标准，实践中通常采用去帽铁钉、钢筋、硬质塑料棒、竹筷等材料代替侵蚀针，这种简易的侵蚀针需要借助传统测量工作完成相应量测任务，无法解决侵蚀针裸露或掩埋的问题，测量误差和工作量较大，且无法避免人为对地表的扰动，进而影响测量精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种水蚀区土壤侵蚀标尺及其应用。本发明提供的水蚀区土壤侵蚀标尺，其为首位顺次相连的第一侧面、第二侧面和第三侧面以及两个底面组成的柱体，其中三侧面为凹弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第一侧面相交的棱为第三棱，其中，第一侧面对应的第一弧线的弧度和弧长与第二侧面对应的第二弧线的弧度和弧长相同，所述第一弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧和/或第三侧面和第一侧面分别在其与第三棱相交的一侧设置刻度。将本发明前述的柱体定义为凹弧面三棱柱。其中，所述柱体的横截面图形关于第一弧线和第二弧线所成夹角的角平分线轴对称。其中，第二侧面对应的第二弧线的弧长大于第三侧面对应的第三弧线的弧长。其中，所述柱体的第一弧线和第二弧线所成的夹角为5 15°，第二弧线和第三弧线所成的夹角为5 15°，第三弧线和第一弧线所成的夹角为5 15°。其中，上述三个夹角可相同或不同，优选为相同。本发明，两条弧线的夹角是指分别以两弧线的交点做切线，所求出的两条切线的夹角。其中，所述刻度包括正值刻度、0刻度和负值刻度，优选最小刻度为毫米。其中，正值刻度所在区域的颜色和负值刻度所在区域的颜色不同，优选地，两者的区分度应当大。如，黑和红、蓝和黑、红和蓝、黄和红、黄和黑等。更优选地，正值部分的颜色为黑色，负值部分的颜色为红色。
本发明中，可用本领域公知的方法进行颜色处理，如喷涂、浸染等，或采用符合要求的着色材料加工而成。本发明提供的标尺优选由硬质塑料、铝合金、竹材等材料制成，更优选优选由硬质塑料材料制成。本领域技术人员可根据水蚀区的流水力侵蚀特点，设计本发明侵蚀标尺的长度， 优选总长度设计成30cm，黑色正值部分为10cm，红色负值部分为20cm。这样的长度基本可用于所有的水蚀区的土壤侵蚀速率监测。用本发明提供的水蚀区土壤侵蚀标尺进行土壤侵蚀速率的监测，其包括如下步骤1)在预选监测区域内，按照行列式布设侵蚀标尺，侵蚀标尺垂直埋于监测样地表面，0刻度线与地表齐平，正值部分掩埋在地表以下，使侵蚀标尺分流线一端(即，弧长较长，弧所在半径较大的两个弧面相交的棱)迎向水流方向，并依次编号；2)按照预定的监测时间要求，采用人工读数或借助数码照相机拍照并读数的方法依次读出各侵蚀标尺度数。读数为正，表示侵蚀标尺受侵蚀而裸露；读数为负，表示侵蚀标尺被堆积掩埋；3)根据本领域常规计算方法，计算出监测样地平均土层侵蚀厚度，乘以监测样地土壤容重和面积，可计算出土壤侵蚀量。本发明侵蚀标尺外形设计充分应用流体力学原理，采用了凹弧面三棱柱的外形设计，尽可能避免了因侵蚀标尺的布设，而引起外营力流体力学特征的变化，以降低测量误差；可规避采用传统测量工具量测量测过程中的量具因素、人为因素、视觉因素和环境因素，提高工作效率和测量精度；本发明的标尺的齐地线定义为0刻度线，标识柱黑色部分刻度为正，表示侵蚀标尺被掩埋，红色部分刻度为负，标识侵蚀标尺受侵蚀裸露，判断简单直观。在本发明的侵蚀标尺顶部标注了布设方向，方便侵蚀标尺精确布设。
图1为本发明标尺的主视图，其中，不同阴影表示不同的颜色。图2所示为本发明标尺的底面，其中Si、S2和S3分别表示第一侧面、第二侧面和第三侧面所对应的第一弧线、第二弧线和第三弧线，L为Sl和S2所成夹角的角平分线。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1所示为本发明标尺的主视图。图2所示为本发明标尺的底面。本发明的用于水蚀区土壤侵蚀速率监测的土壤侵蚀标尺，其为首位顺次相连的第一侧面、第二侧面和第三侧面以及两个底面组成的柱体，其中三侧面为凹弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第一侧面相交的棱为第三棱， 其中，第一侧面对应的第一弧线(Si)的弧度和弧长与第二侧面对应的第二弧线(S》的弧度和弧长相同，所述第一弧线所在圆的半径大于第三弧线(s;3)所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧和第三侧面和第一侧面分别在其与第三棱相交的一侧设置刻度。将正值刻度所在的区域涂覆成黑色，将负值刻度所在区域涂覆成红色。当然， 本发明不限于这两种颜色。本实施方案中，所述柱体的横截面图形关于第一弧线(Si)和第二弧线(S2)所成夹角的角平分线(L)轴对称。本实施方案中，第一弧线(Si)和第二弧线(S2)的弧长不小于第三弧线(S3)的弧长。本实施方案中，第一弧线(Si)和第二弧线(S2)所成的夹角为10°，第二弧线 (S2)和第三弧线(S3)所成的夹角为10°，第三弧线(S3)和第一弧线(Si)所成的夹角为 10°。在一个实施方案中，标尺横截面宽1cm，长3cm，标尺长30cm，正值部分20cm，负值部分10cm，最小刻度为毫米。横截面三顶点的连线构成一个等腰三角形，等腰三角形的底边为2. 0cm，高为2. 0cm，第三弧线与的切点到顶点的距离为1. 5cm，第一弧线与第二弧线所在圆的半径为4. km，第三弧线所在圆的半径为1. 2cm。正值刻度和正值刻度中间为零刻度。 侵蚀标尺总长度和正负值部分长度，可根据实际需要进行调整。本发明的标尺用硬质塑料制成，但也可由其它材料制成。本发明标尺使用时，将标尺埋于预选的监测区内，0刻度线与地表对齐，露出黑色的负值部分，依次编号；按照预定的监测方案要求，采取数码照相机成像或人工读数的方式，依次读出各侵蚀标尺被掩埋或裸露高度，通过计算监测样地土壤侵蚀平均厚度，乘以监测样地面积和土壤容重，即可计算出土壤侵蚀量。实施例1在人工模拟降雨条件下，对该标尺的监测精度进行了检验，侵蚀槽面积为4m2，预设土壤厚度25cm，布设侵蚀标尺3列4行，列间距与行间距均为0. 5m,试验降雨强度分别为 Smmh-1、1 Ommh-1USmmh-1。与实际侵蚀量相比，该标尺的测量精度分别为92. 77%,94. 52%, 95. 79%。实施例2在径流小区内完成了该标尺的野外监测精度测定工作，选定径流小区面积为 50m2，共布设侵蚀标尺4列5行，列间距为lm，行间距为2m，连续进行了 5次自然降雨观测实验。以径流小区观测法为基准，该方法的测量精度分别为92. 35 %、91. 82 %、93. 50 %、 94. 83%,91. 07%，平均监测精度达到90%以上。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种水蚀区土壤侵蚀标尺，其特征在于，其为首位顺次相连的第一侧面、第二侧面和第三侧面以及两个底面组成的柱体，其中三侧面为凹弧面，第一侧面和第二侧面相交的棱为第一棱，第二侧面和第三侧面相交的棱为第二棱，第三侧面和第一侧面相交的棱为第三棱，其中，第一侧面对应的第一弧线的弧度和弧长与第二侧面对应的第二弧线的弧度和弧长相同，所述第一弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其与第一棱相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其与第二棱相交的一侧和/或第三侧面和第一侧面分别在其与第三棱相交的一侧设置刻度。
2.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述柱体的横截面图形关于第一弧线和第二弧线所成夹角的角平分线轴对称。
3.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，第二侧面对应的第二弧线的弧长大于第三侧面对应的第三弧线的弧长。
4.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述柱体的第一弧线和第二弧线所成的夹角为5 15°，第二弧线和第三弧线的所成夹角为5 15°，第三弧线和第一弧线所成的夹角为5 15°。
5.根据权利要求1所述的标尺，其特征在于，所述刻度包括正值刻度、0刻度和负值刻度。
6.根据权利要求5所述的标尺，其特征在于，最小刻度为毫米。
7.根据权利要求5所述的标尺，其特征在于，其中，正值刻度所在区域的颜色和负值刻度所在区域的颜色不同。
8.根据权利要求7所述的标尺，其特征在于，正值刻度所在的区域的颜色为黑色，负值刻度所在区域的颜色为红色。
9.根据权利要求1 8任一项所述的标尺，其特征在于，所述标尺由硬质塑料、铝合金、 竹材、或木材制成。
10.权利要求1 9任一项所述的标尺在水蚀区土壤侵蚀速率监测中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种水蚀区土壤侵蚀标尺，其为三凹弧面棱柱，其中，第一侧面对应的第一弧线的弧度和弧长与第二侧面对应的第二弧线的弧度和弧长相同，所述第一弧线所在圆的半径大于第三弧线所在圆的半径，其中，第一侧面和第二侧面分别在其相交的一侧涂覆与侧面本体不同的颜色，第二侧面和第三侧面分别在其相交的一侧和/或第三侧面和第一侧面分别在其相交的一侧设置刻度。本发明提供的标尺有效避免了采用传统测量工具量测过程中的量具因素、人为因素、视觉因素和环境因素，提高了工作效率和测量精度。
文档编号G01B5/06GK102564265SQ20111040161
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者杨建英, 祁有祥, 赵廷宁, 辜再元 申请人:北京北林绿源生态技术研究院有限责任公司