一种水土保持试验系统及方法与流程

1.本发明涉及水土保持技术领域，具体涉及一种水土保持试验系统及方法。


背景技术：

2.在降雨作用下，坡面上被侵蚀的表层土壤随坡面径流进入江河，并向河口方向运动，从而形成了百万计平方公里的水蚀面积和数条多沙河流。输沙模数是表示流域侵蚀产沙强度的指标之一，是水文测验、水土保持监测中必须测定的重要参数，更是衡量水土流失程度的重要指标，是研究流域侵蚀产沙规律，进行水土保持规划、水利工程设计等的最基本依据。输沙模数受流域内地貌、地面组成物质、气候、植被覆盖度以及人类活动等多重因素的影响。
3.但目前对土壤侵蚀过程中输沙模数的研究较少，采用传统烘干法测量输沙模数，传统烘干法的测量方法为人工取样的过滤烘干法，从取样到烘干计算往往需要数十小时，该方法不仅操作繁琐而且耗时费力。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种水土保持试验系统及方法，以解决目前输沙模数测量方式耗时耗力，工作量较大的问题。
5.为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种水土保持试验系统，所述系统包括：
6.用于盛装试验土壤的钢槽，所述试验土壤上种植有植被；
7.用于调整所述钢槽倾斜坡度的坡度调整装置，所述坡度调整装置设置于所述钢槽的下方；
8.用于进行降雨的降雨控制系统，种植植被后的所述钢槽置于所述降雨控制系统下；
9.设置于所述钢槽上方各方位的数台摄像机，所述摄像机用于对经所述降雨控制系统降雨前后所述钢槽内的土壤地表图像进行采集；以及
10.3d max图像处理软件，所述3d max图像处理软件用于对数台所述摄像机采集的降雨前后所述钢槽内的土壤地表图像进行建模，并求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数。
11.基于同一发明构思，本发明实施例公开了一种水土保持试验方法，所述方法包括：
12.根据试验需求，确定不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，其中，所述环境条件包括气象条件、土壤条件或植被条件；
13.根据不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，生成所述环境条件下的均匀设计表；其中，所述环境条件下的均匀设计表包括：气象条件下的均匀设计表、土壤条件下的均匀设计表或植被条件下的均匀设计表；
14.在所述气象条件、所述土壤条件和所述植被条件中任意两个环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述气象条件、所述土壤条件和所述植
被条件中剩余一个环境条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数；
15.利用如权利要求1所述的水土保持试验系统对所述试验参数中的每一试验组进行试验，以求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数。
16.进一步的，所述气象条件下影响输沙模数的因素包括雨滴直径、雨型和风速；
17.其中，所述雨滴直径对应的水平包括0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm以及3mm；
18.所述雨型对应的水平包括小雨、中雨以及大雨；
19.所述风速对应的水平包括2m/s、5m/s、8m/s、11m/s、14m/s、17m/s。
20.进一步的，所述环境条件为气象条件，根据不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，生成所述环境条件下的均匀设计表，包括：
21.根据雨滴直径、雨型和风速，以及所述雨滴直径对应的水平、所述雨型对应的水平和所述风速对应的水平，生成所述气象条件下的均匀设计表；
22.其中，在所述土壤条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述植被条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述气象条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如下：
23.试验组雨滴直径(mm)雨型风速(m/s)10.5(1)小雨(2)8(3)21.0(2)中雨(4)17(6)31.5(3)大雨(6)5(2)42.0(4)小雨(1)14(5)52.5(5)中雨(4)2(1)63.0(6)大雨(5)11(4)。
24.进一步的，所述土壤条件下影响输沙模数的因素包括试验土壤的容重、质地、含水率以及坡度；
25.其中，所述容重对应的水平包括1kg/m3、1.1kg/m3、1.2kg/m3、1.3kg/m3、1.4kg/m3以及1.5kg/m3；
26.所述质地对应的水平包括红壤、黄土以及黏土；
27.所述含水率对应的水平包括10％、15％、20％、25％、30％以及35％；
28.所述坡度对应的水平包括5
°
、10
°
、15
°
、20
°
、25
°
以及30
°
。
29.进一步的，所述环境条件为土壤条件，根据不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，生成所述环境条件下的均匀设计表，包括：
30.根据试验土壤的容重、质地、含水率以及坡度，以及所述容重对应的水平、所述质地对应的水平、所述含水率对应的水平与所述坡度对应的水平，生成所述土壤条件下的均匀设计表；
31.其中，在所述气象条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述植被条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述土壤条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如下：
32.试验组容重质地含水率％坡度
11(1)黏土(5)15(2)15(3)21.1(2)红壤(2)30(5)25(5)31.2(3)红壤(1)20(3)5(1)41.3(4)黏土(6)25(4)30(6)51.4(5)黄土(4)35(6)10(2)61.5(6)黄土(3)10(1)20(4)。
33.进一步的，所述植被条件下影响输沙模数的因素包括单一种植和复合种植；
34.其中，所述单一种植对应的水平包括冬麦草、黑麦草、狗牙根、大花金鸡菊、狼尾草以及芒草；
35.所述复合种植对应的水平包括冬麦草和黑麦草、狗牙根和芒草、狗牙根和大花金鸡菊、黑麦草和芒草、狼尾草和芒草以及冬麦草和狼尾草。
36.进一步的，所述环境条件为植被条件，根据不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，生成所述环境条件下的均匀设计表，包括：
37.根据单一种植和复合种植，以及所述单一种植对应的水平和所述复合种植对应的水平，生成所述植被条件下的均匀设计表；
38.其中，在所述气象条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述土壤条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述植被条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如下：
[0039][0040][0041]
进一步的，利用如本发明实施例所述的水土保持试验系统对所述试验参数中的每一试验组进行试验，以求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数，包括：
[0042]
将降雨前后的图像导入3d max图像处理软件中，以建模求出试验土壤经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑体积；
[0043]
根据所述沟壑体积、试验土壤的容重、降雨时间以及钢槽内底面面积，按照以下公式，计算得到经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数：
[0044]
p＝vρ/(st)；
[0045]
上式中，p为输沙模数，v为沟壑体积，也称为被径流带走的沙土体积；ρ为土壤容重，t为降雨时间，s为钢槽内底面的面积。
[0046]
进一步的，所述方法还包括：
[0047]
同一试验组内，利用3d max图像处理软件和烘干法同时求解输沙模数，并以烘干法测得的输沙模数测量值作为y轴值，以3d max图像处理软件求得的输沙模数计算值作为x轴值，确定一坐标散点；
[0048]
经过数组试验后，根据多个所述坐标散点作拟合曲线，并将所述拟合曲线的函数公式作为所述输沙模数计算值的修正公式，以确定输沙模数矫正后的实际值；其中，所述修正公式为：
[0049]
q
实际
＝αq
3dm
φ；
[0050]
上式中，q
实际
为输沙模数矫正后的实际值，为q
3dm
为采用3d max图像处理软件求得的输沙模数计算值，α为矫正系数，φ为常数。
[0051]
本发明实施例包括以下优点：
[0052]
本发明实施例提供了一种水土保持试验系统，该系统包括用于盛装试验土壤的钢槽，用于调整钢槽倾斜坡度的坡度调整装置，用于进行降雨的降雨控制系统，设置于钢槽上方各方位的数台摄像机以及3d max图像处理软件。本发明通过上述系统提供了一种可以在试验过程中实时计算输沙模数的影像法，其中采用摄像机与3dmax图形图像建模技术有效的减少了数据采集以及后期烘干试验所需要人力物力成本，提高了数据的精确程度，大幅度提高了监测工作的自动化程度。此外，本发明实施例采用均匀设计的方案对如气象条件、土壤条件以及植被条件等环境条件下影响输沙模数的因素分别进行处理，针对每一个环境条件下的因素，本发明对其分开运用均匀设计的方法，通过其均匀设计表和使用表选出用于开展水土保持试验的试验参数，然后按照前述的水土保持试验系统对试验参数中的每一试验组进行试验，以求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数，可有效减少试验次数。本发明实施例具有试验组数少、输沙模数测量方法简单，而且能够模拟不同降雨条件下土壤侵蚀过程的试验方案的优点。
附图说明
[0053]
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，下面描述中的附图仅仅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。
[0054]
图1是本发明实施例一种水土保持试验系统的结构示意图；
[0055]
图2是本发明实施例一种水土保持试验方法的步骤流程图；
[0056]
图3是本发明实施例具体试验过程的流程图；
[0057]
附图标记说明：
[0058]
101
‑
钢槽，102
‑
坡度调整装置，103
‑
降雨控制系统，104
‑
摄像机，105
‑
3d max图像处理软件。
具体实施方式
[0059]
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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0060]
针对本发明的技术问题，本发明实施例公开了一种水土保持试验系统，参照图1，该系统可以包括：
[0061]
用于盛装试验土壤的钢槽101，所述试验土壤上种植有植被。在本发明中，试验土壤是根据试验需求所确定的，可以按照土壤条件进行筛选。如试验土壤可以通过容重、质地、含水率等土壤条件进行选取。种植于试验土壤上的植被也是根据试验需求所确定的，可以通过植被条件进行选取。如植被可以通过单一植被或复合植被的植被条件进行选取。
[0062]
用于调整所述钢槽101倾斜坡度的坡度调整装置102，所述坡度调整装置102设置于所述钢槽101的下方。本发明通过将试验土壤装入钢槽101内，并利用设置于钢槽101下方的坡度调整装置102钢槽101的倾斜坡度，可以模拟最易产生水体流失的坡面。坡度调整装置102可以为市面上已有产品，比如液压千斤顶。
[0063]
用于进行降雨的降雨控制系统103，种植植被后的所述钢槽101置于所述降雨控制系统103下。为减少外界环境影响，使得本发明的试验更加准确，本发明可在室内进行，将钢槽101放入室内后，利用钢槽101上方的降雨控制系统103可对试验土壤进行降雨。降雨控制系统103用于人工降雨，降雨控制系统103可采用市面上已有的人工降雨产品，可以控制向试验土壤降雨的气象条件，如可以控制雨滴直径、雨型和风速等气象条件。
[0064]
设置于所述钢槽101上方各方位的数台摄像机104，所述摄像机104用于对经所述降雨控制系统103降雨前后所述钢槽101内的土壤地表图像进行采集；以及3d max图像处理软件105，所述3d max图像处理软件105用于对数台所述摄像机104采集的降雨前后所述钢槽101内的土壤地表图像进行建模，并求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数。
[0065]
本发明的数台摄像机104不仅设置于钢槽101上方，还应避开降雨控制系统103设置，以免降雨过程中影响摄像头的正常工作。3dmax图像处理软件安装于可运行该软件的电子设备中，如计算机、平板电脑等。在本发明中，用户通过安装在降雨控制系统103顶部不同部位的摄像机104，采集降雨前后的土壤地表图像信息，利用3dmax图像处理软件的3dmax图形图像建模技术对数台摄像机104采集的降雨前后所述钢槽101内的土壤地表图像进行建模，建模求出钢槽101内试验土壤体积的变化，以此求出经雨水冲刷侵蚀前后产生的沟壑体积，通过将沟壑体积与土壤容重相乘，可以得出单位时间、单位面积上的泥沙的质量，进而可以求出该气象、土壤、植被条件下的输沙模数。本发明采用3dmax图形图像建模技术有效的减少了数据采集以及后期烘干试验所需要人力物力成本，提高了数据的精确程度，大幅度提高了监测工作的自动化程度。
[0066]
在本发明中，通过对不同土壤条件下的输沙模数进行计算，可以了解不同植被对坡面进行水土保持的情况。通过对试验土壤种植不同植被的输沙模数进行计算，可以了解不同植被对坡面进行水土保持的情况。通过对不同气象条件下的输沙模数进行计算，可以了解不同气象条件对坡面造成水土流失的影响。考虑到气象条件、土壤条件、植被条件下影响输沙模数的因素较多，测量过程中需要按照不同多因素、多水平排列组合的方式设计试验方案，试验组数较多、工作量较大。例如，如果同时考虑雨强、土壤容重、含水率、坡度四个因素对输沙模数的影响，且每个因素设置6个水平，按照排列组合设计，理论上需要46656次
试验分析，才能得出最佳水土保持方案，然而，四万多组试验几乎不可能完成。
[0067]
为此，本发明实施例还公开了一种水土保持试验方法，参照图2，该方法可以包括以下步骤：
[0068]
步骤s201，根据试验需求，确定不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，其中，所述环境条件包括气象条件、土壤条件或植被条件；
[0069]
步骤s202，根据不同环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平，生成所述环境条件下的均匀设计表；其中，所述环境条件下的均匀设计表包括：气象条件下的均匀设计表、土壤条件下的均匀设计表或植被条件下的均匀设计表；
[0070]
步骤s203，在所述气象条件、所述土壤条件和所述植被条件中任意两个环境条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述气象条件、所述土壤条件和所述植被条件中剩余一个环境条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数；
[0071]
步骤s204，利用如本发明实施例所述的水土保持试验系统对所述试验参数中的每一试验组进行试验，以求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数。
[0072]
如步骤s201～s204所示，本发明实施例采用均匀设计的方案对如气象条件、土壤条件以及植被条件等环境条件下影响输沙模数的因素分别进行处理，针对每一个环境条件下的因素，本发明对其分开运用均匀设计的方法，通过其均匀设计表和使用表选出试验方案，可有效减少试验次数。
[0073]
在本发明一实施例中，气象条件下影响输沙模数的因素包括雨滴直径、雨型和风速；其中，所述雨滴直径对应的水平包括0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm以及3mm；所述雨型对应的水平包括小雨、中雨以及大雨；所述风速对应的水平包括2m/s、5m/s、8m/s、11m/s、14m/s、17m/s。水土流失是一种做功的过程。做功的能量是由降落雨滴和坡面径流供给的，所以水蚀的机制也就包括雨滴溅蚀和径流冲蚀两部分，雨滴溅蚀即击溅侵蚀。造成土壤水蚀的根本原因是雨滴的降落。研究结果表明，雨滴溅蚀作用是引起土壤水蚀的主要侵蚀动力，从能量有效性角度考虑土壤侵蚀，降雨动能相当于径流动能的256倍。降雨雨滴连续不断地击打地面能使土粒移动，雨滴击打土壤表面土粒能被溅起60～90cm高，飞溅距离可达1.5m远。雨滴溅蚀强度不仅与雨滴大小、速度有关，还与地面坡度有关。当雨滴垂直撞击在平坦的土壤表面，击溅是各个方位都相等。落在坡地上的雨滴，向坡下的击溅多于向坡上的击溅，即坡下溅蚀比坡上的溅蚀要大得多。雨滴溅蚀与地面坡度和风向的关系分为：坡地垂直雨滴、平面倾斜雨滴和地面垂直雨滴。因此，不同的雨型、雨强(雨滴直径)、风速以及坡度将对试验结果影响巨大。本实施例选择雨滴直径、雨型以及风速作为气象条件下影响输沙模数的因素，可试验得出雨滴直径、雨型以及风速及其对应的水平对坡面造成水土流失的影响。参照后续，本发明选择坡度作为土壤条件下影响输沙模数的因素，可试验得出坡度及其对应的水平对坡面造成水土流失的影响。
[0074]
在环境条件为气象条件的情况下，步骤s202中提及的气象条件下的均匀设计表可以通过以下方式生成：根据雨滴直径、雨型和风速，以及所述雨滴直径对应的水平、所述雨型对应的水平和所述风速对应的水平，生成所述气象条件下的均匀设计表。关于根据因素和水平，生成均匀设计表的方法可参相关技术，在此不多赘述。
[0075]
在气象条件里，现有三个因素，根据其使用表，应取1，2，3列安排试验，最终得出在
所述土壤条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述植被条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述气象条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如表1所示：
[0076]
表1
[0077]
试验组雨滴直径(mm)雨型风速(m/s)10.5(1)小雨(2)8(3)21.0(2)中雨(4)17(6)31.5(3)大雨(6)5(2)42.0(4)小雨(1)14(5)52.5(5)中雨(4)2(1)63.0(6)大雨(5)11(4)。
[0078]
即，在另外两个影响条件固定时，采用表1所示的这6组试验即可。本发明通过使用气象条件下的均匀设计表及其使用表选出试验方案，可有效减少雨滴直径、雨型和风速及其对应的水平进行试验的次数。
[0079]
在本发明一实施例中，土壤条件下影响输沙模数的因素包括试验土壤的容重、质地、含水率以及坡度；其中，所述容重对应的水平包括1kg/m3、1.1kg/m3、1.2kg/m3、1.3kg/m3、1.4kg/m3以及1.5kg/m3；所述质地对应的水平包括红壤、黄土以及黏土；所述含水率对应的水平包括10％、15％、20％、25％、30％以及35％；所述坡度对应的水平包括5
°
、10
°
、15
°
、20
°
、25
°
以及30
°
。本实施例选择容重、质地、含水率以及坡度作为土壤条件下影响输沙模数的因素，可试验得出容重、质地、含水率、坡度及其对应的水平对坡面进行水土保持的效果。
[0080]
在环境条件为土壤条件的情况下，步骤s202中提及的土壤条件下的均匀设计表可以通过以下方式生成：根据试验土壤的容重、质地、含水率以及坡度，以及所述容重对应的水平、所述质地对应的水平、所述含水率对应的水平与所述坡度对应的水平，生成所述土壤条件下的均匀设计表。
[0081]
示例的：由于每个因素包括6个水平，因此，本发明选用u
6(6p)
型均匀设计表进行选取试验方案，u
6(6p)
型均匀设计表如表2所示：
[0082]
表2
[0083][0084]
每个均匀设计表都附有一个使用表，它指示用户如何从均匀设计表中选用适当的列，以及由这些列所组成的试验方案的均匀度。表3是u(64)的使用表。它告诉用户，若有两个因素，应选用1、3两列来安排试验。
[0085]
表3
[0086][0087]
由于土壤条件下影响输沙模数的因素有四个，本发明根据土壤条件下的使用表，应取1，2，3，4安排试验，最终得出在所述气象条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述植被条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述土壤条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如表4所示：
[0088]
表4
[0089]
试验组容重质地含水率％坡度11(1)黏土(5)15(2)15(3)21.1(2)红壤(2)30(5)25(5)31.2(3)红壤(1)20(3)5(1)41.3(4)黏土(6)25(4)30(6)51.4(5)黄土(4)35(6)10(2)61.5(6)黄土(3)10(1)20(4)。
[0090]
即在另外两个影响条件固定时，采用表4所示的这6组试验即可。本发明通过使用土壤条件下的均匀设计表及其使用表选出试验方案，可有效减少容重、质地、含水率、坡度
及其对应的水平进行试验的次数。
[0091]
在本发明一实施例中，所述植被条件下影响输沙模数的因素包括单一种植和复合种植；其中，所述单一种植对应的水平包括冬麦草、黑麦草、狗牙根、大花金鸡菊、狼尾草以及芒草；所述复合种植对应的水平包括冬麦草和黑麦草、狗牙根和芒草、狗牙根和大花金鸡菊、黑麦草和芒草、狼尾草和芒草以及冬麦草和狼尾草。植被自身的稀疏、透风和紧密结合的枝叶结构能够起到降低风速和能量、降低风对土壤的侵害、减小水土流失的可能性，具有很强的水土保持的作用。实验研究表明，植被在很多的斜坡上都表现出了对地上和地下水流的途径和水流的速度的调节作用。其调节作用就是指可以有效的减小到达地表的有效降雨量，减弱水滴势能。地面植被覆盖率直接影响地下土壤受雨滴直接撞击的程度。当植被的覆盖度达到70％以上时，土壤就会得到最大程度的保护，而到植被的覆盖率达95％以上时,土壤受到侵蚀的程度大约就为零。植物的根系可以改变土壤的渗透能力以及增强土壤的抗冲性，以达到水土保持的作用，因此植被措施可以有效的起到保持水土的作用。本实施例选择单一种植和复合种植作为植被条件下影响输沙模数的因素，可试验得出单一种植和复合种植及其对应的水平对坡面进行水土保持的效果。其中，单一种植指在钢槽101内种植一种植被，复合种植指在钢槽101内种植多种植被。
[0092]
在环境条件为植被条件的情况下，步骤s202中提及的植被条件下的均匀设计表可以通过以下方式生成：根据单一种植和复合种植，以及所述单一种植对应的水平和所述复合种植对应的水平，生成所述植被条件下的均匀设计表。关于根据因素和水平，生成均匀设计表的方法可参相关技术，在此不多赘述。
[0093]
在植物条件里，现有两个因素，根据其使用表，应取1，2列安排试验，最终得出在所述气象条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定和所述土壤条件下影响输沙模数的因素以及每个因素对应的水平固定时，根据所述植被条件下的均匀设计表及其使用表，确定开展水土保持试验的试验参数如表5所示：
[0094]
表5
[0095]
试验组单一种植复合种植1冬麦草(1)大花金鸡菊和狼尾草(4)2黑麦草(2)狗牙根和芒草(2)3狗牙根(3)冬麦草和狼尾草(6)4大花金鸡菊(4)冬麦草和黑麦草(1)5狼尾草(5)狼尾草和芒草(5)6芒草(6)狗牙根和大花金鸡菊(3)。
[0096]
即，在另外两个影响条件固定时，采用表5所示的这6组试验即可。本发明通过使用植被条件下的均匀设计表及其使用表选出试验方案，可有效减少单一种植和复合种植及其对应的水平进行试验的次数。
[0097]
在步骤s104的执行过程中，利用如本发明实施例所述的水土保持试验系统对表1、表4以表5所公开的试验参数中的每一试验组进行试验，以求出经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数，参照图3，具体试验过程如下：
[0098]
第一步：根据试验需求，确定试验土壤的质地、土壤的含水率以及土壤的容重。根
据土壤的容重、钢槽101的内底面面积以及装土的高度，求出所需试验土壤的质量，随后将土装入钢槽101内并压实。
[0099]
m1＝ρsh；
[0100]
式中：ρ为所装土壤容重(kg/m3)；s为所述钢槽101内底面面积(m2)；h为钢槽101内所装土壤的高度(m)，m1为装入钢槽101内的试验土壤的质量。
[0101]
第二步：根据试验需求种植植被。
[0102]
第三步：将种植植被后的钢槽101放入室内的降雨控制系统103之下，利用坡度调整装置102调至试验所需的坡度，根据试验需求确定雨滴直径、雨型和风速。
[0103]
第四步：将数台摄像机104安装于钢槽101上方各方位进行图片信息采集。
[0104]
第五步：开始降雨。
[0105]
第六步：将降雨前后的图像导入3d max图像处理软件105中，以建模求出试验土壤经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑体积；再根据所述沟壑体积、试验土壤的容重、降雨时间以及钢槽101内底面面积，按照以下公式，计算得到经雨水冲刷侵蚀后产生的沟壑区域内的输沙模数：
[0106]
p＝vρ/(st)；
[0107]
p＝m2/(st)；
[0108]
上式中，p为输沙模数，v为沟壑体积，也称为被径流带走的沙土体积；ρ为土壤容重，t为降雨时间，s为钢槽101内底面的面积，m2为沟壑体积v与土壤容重ρ的乘积。
[0109]
传统计量桶取样然后烘干法测量泥沙含量方法优点是：烘干法测量数据较为准确，缺点是采样所需计量桶较多，人工取样耗时耗力，烘干测量泥沙含量需要大容量大功率烘箱且烘干时间较长，不能实现输沙模数的过程观测，只能是降雨结束后对数据处理后才能知道降雨过程的产沙数据，而本发明采用3dmax图形图像建模技术不仅可以实现对产沙过程的实时观测，而且节省人力物力，同时减少能耗。但可能由于受雨场水汽的影响，摄像机捕捉到的土壤下垫面变化可能不够清晰。为此，在本发明一实施例中，还提出了以下方法对3d max图像处理软件105求得的输沙模数计算值进行矫正，具体方法如下：
[0110]
同一试验组内，利用3d max图像处理软件105和烘干法同时求解输沙模数，并以烘干法测得的输沙模数测量值作为y轴值，以3d max图像处理软件105求得的输沙模数计算值作为x轴值，确定一坐标散点；
[0111]
经过数组试验后，根据多个所述坐标散点作拟合曲线，并将所述拟合曲线的函数公式作为所述输沙模数计算值的修正公式，以确定输沙模数矫正后的实际值；其中，所述修正公式为：
[0112]
q
实际
＝αq
3dm
φ；
[0113]
上式中，q
实际
为输沙模数矫正后的实际值，为q
3dm
为采用3d max图像处理软件求得的输沙模数计算值，α为矫正系数，φ为常数。
[0114]
本实施例通过烘干法实测得到输沙模数测量值，以该输沙模数测量值对经3d max图像处理软件求得的输沙模数计算值进行矫正，能克服由于受雨场水汽的影响，摄像机捕捉到的土壤下垫面变化可能不够清晰所带来的3d max图像处理软件的计算结果有误差的问题。
[0115]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重
点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0116]
还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0117]
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。