CN102096118A - 山坡点降雨径流测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降雨径流测量方法，尤其是山坡点降雨径流测量方法。属于水利工程中水文预报测量领域。本发明包括测量方法步骤、设备、设备安装步骤，以及测量结果分析计算方法的组合。本发明的有益效果在于：提供了山坡点降雨产流测量方法，使研究者能通过物理方法进行降水量划分；能够测得多种径流成份的时序过程；通过合理布置，能够获得山坡产汇流空间变异。
Description
技术领域
本发明涉及一种降雨径流测量方法，尤其是山坡点降雨径流测量方法。属于水利工程中水文预报测量领域。
背景技术
我国受山洪灾害威胁的山丘区面积约为463万km2，约占我国陆地面积的48％，区内共有人口约5.56亿，占全国总人口的44.2％。由于山区面积比重大，人口多，因此山洪造成的灾害损失往往十分严重，给我国山区国民经济的持续发展造成严重影响。近年来，大江大河洪水监测水平、防洪标准逐步得到提高，而山区小流域不论是洪水监测，还是工程非工程的防洪标准都比较低。为此，《全国山洪灾害防治规划》将“初步建成山洪灾害重点防治区以预报、预警等非工程措施为主与工程措施相结合的防灾减灾体系”作为近期(2010年)规划目标。
山坡水文过程在水文循环中占据重要地位。研究表明：在山丘区，经由坡地进入河道的水量占总量的95％(Kirkby，1988)。此外，山坡水文学近年来发展了众多的理论方法，如代表性单元流域(REW)理论(Reggiani，1998)、山坡产流的阈值概念(Tromp-van Meerveld，2006a&b)和山坡蓄量动力学理论(Troch，et al.，2009)等。应该说，理论的建立需要新的观测方法和试验手段的支撑，而目前这是比较欠缺的(Beven，2006；胡和平等，2007)。因此，有效监测山坡降雨径流过程，对于认识和理解山坡水动力过程，并建立预测山洪的方法等均具有重要的理论意义和工程实践价值。
从目前国内外的相关研究进展来看，在水文预报及水文站监测的现有技术中，对于降雨和河道中水流状态进行监测的设备和方法众多。现有的山坡水文试验研究主要包括两类方法(顾慰祖等，2010)：一是室内人造山坡和人工降雨试验方法；二是野外原位观测试验方法。这两种方法的缺陷在于，造价高昂、周期长及不确定性大等。由于下垫面多样化的制约和量测手段的限制，一直未有较理想的方法对流域上游山坡的产流水量及其空间变异进行深入试验研究。因此，一种能够监测点尺度山坡降雨、坡面流、壤中流等的设备和方法，是以上研究深入下去的基础。
参考文献：
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Troch，P.A.，G.A.Carrillo，I.Heidbüchel，et al.(2009)，Dealing with landscape heterogeneity in watershedhydrology：a review of recent progress toward new hydrological theory，Geography Compass 3，375-392，DOI：10.1111/j.1749-8198.2008.00186.x.
Tromp-van Meerveld，H.J.and J.J.McDonnell(2006a)，Threshold relations in subsurface stormflow：1.A147-storm analysis of the Panola hillslope，Water Resources Research 42，W02410，DOI：10.1029/2004WR003778.
Tromp-van Meerveld，H.J.and J.J.McDonnell(2006b)，Threshold relations in subsurface stormflow：2.Thefill and spill hypothesis，Water Resources Research 42，W02411，DOI：10.1029/2004WR003800.
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种山坡点降雨径流测量方法，实现山坡点降雨产流的水量划分测量。
本发明山坡点降雨径流测量方法包括以下步骤：
(1)测量点位的选择；
在预定测量山坡内选择与山坡走向一致的位置，此位置的土壤和植被与预定测量山坡的土壤和植被性质相比具有代表性；根据泰森多边形方法选择多个测量点位。
(2)本发明的设备山坡点降雨径流测量仪包括：下挡板，中隔板，外隔雨板，内隔雨板、降雨雨量导管，降雨雨量计，地表径流导管，地表径流雨量计，壤中流导管，壤中流雨量计，尾水管，远程数据发送设备，基站。
(3)本发明的设备安装，包括以下步骤；
a.在选择的测量点位周围进行开挖，开挖到基岩面，根据开挖深度设置山坡点降雨径流测量仪的下挡板高度，下挡板高度与开挖深度相等，下挡板下端口置于基岩上，上端口与土壤表面平齐，下挡板周围与基岩间止水处理；
b.然后安装中隔板，中隔板直接放置在土壤表面，中隔板中空位置上架设内隔雨板，内隔雨板与中隔板间密封；中隔板外侧架设外隔雨板，外隔雨板与中隔板间密封；外隔雨板与下挡板相连并密封；
c.外隔雨板和下挡板开口端朝向高程梯度下降最大方向；
d.在外隔雨板开口侧接降雨雨量导管和降雨雨量计；
e.在内隔板开口侧接地表径流导管和地表径流雨量计；
f.在下挡板开口处接壤中流导管和壤中流雨量计；
g.安装尾水管，将尾水管引至山坡下游远处；
h.安装远程数据发送设备。
(4)径流观测及分析
在一场降雨过程中，山坡点降雨径流测量仪收集山坡一个观测点上的降雨及其转化的各种径流成分，将各收集数据通过远程数据发送设备发送到基站，在基站利用泰森多边形权重法获得整个测量山坡的径流分布特征。
本发明有如下有益效果：
(1)本发明提供了山坡点降雨产流测量方法，使研究者能通过物理方法进行降水量划分；
(2)本发明能够测得多种径流成份的时序过程；
(3)本发明通过合理布置，能够获得山坡产汇流空间变异。
附图说明
图1为本发明设备的装配图；
图2为本发明设备侧视示意图；
图3为本发明设备正视示意图
图4为本发明设备的俯视图；
图5为本发明方法的流程图；
图6本发明方法的设备布置图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明山坡点降雨径流测量方法包括以下步骤：
(1)测量点位的选择；
如图1所示，在预定测量区域内选择地形比降最大的位置，此位置的土壤和植被与预定测量区域的土壤和植被性质相同，具有下垫面代表性；根据泰森多边形方法选择5个测量点位，布置图见图6。
(2)本发明的设备山坡点降雨径流测量仪包括：外隔雨板1，内隔雨板2、中隔板3，下挡板4，地表径流雨量计5，降雨雨量导管6，降雨雨量计7，壤中流导管8，壤中流雨量计9，尾水管10，远程数据发送设备11，基站。
(3)如图2、3、4所示，本发明的设备安装，包括以下步骤：
a.在选择的测量点位周围进行开挖，开挖到基岩面13，根据开挖深度设置山坡点降雨径流测量仪的下挡板4高度，下挡板4高度与土壤深度相等，下挡板4下端口置于基岩上，上端口与土壤表面11平齐，下挡板4周围与基岩面13间做止水处理；
b.然后安装中隔板3，中隔板3直接放置在土壤表面12，中隔板3中空位置上架设内隔雨板2，内隔雨板2与中隔板3间密封；中隔板3外侧架设外隔雨板1，外隔雨板1与中隔板3间密封；外隔雨板1与下挡板4相连并密封；
c.外隔雨板1和下挡板4开口端朝向高程梯度下降最大方向；
d.在外隔雨板1开口侧接降雨雨量导管6和降雨雨量计7；
e.在内隔板2开口侧接地表径流雨量计5；
f.在下挡板4开口处接壤中流导管8和壤中流雨量计9；
g.安装尾水管10，将尾水管10引至山坡下游远处；
h.安装远程数据发送设备11。
(4)径流观测及分析
在一场降雨过程中，山坡点降雨径流测量仪收集山坡一个观测点上的降雨，将各收集数据通过远程数据发送设备11发送到基站，在基站中转化为各种径流成分，同时利用泰森多边形权重法获得整个测量区域的径流分布特征。
表1给出了一次降雨过程及各雨量计测得的雨量值，并算得山坡产流的各下垫面层的产流量。
表1.雨量分配和产流量
Claims (4)
1.本发明山坡点降雨径流测量方法，基于雨量测量基本方法，其特征在于：本发明使用山坡点降雨径流测量仪通过测得各下垫面下渗雨量，计算产流过程中的雨量分配，具体而言包括以下步骤：
(1)选择测点位置；
(2)安装山坡点降雨径流测量仪；
(3)径流观测分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的山坡点降雨径流测量仪，包括：下挡板，中隔板，外隔雨板，内隔雨板、降雨雨量导管，降雨雨量计，地表径流导管，地表径流雨量计，壤中流导管，壤中流雨量计，尾水管，远程数据发送设备，基站。
3.根据权利要求1所述安装山坡点降雨径流测量仪，其特征在于，所述的安装步骤如下：
a)在选择的测量点位周围进行开挖，开挖到基岩面，根据开挖深度设置山坡点降雨径流测量仪的下挡板高度，下挡板高度与开挖深度相等，下挡板下端口置于基岩上，上端口与土壤表面平齐，下挡板周围与基岩间止水处理；
b)然后安装中隔板，中隔板直接放置在土壤表面，中隔板中空位置上架设内隔雨板，内隔雨板与中隔板间密封；中隔板外侧架设外隔雨板，外隔雨板与中隔板间密封；外隔雨板与下挡板相连并密封；
c)外隔雨板和下挡板开口端朝向高程梯度下降最大方向；
d)在外隔雨板开口侧接降雨雨量导管和降雨雨量计；
e)在内隔板开口侧接地表径流导管和地表径流雨量计；
f)在下挡板开口处接壤中流导管和壤中流雨量计；
g)安装尾水管，将尾水管引至山坡下游远处；
h)安装远程数据发送设备。
4.根据权利要求1所述的山坡点降雨径流测量方法，其特征在于：所述的径流观测及分析，是利用山坡点降雨径流测量仪观测一个点上的各雨量成分，将各收集数据通过远程数据发送设备发送到基站，在基站中转化为各种径流成分，同时利用泰森多边形权重法获得整个测量山坡的径流分布特征。
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Addressee: Liu Jintao Document name: Notification of Passing Preliminary Examination of the Application for Invention |
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