坡面侵蚀中径流含沙量测量方法研究与展望

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1、坡面侵蚀中径流含沙量测量方法研究与展望摘要：流含沙量是衡量坡地水土流失的重要参数之一，只有合理测量坡地径流中的含沙量才能为水土保持提供有利的依据，同时为验证土壤侵蚀预报模型提供基本参数。本文从测量原理出发，对含沙量各种测量方法的适用环境、测量精度及其局限性进行了比较全面的分析，重点研究了坡面径流含沙量的测量方法。研究结果表明目前测量含沙量的方法在坡面侵蚀动态水流含沙量的测量中存在只能静态测量的问题。目前电解质脉冲法在测量坡面薄层水流流速中做出了有益的探索，研究发现水流速度、泥沙的弥散系数与含沙量之间存在着相关关系，用此方法测量含沙量将有可能实现含沙量

2、的动态测量。关键词：测量方法；泥沙含量；土壤侵蚀；弥散系数土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量水土流失的重要参数之一，水流中含沙量的测定对土壤侵蚀研究和水土流失治理具有重要意义。无论是评价流域还是河道的侵蚀程度，都必须测定其含沙量［1，2］。只有合理测定含沙量才有可能准确模拟土壤侵蚀动力过程，并为水土流失治理决策提供合理的科学依据［3］。长期以来人们一直积极探索利用各种原理和方法以实现对含沙量较准确地测量。目前测量含沙量的方法较多，由于其测量原理不同，测量适用的范围和精度也不同，加之现有测量方法中还有一些方法处于研究探索阶段，在实际测量条件下可采用的方法并不

3、多。在此对含沙量各种测量方法进行对比，分析各种方法的测量原理，研究其适用范围、精度，以为人们在不同环境下在保证一定测量精度情况下选择合适的测量方法提供参考依据，也为现有测量方法的提高与改进提供一定的思路。同时针对现有方法存在的问题，依据目前发展的新理论和技术，结合坡面土壤侵蚀模拟研究的需求，提出了为实现含沙量准确、及时、同步和动态的自动测量研制新的测量方法的方向。1含沙量测量方法原理分析及比较根据测量原理的不同，含沙量测量方法可分为：直接测量方法和间接方法。直接测量方法包括烘干法和比重法；间接方法有分光光度法[4]、红外线法、电容法、振动法、超声波法

4、、激光法和γ射线法。1.1　直接测量方法含沙量的测量人们很早就进行了研究，开始人们主要采用直接取样测量的方法，其中包括烘干法和比重法。烘干法又称称重法，即取一定量的样品，测量其原重和烘干后的重量，从而确定泥水中的含沙量。采用烘干法可测量两种形式的含沙量：重量含沙量ρm(kg／kg)和体积含沙量ρv(m3／m3)，两者的关系如下??ρm=ρsρv/(1-ρv)ρw+ρsρv                               (1)??式中：ρs=2.65×103kg／m3，为标准泥沙的比重，ρw=1.0×103kg／m3，为清水密度。随着电子

5、天平的使用，称重精度得到很大提高，烘干法测量含沙量被认为是目前最准确的方法之一[5,6]。但由于烘干法需对待测样品进行烘干，而烘干温度一般为105°，加热需11个小时左右，高温与长期加热会造成土壤中有机质被碳化，而使测量的含沙量偏小，对烘干温度和加热时间的要求也使得整个测量过程费时费力。在野外人们使用烘干法现场测量含沙量时所采用的酒精燃干法会使所测含沙量产生较大误差［7，8］，因而在野外测量中人们一般采用比重法。比重法是根据泥沙对比重的影响来确定含沙量，测量时可采用比重计，也可用天平和量筒进行测量，如测得样品的总重量为G(kg)，体积为V(m3)，则

6、样品中的含沙量(kg/m3)为       ?用此方法测量含沙量所用设备简单，测量方法更快更直接。但在含沙量较高时，由于量筒的数据很难读准，一定程度上影响了测量结果的精度。就测量精度而言，烘干法比比重法精度更高。            以上两种测量方法所产生的误差主要来自于采样。首先是因为采样的随机性对测量结果产生了影响。由于每次采样都需要一定的采集量，而径流量和含沙量不同，采样的时间长短不同，因而测量结果只是一随机时间段内的平均值，而无法反映径流含沙量的及时变化。其次是在不同坡长处不同时间实现侵蚀含沙量的测量有一定难度，而用一定坡长处测量的含沙量结

7、果作为该区的侵蚀量的合理性还有待于进一步探讨。由此虽然以上两种经典方法测量比较准确，但由于其测量任务相当繁重，加之采样所引起的系统误差不能满足日新月异的科学需要，人们在近来又发展了许多新的测量方法。1.2间接方法为了能及时，快速测量坡面侵蚀中的含沙量，人们在经典测量方法的基础上发展了很多方法，目前主要有红外线法、分光光度法、电容法、振动法、超声波法、激光法、γ射线法等，其中分光光度法和红外线法可测量的含沙量极低，由于坡面侵蚀中径流含沙量变化幅度较大，因此无法使用。电容法：电容法利用泥水混合物中泥沙含量的变化会引起其介电常数变化这一电物理学性质，通过测

8、量电容的变化来测量含沙量变化。在平板电容之间，尽管其介电常数与含沙量之间不满足单调函数关系，但在含沙量未达到