一种水土保持试验系统及方法与流程

技术特征：
1.一种水土保持试验系统，其特征在于，所述系统包括：用于盛装试验土壤的钢槽(101)，所述试验土壤上种植有植被；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；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；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。2.一种水土保持试验方法，其特征在于，所述方法包括：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；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；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；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。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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；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。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，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：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；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：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)。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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；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
°
。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，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：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；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：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)。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，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：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；
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：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)。9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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，包括：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；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：p＝vρ/(st)；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。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：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；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：q
实际
＝αq
3dm
φ；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。

技术总结
本发明公开了一种水土保持试验系统及方法，涉及水土保持技术领域，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。本发明采用3Dmax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。本发明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，选出了用于开展水土保持试验的试验参数，有效了减少试验次数。少试验次数。少试验次数。


技术研发人员：任长江 鲁向晖 王薪怡 孙清 朱宇龙 林升 肖智星 苏裕培 何丽军
受保护的技术使用者：江西冠林水利科技有限公司
技术研发日：2021.07.28
技术公布日：2021/12/2