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露石径流收集装置及径流系数测量方法

阅读：809发布：2020-05-08

专利汇可以提供露石径流收集装置及径流系数测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及水土保持研究技术领域，提供一种露石径流收集装置及径流系数测量方法，所述收集装置包括径流收集槽和径流收集筒，径流收集槽呈环状结构且与待测露石底部的垂直投影形状匹配，用于汇集流经待测露石表面的降水径流；径流收集筒通过连接管道与径流收集槽相连接，用于收集所述径流收集槽内汇集的雨水。本发明提供的露石径流收集装置及径流系数测量方法，通过设置与露石底部的垂直投影形状相匹配的径流收集槽，径流收集槽内汇集的雨水流入径流收集桶，从而能够准确地收集整个露石的降水径流，同时径流收集筒可有效地存储降水径流资源，为农业灌溉提供水源保障；利用该露石径流收集装置收集露石径流，有利于提高露石径流系数的测量准确性。，下面是露石径流收集装置及径流系数测量方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种露石径流收集装置，包括径流收集槽和径流收集筒，其特征在于，所述径流收集槽呈环状结构，所述环状结构与待测露石底部的垂直投影形状匹配，用于汇集流经待测露石表面的降水径流；所述径流收集筒通过连接管道与所述径流收集槽相连接，用于收集所述径流收集槽内汇集的雨水；
所述径流收集槽包括多个收集槽单元，每个所述收集槽单元包括依次相连的底板、竖板和雨水挡板，所述底板的自由端用于与所述待测露石的底部外侧相连接，所述底板与所述竖板的下端相连接并形成第一弯折部，所述雨水挡板与所述竖板的上端相连接并形成第二弯折部；
所述雨水挡板位于所述底板的正上方，所述雨水挡板与所述竖板相连的一端低于所述雨水挡板远离所述竖板的一端。
2.根据权利要求1所述的露石径流收集装置，其特征在于，所述第一弯折部的夹角为80～100度，所述第二弯折部的夹角为110～130度。
3.根据权利要求1所述的露石径流收集装置，其特征在于，所述径流收集筒包括：上端开口的筒体和设置在所述筒体两侧的进流口和出流口，所述筒体的上端设置有顶盖，所述顶盖与所述筒体之间为可拆卸连接；
所述底板上开设有出水孔，所述出水孔的高度大于所述进流口的高度，所述连接管道的一端与所述出水孔相连接，所述连接管道的另一端与所述进流口相连接。
4.根据权利要求1或2所述的露石径流收集装置，其特征在于，每个所述收集槽单元由整块的铝合金板或不锈钢板弯折成型。
5.根据权利要求4所述的露石径流收集装置，其特征在于，各所述收集槽单元之间以及各所述收集槽单元的底板与待测露石之间均为密封连接。

说明书全文

露石径流收集装置及径流系数测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水土保持研究技术领域，更具体地，涉及一种露石径流收集装置及径流系数测量方法。

背景技术

[0002] 石漠化是地区严重的生态问题，影响生态安全并制约经济社会可持续发展，我国石漠化土地面积为107.1万平方公里，岩溶面积45.2万平方公里。喀斯特环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏造成的土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严重下降。受降水产生径流的外营力驱动，石漠化地区坡面土壤侵蚀严重，落在露石上的降水由于无法有效入渗，产生的径流沿露石岩面流入附近土壤，一定程度上增加了单位土壤面积上的降水量，产生的径流对土壤的冲刷增强，最终导致土壤颗粒被剥离和搬运，因此，露石在石漠化地区土壤侵蚀过程中扮演重要角色。降水过程中，露石产生的径流对于降水资源的再分配在一定程度上对土壤水分、植物生长和水土流失有重要影响。

[0003] 目前，在喀斯特地区主要应用的露石径流收集方法主要是针对露石的部分石面/岩面进行径流收集，通过收集的部分石面/岩面的垂直投影面积占整个露石垂直投影面积的比例来计算整个露石的径流量。

[0004] 由于受岩面本身形状和岩面表面特性(岩面上附着的苔藓及风化程度的不同)的差异，通过部分石面/岩面的径流测量来推算整个露石的径流量，测量结果与真实值存在偏差，无法准确地反映出整个露石的径流量，并最终确定露石的径流系数。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 本发明实施例提供一种露石径流收集装置及径流系数测量方法，以解决现有的露石径流收集方法无法准确地反映整个露石径流量的问题，并且能够准确测量露石的径流系数。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的第一方面，提供一种露石径流收集装置，包括径流收集槽和径流收集筒，所述径流收集槽呈环状结构，所述环状结构与待测露石底部的垂直投影形状匹配，用于汇集流经待测露石表面的降水径流；所述径流收集筒通过连接管道与所述径流收集槽相连接，用于收集所述径流收集槽内汇集的雨水。

[0009] 优选地，所述径流收集槽包括多个收集槽单元，每个所述收集槽单元包括依次相连的底板、竖板和雨水挡板，所述底板的自由端用于与所述待测露石的底部外侧相连接，所述底板与所述竖板的下端相连接并形成第一弯折部，所述雨水挡板与所述竖板的上端相连接并形成第二弯折部；

[0010] 所述雨水挡板位于所述底板的正上方，所述雨水挡板与所述竖板相连的一端低于所述雨水挡板远离所述竖板的一端。

[0011] 优选地，所述第一弯折部的夹角为80～100度，所述第二弯折部的夹角为110～130度。

[0012] 优选地，所述径流收集筒包括：上端开口的筒体和设置在所述筒体两侧的进流口和出流口，所述筒体的上端设置有顶盖，所述顶盖与所述筒体之间为可拆卸连接；

[0013] 所述底板上开设有出水孔，所述出水孔的高度大于所述进流口的高度，所述连接管道的一端与所述出水孔相连接，所述连接管道的另一端与所述进流口相连接。

[0014] 优选地，每个所述收集槽单元由整块的铝合金板或不锈钢板弯折成型。

[0015] 优选地，各所述收集槽单元之间以及各所述收集槽单元的底板与待测露石之间均为密封连接。

[0016] 根据本发明实施例的第二方面，提供一种径流系数测量方法，利用如本发明实施例第一方面所述的露石径流收集装置，包括：

[0017] (1)将径流收集槽布置在待测露石的底部外围，将径流收集筒置于待测露石旁预先挖好的土坑内，将连接管道的两端分别与径流收集槽和径流收集筒连接；

[0018] (2)获取降水后径流收集筒内的雨水体积V、待测露石的垂直投影面积A以及降水深度Ps；其中，V的单位为mm3，A单位为mm2，Ps的单位为mm；

[0019] (3)计算待测露石的径流系数其中， Rs为露石径流深度，单位为mm。

[0020] 优选地，所述将径流收集槽安装在待测露石的底部外围具体包括：

[0021] 在待测露石底部的外围沿周向切割出凹槽，将各收集槽单元的底板依次插入所述凹槽内，保证雨水挡板与待测露石之间留出安装间隙，将各收集槽单元的结合处以及各收集槽单元的底板与待测露石的结合处均密封固定。

[0022] 优选地，在所述露石径流收集装置安装之前还包括：对待测露石周围至少1m范围内的障碍物进行清理平整；

[0023] 在所述露石径流收集装置安装之后还包括：将预先准备的模拟用水倒在待测露石的顶部，确认径流收集槽和径流收集桶的各连接部位是否漏水。

[0024] 优选地，所述待测露石的垂直投影面积A的获取过程具体包括：

[0025] 通过无人机拍摄待测露石上方的正射照片，利用图像处理软件对照片进行处理后计算得到待测露石的垂直投影面积A；

[0026] 所述降水深度Ps的获取来源包括：移动气象站实测或查阅气象局公开的气象数据。

[0027] (三)有益效果

[0028] 本发明实施例提供的露石径流收集装置及径流系数测量方法，所述露石径流收集装置通过设置与露石的垂直投影形状相匹配的径流收集槽，径流收集槽内汇集的雨水流入径流收集桶，从而能够准确地收集整个露石的降水径流，同时还能减少坡面水蚀的外营力作用，进一步减弱坡面土壤侵蚀；径流收集筒可以有效地存储降水径流资源，为农业灌溉提供水源保障。

[0029] 同时，径流收集桶内收集的径流可以用于测量露石径流系数的基础数据，该露石径流收集装置有利于提高露石径流系数的测量准确性。附图说明

[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0031] 图1为本发明实施例中径流收集装置的安装结构示意图；

[0032] 图2为本发明实施例中径流收集装置的安装结构投影图；

[0033] 图3为本发明实施例中径流收集装置的平面效果图；

[0034] 图4为本发明实施例图3中A的放大图；

[0035] 图5为本发明实施例中收集槽单元的结构示意图；

[0036] 图6为本发明实施例中径流收集筒的结构示意图；

[0037] 图中：1、径流收集槽；2、径流收集筒；3、连接管道；4、待测露石；5、地表土壤；11、收集槽单元；21、筒体；22、进流口；23、出流口；24、顶盖；111、底板；112、竖板；113、雨水挡板。

具体实施方式

[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0040] 如图1至图4所示，本发明实施例提供一种露石径流收集装置，包括：径流收集槽1、径流收集筒2以及连接管道3，连接管道3的一端与径流收集槽1相连通，连接管道3的另一端与径流收集筒2相连通，使得径流收集槽1内汇集的雨水能够全部流至径流收集筒2内收集。

[0041] 其中，径流收集槽1呈环状结构，该环状结构可根据不同待测露石4底部的垂直投影形状进行适应性调整，需要说明的是，本实施例中待测露石4的垂直投影形状一般为待测露石的底部外围的形状。

[0042] 露石径流的具体过程如下：降水落到露石后，首先会有部分雨水渗入石面，或被露石表面附着的低等植物截留，另外会有部分降水经露石表面激溅后落入露石周围的土壤中，其余降水会在露石表面形成径流，沿石面流入露石与地表土壤的交汇处，从而最终渗入露石周围土壤或产生地表径流。

[0043] 径流收集槽1能够将沿待测露石4表面流至待测露石4与地表土壤5交汇处的雨水全部汇集，并通过连接管道3全部收集径流收集在径流收集筒2内。

[0044] 上述实施例提供的露石径流收集装置，将径流收集槽设计成匹配露石的垂直投影形状的环状结构，从而能够收集整个露石的降水径流，更加准确地反映整个露石的径流量，同时还能减少坡面水蚀的外营力作用，进一步减弱坡面土壤侵蚀；此外，径流收集筒可以有效地存储降水径流资源，为农业灌溉提供水源保障。

[0045] 在上述实施例的基础上，如图5所示，为了方便安装，将径流收集槽1分段成多个收集槽单元11，多个收集槽单元11首尾顺次连接即形成环状结构的径流收集槽1；在径流收集槽1的安装过程中，可通过调整(增加或减小)部分收集槽单元11的长度来匹配测露石4的垂直投影形状。

[0046] 具体地，每个收集槽单元11由三块板相连组成，这三块板依次为底板111、竖板112和雨水挡板113，这三块板可由整块的铝合金板或不锈钢板弯折成型，具体包括第一弯折部和第二弯折部，铝合金板或不锈钢板的厚度约为0.5mm。在本实施例中，底板111呈水平设置，底板111与竖板112的下端相连接并形成第一弯折部，雨水挡板113与竖板112的上端相连接并形成第二弯折部，底板111的自由端用于与待测露石的底部外侧相连接。

[0047] 进一步地，雨水挡板113位于底板111的正上方，并且雨水挡板113与竖板112相连的一端低于雨水挡板113远离竖板112板的一端，这种结构设计的主要作用是为了拦截降水，防止外部降水直接进入到径流收集槽1中而影响测量结果，保证雨水挡板113上方下落的降水沿着雨水挡板113的上表面排出。安装时，雨水挡板113与待测露石4的侧壁之间留有过水间隙，保证露石径流能够沿石面流入径流收集槽1中。

[0048] 其中，底板111的宽度一般为20cm左右，竖板112的宽度为10cm左右，水挡板113的宽度为15cm左右，这三块板的长度一致，宽度可以根据露石的体积和当地的降水强度适当调整，从而能够满足径流收集槽接收石面径流的需要。

[0049] 上述实施例中，第一弯折部的夹角为80～100度，本实施例中优选90度，即底板111与竖板112垂直连接；第二弯折部的夹角为110～130度，本实施例中优选120度，便于雨水下落，并尽量减小雨水对地面土壤的冲击作用。

[0050] 在上述实施例的基础上，如图6所示，径流收集筒2可采用塑料材质制作，具体包括：筒体21和设置在筒体21两侧的进流口22和出流口23，筒体21为上端开口的筒状结构。筒体21的上端设置有顶盖24，顶盖24与筒体21之间为可拆卸连接，具体包括螺纹连接或者卡扣连接等连接方式。其中，顶盖24一方面能够防止外部雨水直接进入径流收集筒2，另一方面通过可拆卸的连接方式可方便顶盖24拆卸，可方便将储存的雨水倒出用于农业灌溉或其他用途。

[0051] 进一步地，在底板111上开设有出水孔，出水孔的位置高于进流口22的位置，连接管道3的一端与出水孔相连接，连接管道3的另一端与进流口22相连接，以保证径流收集槽1内收集的雨水能够依靠重力自然流入到径流收集筒2中。

[0052] 在上述实施例中，一般地，筒体21的内径设置为60cm左右，高度设置为80cm左右，筒体21的尺寸可以根据露石的体积和当地的降水强度适当调整。进流口22和出流口23的截面为圆形，内径为3cm左右，进流口22与连接管道3连接，收集径流收集槽1中的径流，出流口23自由敞开，极端降水情况下，排出多余收集的径流。

[0053] 在上述各实施例的基础上，为了提高露石径流收集的准确性，多个收集槽单元11之间为密封连接，各收集槽单元11的底板111与待测露石4之间也为密封连接，以保证整个装置的密封性。

[0054] 在上述各实施例的基础上，本发明实施例还提供一种径流系数测量方法，利用上述各实施例所述的露石径流收集装置，以云南省蒙自市西北勒镇试验区的典型露石为例，介绍具体的安装和计算过程，具体包括：

[0055] (1)将径流收集槽布置在待测露石的底部外围，将径流收集筒置于预先挖好的土坑内，将连接管道的两端分别与径流收集槽和径流收集筒连接；

[0056] (2)获取降水后径流收集筒内的雨水体积V、待测露石的垂直投影面积A以及降水深度Ps；其中，V的单位为mm3，A单位为mm2，Ps的单位为mm；

[0057] (3)计算待测露石的径流系数其中， Rs为露石径流深度，单位为mm。

[0058] 具体地，在步骤(1)中，将径流收集槽安装在待测露石的底部外围具体包括：首先在待测露石底部的外围一周切割出一个深度约3cm，厚度约1mm的凹槽，同时在待测露石4的附近挖置一个深度约为50cm，直径比径流收集筒1大约5cm的圆柱形土坑，用于放置和固定径流收集筒2。

[0059] 将各收集槽单元11的底板111依次插入凹槽内，并且保证雨水挡板与待测露石之间留出一定的间隙，保证露石径流能够沿石面流入径流收集槽1中。然后将各收集槽单元11的结合处以及各收集槽单元11的底板111与待测露石4的结合处均用结构胶进行密封固定，并且使用玻璃胶补缝，防止结合处漏水，根据露石垂直投影形状，沿待测露石4的底部一圈布设径流收集槽1。

[0060] 在步骤(2)中，待测露石的垂直投影面积A的获取过程具体包括：通过无人机拍摄待测露石上方的正射照片，利用图像处理软件对照片进行处理后计算以得到待测露石的垂直投影面积A。此外，降水深度Ps可通过移动气象站实测或查阅气象局公开的气象数据来获取。

[0061] 在步骤(3)中，根据获取的降水后径流收集筒内的雨水体积V和待测露石的垂直投影面积A，计算得到露石径流深度Rs。然后根据获取的降水深度Ps以及计算得到的露石径流深度Rs，计算得到待测露石的径流系α。

[0062] 在上述实施例的基础上，在露石径流收集装置安装之前还包括：对待测露石4周围不小于1m范围内的障碍物进行清理平整，障碍物主要包括杂草和碎石等，主要便于径流收集槽1的安装。

[0063] 在露石径流收集装置安装之后还包括：将预先准备的模拟用水从待测露石的顶部倒出，模拟降水过程，模拟用水沿着待测露石表面流入径流收集槽中，通过连接管道3最终进入径流收集桶2，在此过程中观察径流收集槽1的各收集槽单元11的连接处、收集槽单元11与待测露石4的连接处、径流收集槽1与连接管道2的连接处、径流收集桶2与连接管道3的连接处是否漏水。

[0064] 本发明实施例提供的径流系数测量方法，以云南省红河哈尼自治州蒙自市西北勒乡试验地观测试验数据为例，说明露石径流系数测量结果。试验所在区域年降水量为1000～1200mm，地表岩石裸露率为35％，属于典型喀斯特断陷盆地地貌区，试验选择2018年6～10月份当地雨季进行，通过对8场降水的测量，按照露石径流系数测量方法，测量结果如表1所示，露石径流系数介于0.35～0.51之间，共收集径流248.16L。

[0065] 表1露石径流系数测量结果

[0066]

[0067] 本发明实施例提供的径流系数测量方法，通过对露石径流收集装置的安装位置和方式进行限定，能够准确地收集整个露石的降水径流，径流收集桶内收集的径流可以用于测量露石径流系数的基础数据，从而有利于提高露石径流系数的测量准确性。

[0068] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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露石径流收集装置及径流系数测量方法

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