本發(fā)明涉及風(fēng)力侵蝕監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測量土壤風(fēng)蝕量的裝置及土壤風(fēng)蝕測量方法。

背景技術(shù)：

土壤風(fēng)蝕是全球嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，中國是世界上受土壤風(fēng)蝕危害嚴(yán)重的國家之一，土壤風(fēng)蝕是中國干旱、半干旱及部分濕潤地區(qū)土地荒漠化的首要過程。中國截止2014年，中國風(fēng)蝕荒漠化面積達(dá)182.63×104km²，占全國荒漠化土地總面積的69.93％，土壤風(fēng)蝕造成土地沙化、土壤貧瘠，生產(chǎn)力下降，嚴(yán)重影響這些地區(qū)的資源開發(fā)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

風(fēng)蝕量是指一定時(shí)間內(nèi)，被風(fēng)吹走的地表土壤的質(zhì)量與堆積質(zhì)量之差。風(fēng)蝕量是對風(fēng)蝕進(jìn)行分級和防風(fēng)措施設(shè)計(jì)規(guī)劃的重要指標(biāo)和依據(jù)。目前用于測定土壤風(fēng)蝕量的儀器以及方法目前尚未完善，一直沒有取得滿意的結(jié)果。

目前測量土壤風(fēng)蝕的方法按測量原理主要有一下幾個(gè)途徑：第一種就是野外調(diào)查，根據(jù)地標(biāo)志物風(fēng)蝕裸露狀況去估計(jì)或確定其年代后再估算風(fēng)蝕速率；這種方法主要是早期風(fēng)蝕調(diào)查和第一次涉足一些偏遠(yuǎn)地區(qū)在沒有任何監(jiān)測設(shè)備的前提一下，一種粗略估算風(fēng)蝕量的方法。第二種利用某種元素示蹤；利用元素衰變周期推算風(fēng)蝕速率，這樣風(fēng)蝕測定方法成本比較昂貴，技術(shù)難度大，不利于推廣。第三種，對比不同年份土壤機(jī)械組成去判斷風(fēng)蝕；是一種間接方法，目前應(yīng)用范圍比較狹窄，理論上不成熟。第四種通過室內(nèi)風(fēng)洞或者野外風(fēng)蝕盤，稱重法去測定風(fēng)蝕量；是最直接且應(yīng)用比較廣泛的方法，風(fēng)蝕盤野外放置容易對風(fēng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響風(fēng)蝕量準(zhǔn)確性。第五種在野外地表布設(shè)風(fēng)蝕測釬和風(fēng)蝕橋進(jìn)行風(fēng)蝕厚度測量，進(jìn)而利用土壤容重計(jì)算風(fēng)蝕量，風(fēng)蝕測釬測到風(fēng)蝕代表一個(gè)點(diǎn)的風(fēng)蝕，風(fēng)蝕橋代表一條線上的風(fēng)蝕量；第六種利用高科技的無人機(jī)航空測量、三維激光掃描儀以及各類地形測量儀器估算風(fēng)蝕量，一般用于大范圍內(nèi)的風(fēng)蝕測量，對操作人員的技術(shù)要求高。

風(fēng)蝕研究區(qū)域大都是比較偏遠(yuǎn)、荒涼的干旱荒漠地區(qū)。電力供應(yīng)基本不可能，且交通極為不方便，不便于攜帶重量較大的且耗電較大的儀器。類似風(fēng)蝕測釬和風(fēng)蝕橋的方法在野外環(huán)境下的優(yōu)勢就凸顯出來。但風(fēng)蝕測釬測定的數(shù)據(jù)僅代表一個(gè)點(diǎn)上的風(fēng)蝕量，需要大量設(shè)置才能推算到面上，測釬布設(shè)太稠密，容易對風(fēng)蝕產(chǎn)生影響，太稀疏影響測量精度；風(fēng)蝕橋觀測的只是一個(gè)風(fēng)蝕斷面變化的風(fēng)蝕量，推廣到面域精度較低。

野外風(fēng)蝕研究工作中急需研制一個(gè)可以觀測單位面積的風(fēng)蝕觀測設(shè)備，不需要電力驅(qū)動(dòng)，便于攜帶，安裝簡單，操作簡單的風(fēng)蝕觀測設(shè)備及其相應(yīng)的觀測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種土壤風(fēng)蝕測量裝置及利用該裝置進(jìn)行土壤風(fēng)蝕測量方法，具有不需要電力驅(qū)動(dòng)、測量精度高、便于攜帶、安裝簡單和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種土壤風(fēng)蝕測量裝置，包括方形測量框、安裝在方形測量框的底部的測釬、對應(yīng)設(shè)置的兩個(gè)縱向滑動(dòng)塊、垂直測量尺以及橫向滑動(dòng)尺；

所述方形測量框位于縱向方向的邊至少有一邊為縱向測量尺；方形測量框的縱向方向的兩個(gè)邊分別安裝有可沿縱向移動(dòng)的縱向滑動(dòng)塊，橫向滑動(dòng)尺與兩個(gè)縱向滑動(dòng)塊的上部固定連接，并可隨縱向滑動(dòng)塊沿縱向移動(dòng)；

所述垂直測量尺通過滑動(dòng)連接件安裝在橫向滑動(dòng)尺上，所述垂直測量尺與橫向滑動(dòng)尺垂直，滑動(dòng)連接件可沿橫向滑動(dòng)尺的長度方向移動(dòng)從而帶動(dòng)垂直測量尺沿橫向移動(dòng)；所述滑動(dòng)連接件在垂直方向設(shè)有通孔，所述垂直測量尺穿過通孔并可在通孔內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述土壤風(fēng)蝕測量裝置通過合理的設(shè)置，能精確測量土壤表面的風(fēng)蝕厚度，通過計(jì)算可獲取到風(fēng)蝕量和風(fēng)蝕模數(shù)。

通過方形測量框、縱向滑動(dòng)塊、橫向滑動(dòng)尺以及垂直測量尺的合理設(shè)置，可以方便移動(dòng)至檢測區(qū)域內(nèi)的任一點(diǎn)，并通過垂直測量尺測量高度，從而獲得風(fēng)蝕測量裝置內(nèi)不同點(diǎn)位的風(fēng)蝕厚度，獲取單位面積的平均風(fēng)蝕厚度，較單個(gè)風(fēng)蝕測釬的測量增加了觀測點(diǎn)的同時(shí)節(jié)省了測釬數(shù)量，這樣可以減少多個(gè)測釬對風(fēng)的干擾進(jìn)而土壤風(fēng)蝕，同時(shí)測量結(jié)果代表了單位面積的風(fēng)蝕量。

本發(fā)明所述土壤風(fēng)蝕測量裝置具有不需要電力驅(qū)動(dòng)、測量精度高、便于攜帶、安裝簡單和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于拆卸、使用方便、使用方便、便于放置和安裝攜帶、測量方法科學(xué)合理、測量精度高和整個(gè)工具簡單實(shí)用?？梢詮V泛應(yīng)用于風(fēng)沙物理學(xué)、林學(xué)、生態(tài)學(xué)和鐵路、公路、工礦等防沙治沙工程以及水土流失監(jiān)測中的風(fēng)蝕監(jiān)測方面的研究及監(jiān)測工作，是風(fēng)蝕觀測必不可少的一種觀測儀器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述橫向滑動(dòng)尺沿長度方向設(shè)有橫向滑動(dòng)尺凹槽；

所述滑動(dòng)連接件包括：滑動(dòng)連接片、橫向滑動(dòng)塊、連接螺絲和垂直測量尺卡槽；

所述滑動(dòng)連接片的一端卡在橫向滑動(dòng)齒凹槽內(nèi)，所述滑動(dòng)連接片的另一端通過連接螺絲與橫向滑動(dòng)塊固定，在滑動(dòng)連接片與橫向滑動(dòng)塊之間還設(shè)有垂直測量尺卡槽，

垂直測量尺卡槽與滑動(dòng)連接片或橫向滑動(dòng)塊形成了用于放置垂直測量尺的通孔；垂直測量尺穿過該通孔并沿豎直方向移動(dòng)；連接螺絲的螺紋部分穿過滑動(dòng)連接片，用于固定滑動(dòng)連接片，連接螺絲的無螺紋部分穿過橫向滑動(dòng)塊，用于控制滑動(dòng)連接片與橫向滑動(dòng)塊之間的通孔的大小。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：

通過滑動(dòng)連接件各部分的合理設(shè)置，可以方便調(diào)整垂直測量尺沿橫向滑動(dòng)尺的長度方向的位置以及方便調(diào)整垂直測量尺在垂直方向的位置。

滑動(dòng)連接片呈倒梯形結(jié)構(gòu)，內(nèi)大外小結(jié)構(gòu)使得滑動(dòng)連接片在橫向滑動(dòng)尺凹槽內(nèi)自由滑動(dòng)而不脫落。

通過連接螺絲的設(shè)置可以方便調(diào)整滑動(dòng)連接片和橫向滑動(dòng)連接塊之間的孔隙，保證具有一定預(yù)留空間可以供垂直測量尺卡槽及垂直測量尺通過。

垂直測量尺卡槽呈弓形結(jié)構(gòu)，保證垂直測量尺卡槽與橫向滑動(dòng)塊留有一定距離，該距離與垂直測量尺厚度一致，保證垂直測量尺在垂直測量尺卡槽內(nèi)自由上下移動(dòng)。

進(jìn)一步，所述橫向滑動(dòng)塊上有一個(gè)開口觀測窗，開口觀測窗設(shè)有兩個(gè)指針，分別用于指示垂直測量尺和橫向滑動(dòng)尺的刻度。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：

橫向滑動(dòng)塊設(shè)置的開口觀測窗可以方便使用者讀取垂直測量尺和橫向滑動(dòng)尺的刻度。

進(jìn)一步，所述垂直測量尺的中心位置留有一條沿垂直方向設(shè)置的細(xì)縫，方便橫向滑動(dòng)塊的開口觀測窗設(shè)有的指針通過細(xì)縫讀取橫向滑動(dòng)尺的刻度。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：如果沒有細(xì)縫，垂直測量尺會(huì)遮擋橫向滑動(dòng)尺的刻度，通過細(xì)縫的設(shè)置，方便橫向滑動(dòng)塊的開口觀測窗的指針通過細(xì)縫讀取橫向滑動(dòng)尺的刻度。

進(jìn)一步，所述縱向滑動(dòng)塊包括：固定部和與固定部固定連接的滑動(dòng)部，固定部位于滑動(dòng)部的上方；

固定部沿橫向滑動(dòng)尺的長度方向設(shè)置，橫向滑動(dòng)尺的端部從固定部內(nèi)部的通孔中穿過；滑動(dòng)部沿縱向設(shè)置并可沿方形測量框的縱向的邊的長度方向移動(dòng)，方形測量框的縱向的邊從滑動(dòng)部的內(nèi)部的通孔中穿過；

在滑動(dòng)部的表面上設(shè)有用于指示縱向測量尺的刻度的指針。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：

固定部用于固定橫向滑動(dòng)尺，滑動(dòng)部的設(shè)置方便在縱向方向的調(diào)節(jié)；使用時(shí)，只需要調(diào)整滑動(dòng)部，即可以帶動(dòng)橫向滑動(dòng)尺沿縱向調(diào)節(jié)；通過指針的設(shè)置方便使用者讀取在縱向方向的坐標(biāo)。

進(jìn)一步，所述滑動(dòng)部與方形測量框的縱向的邊接觸的面和/或固定部與橫向滑動(dòng)尺接觸的表面設(shè)有滑動(dòng)框防磨墊層。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：防止滑動(dòng)部滑動(dòng)過程將帶刻度的測量框的刻度磨損。

進(jìn)一步，所述方形測量框包括第一邊、第二邊、第三邊和第四邊，所述第一邊、第二邊、第三邊和第四邊依次通過連接頭首尾相連形成方形；所述第一邊和/或第三邊為縱向測量尺；所述連接頭的結(jié)構(gòu)為內(nèi)部中空的L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)的兩端分別與方形測量框的相鄰的兩邊連接，所述L型結(jié)構(gòu)的底部設(shè)有用于安裝萬向球螺桿的通孔，萬向球螺桿的球狀部分位于L型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，萬向球螺桿的桿狀部分從通孔伸出用于與測釬的頂部可拆卸地安裝，所述測釬設(shè)有四個(gè)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：

通過L型結(jié)構(gòu)方便的連接第一邊、第二邊、第三邊和第四邊，組成方形測量框；同時(shí)，也方便連接方形測量框與測釬。

測釬與測量框可以分離，一個(gè)測量區(qū)的多個(gè)觀測點(diǎn)僅需設(shè)置測釬部分，測量時(shí)僅用一個(gè)測量框測量進(jìn)行各觀測點(diǎn)測量，在測量結(jié)束后測釬支柱留在風(fēng)蝕監(jiān)測區(qū)域，用于下次測量，保證測量精度。

本發(fā)明所述的土壤風(fēng)蝕測量裝置，可以根據(jù)地形設(shè)置在不同位置，通過連接頭處的萬向球螺桿可以360度調(diào)節(jié)方向，保證測釬沿重心豎直與坡面形成一定角度后，仍然可使測量框安裝在測釬上。方便調(diào)節(jié)方向角度，觀測不同地形條件的風(fēng)蝕量。

進(jìn)一步，所述測釬上還套設(shè)有測釬防沉降盤，所述測釬防沉降盤通過固定螺絲與測釬的桿體固定連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：

使用時(shí)，測釬一半入土，一半在地面以上，有測釬防沉降盤，可以避免測釬由于測量框及自身的重量下沉造成風(fēng)蝕測量數(shù)據(jù)的誤差，從而保證儀器的測量精度。在風(fēng)蝕監(jiān)測期內(nèi)，測釬不移動(dòng)，一個(gè)風(fēng)蝕測量裝置可以配有多套風(fēng)蝕測釬。

進(jìn)一步，所述方形測量框?yàn)檎叫巍?/p>

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：滿足監(jiān)測過程中的使用需要。

本發(fā)明還提供一種利用上述土壤風(fēng)蝕測量裝置進(jìn)行土壤風(fēng)蝕測量方法，包括以下步驟：

1)在觀察區(qū)域內(nèi)根據(jù)研究或者試驗(yàn)的目的選擇多個(gè)觀測點(diǎn)；

2)將上述土壤風(fēng)蝕測量裝置布設(shè)于待測定區(qū)域的每一個(gè)觀測點(diǎn)；其中每一觀測點(diǎn)，僅需布設(shè)測釬，其余測部分整個(gè)試驗(yàn)僅需一套即可，在每個(gè)觀測點(diǎn)可以與測釬簡單分離后去測量剩余的觀測點(diǎn)；

3)在每一個(gè)觀測點(diǎn)，分別等間距的沿縱向移動(dòng)橫向滑動(dòng)尺，并沿橫向等間距地移動(dòng)垂直測量尺，利用垂直測量尺監(jiān)測不同測量點(diǎn)的垂直高度Zij,其中i和j分別代表橫向移動(dòng)次數(shù)和縱向移動(dòng)次數(shù)或坐標(biāo)點(diǎn)序號(hào)，并用矩陣的方式進(jìn)行記錄；

初始測量結(jié)果的矩陣為A，

；

不同的觀測點(diǎn)進(jìn)行上重復(fù)測量，分別記錄對應(yīng)點(diǎn)的觀測值；

第二次測量時(shí)，重復(fù)初始測量時(shí)的操作，第二次測量的結(jié)果的矩陣記為B；利用E＝B-A進(jìn)行元素求平均值，即為風(fēng)蝕厚度Z_mean,單位為cm或m；根據(jù)公式M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S進(jìn)行計(jì)算，其中，M_{Wind erosion}為一段時(shí)間或一場風(fēng)的S面積內(nèi)的風(fēng)蝕量，單位為t或g；γ為土壤容重g/cm³或kg/m³；S為待測定區(qū)域的面積，單位為cm²或m²。可以根據(jù)侵蝕量M_{Wind erosion},求取單位時(shí)間內(nèi)單位面積的土壤風(fēng)蝕量，即為研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)EM erosion modulus，計(jì)算公式為：

$EMerosion\mathrm{mod}ulus=\frac{M_{Winderosion}}{S.T},$

一般根據(jù)侵蝕模數(shù)的概念單位可以換算為常用單位t/a﹒km²；其a表示年，t表示噸；公式中T表示時(shí)間。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述的土壤風(fēng)蝕測量方法操作簡單、精確度高。通過橫向滑動(dòng)尺的滑動(dòng)，到達(dá)需要測定風(fēng)蝕的位置，記錄垂直測量尺數(shù)據(jù)，將整個(gè)測量框覆蓋區(qū)域按照等間距測量的方法，全部測定完成，將兩個(gè)時(shí)間段的測量結(jié)果的對應(yīng)點(diǎn)相減，求取平均值，可以獲得平均風(fēng)蝕厚度，之后利用公式進(jìn)行計(jì)算可以求得測定區(qū)域的風(fēng)蝕量和風(fēng)蝕模數(shù)。風(fēng)蝕測量裝置，通過滑動(dòng)框刻度和橫向滑動(dòng)尺刻度可以準(zhǔn)確定位，保證每次測量結(jié)果都是在同一位置風(fēng)蝕量，保證測量精度。同時(shí)，測釬支柱在風(fēng)蝕監(jiān)測期內(nèi)，保留在測量區(qū)域不移動(dòng)。風(fēng)蝕測量裝置在風(fēng)蝕觀測時(shí)，在1平米面積內(nèi)等間距測量多個(gè)測量點(diǎn)，求取多次測量結(jié)果的平均平均值，計(jì)算風(fēng)蝕厚度和風(fēng)蝕量，結(jié)果更科學(xué)合理。相比測釬方法，更加準(zhǔn)確、科學(xué)。結(jié)果能代表單位面積的風(fēng)蝕厚度和風(fēng)蝕量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述土壤風(fēng)蝕測量裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2包括圖2A和圖2B，分別為本發(fā)明所述第一邊、第二邊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述連接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述測釬的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述縱向滑動(dòng)塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明所述橫向滑動(dòng)尺和垂直測量尺的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明所述的滑動(dòng)連接件的結(jié)構(gòu)示意圖，包括圖7A至圖7F。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、方形測量框，11、第一邊，12、第二邊，2、連接頭，21、測量框連接口，22、萬向球螺桿，3、測釬，31、測釬防沉降盤，32、固定螺絲，4、縱向滑動(dòng)塊，41、滑動(dòng)部，42、固定部，43、滑動(dòng)塊固定螺絲，44、滑動(dòng)框防磨墊層，5、橫向滑動(dòng)尺，51、橫向滑動(dòng)尺凹槽，52、橫向滑動(dòng)塊，53、滑動(dòng)連接片，54、連接螺絲，55、垂直測量尺卡槽，56、緊固件，6、垂直測量尺，61、細(xì)縫。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1-7所示，一種土壤風(fēng)蝕測量裝置，包括方形測量框1、安裝在方形測量框1的底部的測釬3、對應(yīng)設(shè)置的兩個(gè)縱向滑動(dòng)塊4、垂直測量尺6以及可沿縱向移動(dòng)的橫向滑動(dòng)尺5；所述垂直測量尺6與方形測量框1垂直。

方形測量框1可以水平設(shè)置也可以傾斜設(shè)置，當(dāng)需要測量的區(qū)域有坡度就會(huì)發(fā)生方形測量框1傾斜設(shè)置的情況。

所述方形測量框1的位于縱向方向的邊至少有一邊為縱向測量尺；方形測量框1的縱向方向的兩個(gè)邊分別安裝有可沿縱向移動(dòng)的縱向滑動(dòng)塊4，橫向滑動(dòng)尺5與兩個(gè)縱向滑動(dòng)塊4的上部固定連接，并可隨縱向滑動(dòng)塊4沿縱向移動(dòng)；

所述垂直測量尺6通過滑動(dòng)連接件安裝在橫向滑動(dòng)尺5上，所述垂直測量尺6與橫向滑動(dòng)尺5垂直，滑動(dòng)連接件可沿橫向滑動(dòng)尺5的長度方向移動(dòng)從而帶動(dòng)垂直測量尺6沿橫向移動(dòng)；所述滑動(dòng)連接件在垂直方向設(shè)有通孔，所述垂直測量尺6穿過通孔并可在通孔內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)。

所述橫向滑動(dòng)尺5沿長度方向設(shè)有橫向滑動(dòng)尺凹槽51；

所述滑動(dòng)連接件包括：滑動(dòng)連接片53、橫向滑動(dòng)塊52、連接螺絲54和垂直測量尺卡槽55；

所述滑動(dòng)連接片53的縱截面為倒梯形，所述滑動(dòng)連接片53的一端卡在橫向滑動(dòng)尺凹槽51內(nèi)，所述滑動(dòng)連接片53的一端通過連接螺絲54與橫向滑動(dòng)塊52固定，同時(shí)還利用緊固件56將連接螺絲54與橫向滑動(dòng)塊52進(jìn)一步固定，所述滑動(dòng)連接片53的卡在橫向滑動(dòng)尺凹槽51內(nèi)的一端的高度大于與橫向滑動(dòng)塊52固定一端的高度，在滑動(dòng)連接片53與橫向滑動(dòng)塊52之間還設(shè)有垂直測量尺卡槽55。

垂直測量尺卡槽55與滑動(dòng)連接片53或橫向滑動(dòng)塊52形成了用于放置垂直測量尺6的通孔，該通孔即為放置垂直測量尺6的空間；垂直測量尺6穿過該空間并沿豎直方向移動(dòng)；連接螺絲54的螺紋部分穿過滑動(dòng)連接片53，用于固定滑動(dòng)連接片53，連接螺絲54的無螺紋部分穿過橫向滑動(dòng)塊52，用于控制滑動(dòng)連接片53與橫向滑動(dòng)塊52之間的空間的大小。

所述橫向滑動(dòng)塊52上有一個(gè)開口觀測窗，開口觀測窗設(shè)有兩個(gè)指針，分別用于指示垂直測量尺6和橫向滑動(dòng)尺5的刻度。

所述縱向滑動(dòng)塊4包括：固定部42和與固定部42固定連接的滑動(dòng)部41，固定部42位于滑動(dòng)部41的上方且固定部42與滑動(dòng)部41垂直；

固定部42沿橫向滑動(dòng)尺5的長度方向設(shè)置，橫向滑動(dòng)尺5的端部從固定部42內(nèi)部的通孔中穿過，在位于橫向滑動(dòng)尺5的側(cè)面的固定部42的開口處還設(shè)有滑動(dòng)塊固定螺絲43，用于增強(qiáng)固定效果；滑動(dòng)部41沿縱向設(shè)置并可沿方形測量框1的縱向的邊的長度方向移動(dòng)，方形測量框1的縱向的邊從滑動(dòng)部41的內(nèi)部的通孔中穿過；

在滑動(dòng)部41的表面上設(shè)有用于指示縱向測量尺的刻度的指針。

所述滑動(dòng)部41與方形測量框1的縱向的邊接觸的面和/或固定部42與橫向滑動(dòng)尺5接觸的表面設(shè)有滑動(dòng)框防磨墊層44。

所述方形測量框1包括第一邊11、第二邊12、第三邊和第四邊，所述第一邊、第二邊、第三邊和第四邊依次通過連接頭2首尾相連形成方形；所述第一邊和/或第三邊為縱向測量尺；所述連接頭2的結(jié)構(gòu)為內(nèi)部中空的L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)的兩端分別為測量框連接口21，用于與方形測量框1的相鄰的兩邊連接，所述L型結(jié)構(gòu)的底部設(shè)有用于安裝萬向球螺桿22的通孔，萬向球螺桿22的球狀部分位于L型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，萬向球螺桿22的桿狀部分從通孔伸出用于與測釬3的頂部可拆卸地安裝，所述測釬3設(shè)有四個(gè)。

所述垂直測量尺6的中心位置留有一條沿垂直方向設(shè)置的細(xì)縫61，方便橫向滑動(dòng)塊52的觀測窗口的指針，通過細(xì)分讀取橫向滑動(dòng)尺5的刻度。

所述測釬3上還套設(shè)有測釬防沉降盤31，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述測釬防沉降盤31包括圓環(huán)狀本體和圈狀連接部，圈狀連接部的底部與圓環(huán)狀本體的上表面一體成型并且軸線在同一軸線上，圓環(huán)狀本體和圈狀連接部均套在測釬3的桿體上，圈狀連接部通過固定螺絲32與測釬3的桿體固定連接。

本發(fā)明中的“橫向”和“縱向”是指互相垂直的兩條邊，如果其中一條邊為“橫向”，另一條邊則為“縱向”。附圖1-7中，僅示意了符合本發(fā)明方案的一種理解方式，如果將附圖1-7中表示的橫向和縱向互相調(diào)換，也符合本發(fā)明的方案，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

在實(shí)際應(yīng)用中，為方便使用者使用，方形測量框1通常為正方形。

上述土壤風(fēng)蝕測量裝置進(jìn)行土壤風(fēng)蝕測量方法，包括以下步驟：

1)在觀察區(qū)域內(nèi)根據(jù)研究或者試驗(yàn)的目的選擇多個(gè)測量點(diǎn)；

2)將上述土壤風(fēng)蝕測量裝置布設(shè)于待測定區(qū)域的每一個(gè)觀測點(diǎn)；其中每一觀測點(diǎn)，僅需布設(shè)測釬及測釬防沉降盤，其余測部分整個(gè)試驗(yàn)僅需一套即可，在每個(gè)觀測點(diǎn)可以通過萬向球螺桿22部分與測釬簡單分離后去測量剩余的觀測點(diǎn)。

3)在每一個(gè)觀測點(diǎn)，分別等間距的沿縱向移動(dòng)橫向滑動(dòng)尺，并沿橫向等間距地移動(dòng)垂直測量尺，利用垂直測量尺監(jiān)測不同測量點(diǎn)的垂直高度Zij,其中i和j分別代表橫向移動(dòng)次數(shù)和縱向移動(dòng)次數(shù)或坐標(biāo)點(diǎn)序號(hào)，并用矩陣的方式進(jìn)行記錄；

初始測量結(jié)果的矩陣為A，

不同的觀測點(diǎn)進(jìn)行上重復(fù)測量，分別記錄對應(yīng)點(diǎn)的觀測值。

第二次測量時(shí)，重復(fù)初始測量時(shí)的操作，第二次測量的結(jié)果的矩陣記為B；利用E＝B-A進(jìn)行元素求平均值，即為風(fēng)蝕厚度Z_mean,單位為cm或m；

4)根據(jù)公式M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S進(jìn)行計(jì)算，其中，M_{Wind erosion}為一段時(shí)間或一場風(fēng)的S面積內(nèi)的風(fēng)蝕量，單位為t或g；γ為土壤容重g/cm³或kg/m³；S為待測定區(qū)域的面積，單位為cm²或m²?？梢愿鶕?jù)侵蝕量M_{Wind erosion},求取單位時(shí)間內(nèi)單位面積的土壤風(fēng)蝕量，即為研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)。

一般根據(jù)侵蝕模數(shù)的概念單位可以換算為常用單位t/a﹒km²；其a表示年，t表示噸；公式中T表示時(shí)間。

下面通過具體的實(shí)施例來進(jìn)行介紹。

實(shí)施例1

一種土壤風(fēng)蝕測量裝置，包括水平設(shè)置的方形測量框1、四個(gè)測釬3、兩個(gè)縱向滑動(dòng)塊4、垂直測量尺6以及橫向滑動(dòng)尺5。四個(gè)測釬3安裝于方形測量框1的拐角處。垂直測量尺6以及橫向滑動(dòng)尺5均設(shè)有刻度。橫向滑動(dòng)尺5沿X軸方向設(shè)置，垂直測量尺6沿Z軸方向設(shè)置。

方形測量框1由第一邊11、第二邊12、第三邊和第四邊依次首尾相連形成的正方形結(jié)構(gòu)，相鄰的邊通過連接頭2連接。其中，第一邊11和第三邊為縱向測量尺，并帶有刻度，沿Y軸方向設(shè)置；第二邊12和第四邊不帶有刻度，沿X軸方向設(shè)置。

連接頭2的數(shù)量為四個(gè)，分別位于方形測量框1的拐角處，用于連接方形測量框1相連的兩個(gè)邊，與測釬3形成為X、Y、Z三個(gè)方向垂直結(jié)構(gòu)。連接頭2的結(jié)構(gòu)為內(nèi)部中空的L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)的兩端分別為測量框連接口21，用于與方形測量框1的相鄰的兩邊連接，連接時(shí)，可以通過連接件進(jìn)行固定。每個(gè)L型結(jié)構(gòu)的底部均設(shè)有用于安裝萬向球螺桿22的通孔，萬向球螺桿22的球狀部分位于L型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，萬向球螺桿22的桿狀部分從通孔伸出用于與測釬3的頂部可拆卸地安裝。

測釬3還套設(shè)有測釬防沉降盤31，測釬防沉降盤31包括圓環(huán)狀本體和圈狀連接部，圈狀連接部的底部與圓環(huán)狀本體的上表面一體成型并且二者的軸線在同一直線上，圓環(huán)狀本體和圈狀連接部均套在測釬3的桿體上，圈狀連接部通過固定螺絲32與測釬3的桿體固定連接。使用時(shí)，測釬3的一部分入土，一部分留在地表，測釬防沉降盤31位于緊貼地表處。

在第一邊和第三邊上分別安裝有縱向滑動(dòng)塊4。縱向滑動(dòng)塊4包括固定部42和與固定部42固定連接的滑動(dòng)部41，固定部42位于滑動(dòng)部41的上方且固定部42與滑動(dòng)部41垂直；固定部42和滑動(dòng)部41均為側(cè)面開口的凹形結(jié)構(gòu)。

固定部42沿橫向滑動(dòng)尺5的長度方向(即X軸方向)設(shè)置，橫向滑動(dòng)尺5的端部從固定部42內(nèi)部的通孔中穿過，在位于橫向滑動(dòng)尺5的側(cè)面的固定部42的開口處還設(shè)有滑動(dòng)塊固定螺絲43，用于增強(qiáng)固定效果；滑動(dòng)部41沿縱向設(shè)置并可沿方形測量框1的縱向的邊的長度方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)橫向滑動(dòng)尺5沿該方向移動(dòng)，方形測量框1的縱向的邊從滑動(dòng)部41的內(nèi)部的通孔中穿過；在滑動(dòng)部41的表面上設(shè)有用于指示縱向測量尺的刻度的指針。所述滑動(dòng)部41與縱向測量尺接觸的表面設(shè)有滑動(dòng)框防磨墊層44?；瑒?dòng)部41沿Y軸滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)框防磨墊層44起潤滑作用，滑動(dòng)框防磨墊層44的材質(zhì)為軟質(zhì)的，可以減少金屬相互劃傷的材質(zhì)即可，保證刻度不被磨掉。固定部與橫向滑動(dòng)尺接觸的表面也設(shè)有滑動(dòng)框防磨墊層44，避免磨損橫向滑動(dòng)尺的刻度。

通過縱向滑動(dòng)塊4的設(shè)置，一方面利用固定部42將橫向滑動(dòng)尺5固定，通過滑動(dòng)部41可以使橫向滑動(dòng)尺5沿著Y軸方向移動(dòng)，滑動(dòng)部41的表面設(shè)有的指針指向方形測量框1上的刻度，即為當(dāng)前Y方向坐標(biāo)值。

橫向滑動(dòng)尺5通過滑動(dòng)連接件與垂直測量尺6連接。橫向滑動(dòng)尺5沿X軸方向設(shè)有橫向滑動(dòng)尺凹槽51；

所述滑動(dòng)連接件包括滑動(dòng)連接片53、橫向滑動(dòng)塊52、連接螺絲54和垂直測量尺卡槽55；

橫向滑動(dòng)尺凹槽51內(nèi)嵌有滑動(dòng)連接片53；所述滑動(dòng)連接片53的縱截面為倒梯形，所述滑動(dòng)連接片53的一端卡在橫向滑動(dòng)尺凹槽51內(nèi)，所述滑動(dòng)連接片53的另一端通過連接螺絲54與橫向滑動(dòng)塊52固定，同時(shí)還利用緊固件56將連接螺絲54與橫向滑動(dòng)塊52進(jìn)一步固定，所述滑動(dòng)連接片53的卡在橫向滑動(dòng)尺凹槽51內(nèi)的一端的高度大于與橫向滑動(dòng)塊52固定一端的高度，在滑動(dòng)連接片53與橫向滑動(dòng)塊52之間還設(shè)有垂直測量尺卡槽55，垂直測量尺卡槽55的橫截面為弓型結(jié)構(gòu)，

垂直測量尺卡槽55與滑動(dòng)連接片53或橫向滑動(dòng)塊52形成了放置垂直測量尺6的空間；垂直測量尺6穿過該空間并沿豎直方向移動(dòng)；連接螺絲54的螺紋部分穿過滑動(dòng)連接片53，用于固定滑動(dòng)連接片53，連接螺絲54的無螺紋部分穿過橫向滑動(dòng)塊52，用于控制滑動(dòng)連接片53與橫向滑動(dòng)塊52之間的空間的大小。

所述垂直測量尺6的中心位置留有一條沿垂直方向設(shè)置的細(xì)縫61，方便滑動(dòng)塊52的觀測窗口的指針，通過細(xì)分讀取橫向滑動(dòng)尺5的刻度。

所述橫向滑動(dòng)塊52上有一個(gè)開口觀測窗，開口觀測窗呈長方形，開口觀測窗設(shè)有兩個(gè)指針，分別為垂直指針和水平指針，可以分別讀出X軸坐標(biāo)位置以及垂直測量尺顯示的垂直高度Z；

縱向測量尺、橫向滑動(dòng)測量尺和垂直測量尺的所有帶刻度部分最小單位為毫米(mm)。

垂向測量尺通過橫向滑動(dòng)塊安裝在橫向滑動(dòng)尺上，通過橫向滑動(dòng)塊在X軸方向移動(dòng)帶動(dòng)垂向測量尺在X軸方向移動(dòng)，通過橫向滑動(dòng)塊上指針與橫向滑動(dòng)尺刻度確定X方向坐標(biāo)；垂向測量尺可以沿Z軸方向移動(dòng)，通過橫向滑動(dòng)塊52的Z方向指針確定距地面高度。

本發(fā)明可以根據(jù)測量的要求直接測量面域上任意一點(diǎn)(X,Y)的風(fēng)蝕區(qū)高度Z(單位為cm)，即垂直測量尺測出的底面距方形測量框的高度，通過兩次測量結(jié)果獲得風(fēng)蝕高度ΔZ，進(jìn)一步獲得S面積上的風(fēng)蝕量M_{Wind erosion}＝γ×ΔZ×S；其中，S是X和Y相乘的結(jié)果，在本次試驗(yàn)中，數(shù)值為1平方米，用于觀測1平方米內(nèi)的風(fēng)蝕量。

測量框帶有刻度，按照刻度等間距Y1方向移動(dòng)，固定在某一刻度后，然后等間距移動(dòng)橫向測量尺到X1，兩次等間距可以一致，讀取垂向測量尺Z1，記錄結(jié)果(X1，Y1，Z1)，繼續(xù)移動(dòng)橫向測量尺到X2，讀取垂向測量尺Z1，記錄結(jié)果(X2，Y1，Z2)，一直到沿X軸方向結(jié)束；然后移動(dòng)縱向滑動(dòng)塊到Y(jié)2，重復(fù)上述步驟，直到整個(gè)面S全部測量完畢；下次測量都按照Y方向和X方向移動(dòng)距離與上一次一致，保證2次測量點(diǎn)為同一點(diǎn)，保證測量精度。

具體地，如圖1和圖2所示，方形測量框1呈方形，邊長為110cm，方形測量框1的測量范圍0-100cm。垂直滑動(dòng)尺5通過橫向滑動(dòng)尺凹槽51與橫向滑動(dòng)塊52配合作用沿著凹槽軌道運(yùn)行，然后通過滑動(dòng)連接片53配合連接螺絲54將橫向滑動(dòng)塊52和滑動(dòng)連接片53固定。橫向滑動(dòng)塊52與滑動(dòng)連接片53之間的距離可以通過連接螺絲54的無螺紋部分控制，間距保證可以將垂直測量尺卡槽55通過連接螺絲54安裝在滑動(dòng)連接片53上，將垂直測量尺6插入垂直測量尺卡槽55中。通過縱向滑動(dòng)塊4的固定部42將橫向滑動(dòng)尺5利用螺絲通過滑動(dòng)塊固定螺絲43固定在縱向滑動(dòng)塊4上。測釬3用錘擊入土，地上部分保持在測釬防沉降盤31位置，通過固定螺絲32將測釬防沉降盤31固定在測釬3上。測釬3頂部配合插入連接頭2的萬向球螺桿中。

該土壤風(fēng)蝕測量裝置的具體使用方法為：

根據(jù)測定區(qū)域的地形以及植被覆蓋度等的差異，在不同坡度、坡向的位置布設(shè)風(fēng)蝕測量裝置的觀測點(diǎn)，每個(gè)觀測點(diǎn)布置四根測釬，保持測釬上的沉降盤的位置與地面接觸，布設(shè)完成后形成正方向的，四根測釬的水平距離保持在110cm。

每一個(gè)風(fēng)蝕觀測點(diǎn)，可以觀測1平方米內(nèi)的風(fēng)蝕變化量。根據(jù)觀測的精度和觀測的工作量均衡的原則，選擇在1平方米平面內(nèi)測量點(diǎn)之間的距離。一般的野外風(fēng)蝕觀測，10cm間距觀測一個(gè)即可滿足要求。

如圖1所示，選定第一邊和第二邊的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)，沿Y軸移動(dòng)縱向滑動(dòng)塊至(10,0)位置，向X軸一側(cè)移動(dòng)橫向滑動(dòng)塊到達(dá)(10,10)位置處，測量其垂直高度記為Z_{1 1}，沿X軸方向移動(dòng)橫向滑動(dòng)塊，每隔10cm，測量其垂直高度并記錄為Z_1，j；直至到達(dá)(10,100)，并記錄垂直高度Z_{1 10}直到第一行結(jié)束。

沿Y軸移動(dòng)縱向滑動(dòng)塊，至(20,0)位置，然后移動(dòng)橫向滑動(dòng)塊至(20,10)位置，測量其垂直高度Z_{2 1}，繼續(xù)上面步驟，直至到達(dá)(20,100)，記錄垂直高度Z_{2 10}直到第二行結(jié)束。

依次類推，直到整個(gè)面積上風(fēng)蝕測量結(jié)束，將一次測量結(jié)果記錄成一個(gè)矩陣A，記作：

以第一次測試值作為初始值，然后進(jìn)行第二測量并記錄成矩陣B，用矩陣B-A，對E＝B-A進(jìn)行元素求平均值Z_mean，結(jié)果即為一次大風(fēng)或一段時(shí)間內(nèi)該面積S上的平均風(fēng)蝕厚度，利用環(huán)刀獲取研究區(qū)的土壤容重γ，通過下面公式

M_{Wind erosion}＝γ×Z_mean×S

獲得一段時(shí)間或一場風(fēng)的風(fēng)蝕量M_{Wind erosion}，根據(jù)測量頻次和測量目的不同風(fēng)蝕量的單位t或g。γ為土壤容重g/cm³或kg/m³；S為待測定區(qū)域的面積，單位為cm²或m²?？梢愿鶕?jù)侵蝕量M_{Wind erosion},求取單位時(shí)間內(nèi)單位面積的土壤風(fēng)蝕量，即為研究區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)。

$EMerosion\mathrm{mod}ulus=\frac{M_{Winderosion}}{S.T},$

一般根據(jù)侵蝕模數(shù)的概念單位可以換算為常用單位t/a﹒km²；其a表示年，t表示噸。公式中T表示時(shí)間。

不同坡面、坡向上多個(gè)位置的風(fēng)蝕觀測，能更好的代表整個(gè)研究區(qū)的風(fēng)蝕量。

使用該風(fēng)蝕測量裝置，計(jì)算結(jié)果直接有效的推廣到一個(gè)單位面積上的風(fēng)蝕厚度或者風(fēng)蝕量。比單個(gè)風(fēng)蝕測釬的測量結(jié)果更具有代表性和科學(xué)性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。