[发明专利]野外原位观测坡面径流-基质流-优先流水分运移过程的系统及方法

说明书

本发明涉及一种野外原位观测坡面径流‑基质流‑优先流水分运移过程的方法及系统，所述系统包括模拟降雨器、坡面径流集水装置、土壤水集水装置、坡面径流流量收集器、土壤水流量收集器以及数据采集处理器；其中，坡面径流集水装置包括坡面径流集流框以及坡面径流集流槽；土壤水集水装置包括底面、设置在底面部分周边上的挡水板以及设置在挡水板上的集水口；所述坡面径流流量收集器和土壤水流量收集器底部设置有压力传感器，能够实时读取收集器中流体的压力；所述数据采集处理器与所述坡面径流流量收集器和土壤水流量收集器中的压力传感器连接，用于采集并处理数据。

技术领域

本发明涉及土壤学以及水文学技术领域，更具体涉及一种野外原位观测坡面径流、基质流和优先流水分运移过程的方法及系统。

背景技术

地表水和土壤水在水文循环中是不可分割的整体，均是“四水”中的一部分。水分运移对土壤水分的分布格局、储存能力起着至关重要的作用。土壤水中，优先流是土壤中重要的水分和溶质运移过程，也是林地水文循环的主要因素，这种不符合达西定律的非平衡流广泛存在于多种生态环境的土壤中。优先流的存在不仅改变了土壤水分运动，而且改变了地表径流运动，也即，优先流与基质流和地表径流之间存在着密切的关系。但是，当前关于地表水与土壤水的研究大多采用单独的观测方法或模拟方法，存在一些不足。例如单独模拟观测土壤水的运动过程，由于缺少源汇项的信息会造成水文信息的缺失，会导致模拟结果误差较大；单独模拟地表水的运动，部分流体会因为发生入渗而造成模拟误差值较大。

因此，需要一种新的技术和装置，能够高效精确地观测或模拟实际地面和土壤中的水分运移，以至少部分消除现有技术中存在的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种野外原位观测坡面径流、基质流和优先流水分运移过程的方法及系统，可以同时观测地表水与土壤水的运移，进而定量分析水分运动情况，以构建出较为完整的水分运移过程中的水量平衡体系。

根据本发明的一方面，提供一种野外原位观测坡面径流、基质流和优先流水分运移过程的系统，其包括：模拟降雨器(10)、坡面径流集水装置(20)、土壤水集水装置(30)、坡面径流流量收集器(40)、土壤水流量收集器(50) 以及数据采集处理器(60)；

其中，坡面径流集水装置(20)包括坡面径流集流框(21)以及坡面径流集流槽(22)；所述坡面径流集流框(21)用于设置在待观测的野外坡面上，所述坡面径流集流框(21)包括开口(211)，模拟降雨器(10)中的降雨降落到待观测的野外坡面上之后，坡面径流流经所述开口(211)进入坡面径流集流槽(22)中；然后进入坡面径流流量收集器(40)中；

其中，土壤水集水装置(30)包括底面(31)、设置在底面部分周边上的挡水板(32)以及设置在挡水板上的集水口(33)；土壤水集水装置(30) 用于设置在待观测的野外坡面的地下土壤层中，以收集来自模拟降雨器(10) 中降雨流经土壤之后的基质流和优先流，之后通过集水口(33)进入土壤水流量收集器(50)中，

所述坡面径流流量收集器(40)和土壤水流量收集器(50)底部设置有压力传感器，能够实时读取收集器中流体的压力；

所述数据采集处理器(60)与所述坡面径流流量收集器(40)和土壤水流量收集器(50)中的压力传感器连接，用于采集并处理数据。

根据本发明的实施方案，所述坡面径流集流槽(22)上设置有防泥沙布。

根据本发明的实施方案，所述集水口(33)上设置有防泥沙布。

根据本发明的实施方案，所述坡面径流集流槽(22)包括集水管(221) 以及集水过渡部(222)，集水过渡部(222)的一端用于邻接所述开口(211)，另一端连接集水管(221)，所述防泥沙布设置在集水过渡部(222)的朝向集水管(221)逐渐收窄的倾斜面(222’)上。