坡面侵蝕中徑流含沙量測(cè)量方法研究與展望

1、.坡面侵蝕中徑流含沙量測(cè)量方法研究與展望摘要：流含沙量是衡量坡地水土流失的重要參數(shù)之一，只有合理測(cè)量坡地徑流中的 含沙量才能為水土保持提供有利的依據(jù)，同時(shí)為驗(yàn)證土壤侵蝕預(yù)報(bào)模型提供基本參數(shù)。本文從測(cè)量原理出發(fā)，對(duì)含沙量各種測(cè)量方法的適用環(huán)境、測(cè)量精度及其局限性進(jìn)行了比較全面的分析，重點(diǎn)研究了坡面徑流含沙量的測(cè)量方法。研究結(jié)果表明目前測(cè)量含沙量的方法在坡面侵蝕動(dòng)態(tài)水流含沙量的測(cè)量中存在只能靜態(tài)測(cè)量的問(wèn)題。目前電解質(zhì)脈沖法在測(cè)量坡面薄層水流流速中做出了有益的探索，研究發(fā)現(xiàn)水流速度、泥沙的彌散系數(shù)與含沙量之間存在著相關(guān)關(guān)系，用此方法測(cè)量含沙量將有可能實(shí)現(xiàn)含沙量的動(dòng)態(tài)測(cè)量。關(guān)鍵詞：測(cè)量方法；泥沙含量；

2、土壤侵蝕；彌散系數(shù)土壤侵蝕中的徑流含沙量是衡量水土流失的重要參數(shù)之一，水流中含沙量的測(cè)定對(duì)土壤侵蝕研究和水土流失治理具有重要意義。無(wú)論是評(píng)價(jià)流域還是河道的侵蝕程度，都必須測(cè)定其含沙量1，2。只有合理測(cè)定含沙量才有可能準(zhǔn)確模擬土壤侵蝕動(dòng)力過(guò)程，并為水土流失治理決策提供合理的科學(xué)依據(jù)3。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直積極探索利用各種原理和方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)含沙量較準(zhǔn)確地測(cè)量。目前測(cè)量含沙量的方法較多， 由于其測(cè)量原理不同，測(cè)量適用的范圍和精度也不同，加之現(xiàn)有測(cè)量方法中還有一些方法處于研究探索階段，在實(shí)際測(cè)量條件下可采用的方法并不多。在此對(duì)含沙量各種測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比，分析各種方法的測(cè)量原理，研究其適用范圍、精度，以為人

3、們?cè)诓煌h(huán)境下在保證一定測(cè)量精度情況下選擇合適的測(cè)量方法提供參考依據(jù)，也為現(xiàn)有測(cè)量方法的提高與改進(jìn)提供一定的思路。同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問(wèn)題，依據(jù)目前發(fā)展的新理論和技術(shù)，結(jié)合坡面土壤侵蝕模擬研究的需求，提出了為實(shí)現(xiàn)含沙量準(zhǔn)確、及時(shí)、同步和動(dòng)態(tài)的自動(dòng)測(cè)量研制新的測(cè)量方法的方向。1 含沙量測(cè)量方法原理分析及比較根據(jù)測(cè)量原理的不同，含沙量測(cè)量方法可分為：直接測(cè)量方法和間接方法。直接測(cè)量方法包括烘干法和比重法；間接方法有分光光度法4、紅外線法、電容法、振動(dòng)法 、超聲波法、激光法和射線法。1.1直接測(cè)量方法含沙量的測(cè)量人們很早就進(jìn)行了研究，開(kāi)始人們主要采用直接取樣測(cè)量的方法，其中包括烘干法和比重法。烘干

4、法又稱稱重法，即取一定量的樣品，測(cè)量其原重和烘干后的重量，從而確定泥水中的含沙量。采用烘干法可測(cè)量?jī)煞N形式的含沙量：重量含沙量m(kgkg)和體積含沙量v(m3m3)，兩者的關(guān)系如下?m=sv/(1-v) w+sv (1)?式中：s=2.65103kgm3，為標(biāo)準(zhǔn)泥沙的比重，w=1.0103kgm3，為清水密度。隨著電子天平的使用，稱重精度得到很大提高，烘干法測(cè)量含沙量被認(rèn)為是目前最準(zhǔn)確的方法之一5,6。但由于烘干法需對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行烘干，而烘干溫度一般為105，加熱需11個(gè)小時(shí)左右，高溫與長(zhǎng)期加熱會(huì)造成土壤中有機(jī)質(zhì)被碳化，而使測(cè)量的含沙量偏小，對(duì)烘干溫度和加熱時(shí)間的要求也使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)

5、力。在野外人們使用烘干法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量含沙量時(shí)所采用的酒精燃干法會(huì)使所測(cè)含沙量產(chǎn)生較大誤差7，8，因而在野外測(cè)量中人們一般采用比重法。比重法是根據(jù)泥沙對(duì)比重的影響來(lái)確定含沙量，測(cè)量時(shí)可采用比重計(jì)，也可用天平和量筒進(jìn)行測(cè)量，如測(cè)得樣品的總重量為G(kg)，體積為V(m3)，則樣品中的含沙量(kg/m3)為 ?用此方法測(cè)量含沙量所用設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量方法更快更直接。但在含沙量較高時(shí)，由于量筒的數(shù)據(jù)很難讀準(zhǔn)，一定程度上影響了測(cè)量結(jié)果的精度。就測(cè)量精度而言，烘干法比比重法精度更高。 以上兩種測(cè)量方法所產(chǎn)生的誤差主要來(lái)自于采樣。首先是因?yàn)椴蓸拥碾S機(jī)性對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了影響。由于每次采樣都需要一定的采集量，而徑流量和

6、含沙量不同，采樣的時(shí)間長(zhǎng)短不同，因而測(cè)量結(jié)果只是一隨機(jī)時(shí)間段內(nèi)的平均值，而無(wú)法反映徑流含沙量的及時(shí)變化。其次是在不同坡長(zhǎng)處不同時(shí)間實(shí)現(xiàn)侵蝕含沙量的測(cè)量有一定難度，而用一定坡長(zhǎng)處測(cè)量的含沙量結(jié)果作為該區(qū)的侵蝕量的合理性還有待于進(jìn)一步探討。由此雖然以上兩種經(jīng)典方法測(cè)量比較準(zhǔn)確，但由于其測(cè)量任務(wù)相當(dāng)繁重，加之采樣所引起的系統(tǒng)誤差不能滿足日新月異的科學(xué)需要，人們?cè)诮鼇?lái)又發(fā)展了許多新的測(cè)量方法。1.2 間接方法為了能及時(shí)，快速測(cè)量坡面侵蝕中的含沙量，人們?cè)诮?jīng)典測(cè)量方法的基礎(chǔ)上發(fā)展了很多方法，目前主要有紅外線法、分光光度法、電容法、振動(dòng)法、超聲波法、激光法、射線法等，其中分光光度法和紅外線法可測(cè)量的含沙量

7、極低，由于坡面侵蝕中徑流含沙量變化幅度較大，因此無(wú)法使用。電容法：電容法利用泥水混合物中泥沙含量的變化會(huì)引起其介電常數(shù)變化這一電物理學(xué)性質(zhì)，通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)測(cè)量含沙量變化。在平板電容之間，盡管其介電常數(shù)與含沙量之間不滿足單調(diào)函數(shù)關(guān)系，但在含沙量未達(dá)到賓漢體之前，介電常數(shù)隨泥沙含量的變化呈單調(diào)遞增趨勢(shì)。李小昱等人研制了平板式與同軸圓筒式兩種結(jié)構(gòu)的電容傳感器，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證平板式電容傳感器的非線性誤差為0.20，重復(fù)性誤差為0.13；同軸圓筒式電容傳感器的非線性誤差為0.10，重復(fù)性誤差為0.109。含沙量與傳感器輸出U(v)間的關(guān)系為?平板式電容傳感器?=4.18U-3168.41 (3)?同

8、軸圓筒式電容傳感器 =4.98U-5288.56 (4)由于電容受溫度影響較大，電容兩端輸出電壓隨溫度、土壤含鹽量升高而呈非線形增加趨勢(shì)，加之徑流流速的影響，使得電容法的適用條件受到一定限制。在自然條件下坡面侵蝕過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量電容變化來(lái)確定含沙量變化難以實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)法：利用振動(dòng)學(xué)原理，根據(jù)諧振棒在不同含沙量的泥水中的振動(dòng)周期不同來(lái)推求含沙量10。在泥沙比重、粒徑組成一定，泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)速度相同時(shí)，諧振棒振動(dòng)周期T(s)與含沙量近似呈線性正比關(guān)系如下? =aT+b (5)式中：a,b為常數(shù)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)事先率定。試驗(yàn)證實(shí)對(duì)于材料一定的諧振棒，棒體密度與其振動(dòng)周期的平方成正比。由于實(shí)際測(cè)量中棒體的運(yùn)動(dòng)

9、受水深、水流速度影響較大，測(cè)量設(shè)備一般采用金屬空管代替諧振棒，當(dāng)含沙水流進(jìn)入管體時(shí)由于管子材料和體積一定，測(cè)量管的密度完全由管中液體的密度決定。如果水流中的含沙量發(fā)生變化，相當(dāng)于整個(gè)管體的密度發(fā)生了變化，則管體的振動(dòng)周期也隨之發(fā)生變化，此時(shí)測(cè)量出泥水的密度，由管體密度與振動(dòng)周期間的關(guān)系，通過(guò)(5)式可計(jì)算出泥水含沙量。在坡面侵蝕中由于水流中泥沙不斷沉降，同時(shí)又有新的泥沙不斷被剝蝕而加入其中而使泥沙比重、粒徑組成及泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)情況變化多端，使進(jìn)入管體水流的流速和密度隨時(shí)間不斷變化，因而運(yùn)用(5)式所得將在一定程度上偏離真值。振動(dòng)法測(cè)量泥沙含量的結(jié)果穩(wěn)定性較差零點(diǎn)漂移嚴(yán)重，加之測(cè)量?jī)x器體積較大，而

10、坡面侵蝕中徑流水深較淺，振動(dòng)裝置無(wú)法正常工作，故此類儀器不適用于徑流含沙量的測(cè)量，而只適用于河流中含沙量的測(cè)量。美國(guó)FIASP公司在80年代中期研制了U形管含沙量計(jì)，這種儀器在河水位變幅較小時(shí)，儀器可記錄下幾個(gè)很陡的泥沙峰值，這是在人工測(cè)量時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)與取樣測(cè)量值比較此方法測(cè)量結(jié)果的隨機(jī)誤差約為25mgL。在此測(cè)量?jī)x器基礎(chǔ)上FIASP公司又研制了直管含沙量計(jì)，后者的優(yōu)點(diǎn)在于管壁更薄、更輕，從而使流體密度對(duì)管的密度影響達(dá)到最大；由于可使挾沙水流直接流過(guò)而能應(yīng)用于纜道上或者固定使用11。云南大學(xué)和云南省水文總站合作研制了ZN-1型振動(dòng)式含沙量測(cè)量?jī)x，其振動(dòng)管安裝在鉛魚腹體內(nèi)，而使水流能自由通

11、過(guò)振動(dòng)管。由于傳感器的溫度效應(yīng)，儀器在測(cè)量前要求作出溫度與清水的振動(dòng)周期關(guān)系曲線，在實(shí)測(cè)時(shí)可依據(jù)測(cè)量中的水溫查取清水振動(dòng)周期T0，依(5)式可計(jì)算含沙量。當(dāng)含沙量為10830kg/m3時(shí)，相對(duì)誤差小于5的測(cè)點(diǎn)累積頻率為85。該 儀器分辨率為0.1kgm3，更適合于高含沙量水流的測(cè)量。超聲波法：超聲波法分為超聲波反射法和超聲波衰減法。前者根據(jù)超聲波的反射量與沙粒的多少呈正比例關(guān)系，從而測(cè)定含沙量。后者考慮泥沙顆粒對(duì)超聲波的散射、吸收和超聲波自身的擴(kuò)散因素，利用傳感器檢測(cè)其能量的衰減，來(lái)計(jì)算含沙量12,13。超聲波反射法對(duì)于低含沙量水流較敏感，測(cè)量精度較高，只是測(cè)量范圍較窄，在3kgm3之間。陳彥

12、華等研制的含沙量垂線分布測(cè)試系統(tǒng)，依據(jù)聲波在泥水中沿垂線傳播時(shí)不同深度不同濃度泥沙顆粒對(duì)聲波的散射程度不同測(cè)量含沙量，該儀器可在低含沙量水流(含沙量在2.5 kgm3以下)中對(duì)水面下20cm范圍內(nèi)含沙量及其分布進(jìn)行快速測(cè)量，并可圖形顯示測(cè)量結(jié)果14。超聲波衰減法利用聲波在泥水中傳播時(shí)聲波大小受到衰減的原理，通過(guò)接收換能器將衰減后的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)放大處理后得到隨含沙量變化的模擬電信號(hào)，依據(jù)其與含沙量間的關(guān)系來(lái)測(cè)量含沙量。模擬電信號(hào)隨含沙量變化的關(guān)系如下?=(I/)b (6) ?式中：a，b為常數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)事先標(biāo)定，大小主要取決于溶液濃度及溶質(zhì)粒子的粒徑的變化。I為電信號(hào)強(qiáng)度(w/cm2

13、)，為體積含沙量。超聲波法測(cè)量含沙量時(shí)，為保證超聲波經(jīng)衰減后信號(hào)能被接收到，其強(qiáng)度(頻率)不能太小。而超聲波強(qiáng)度較大時(shí)，當(dāng)其穿過(guò)泥水溶液時(shí)，超聲波會(huì)與泥沙顆粒發(fā)生相互作用而影響溶液濃度，產(chǎn)生“空化現(xiàn)象”；同時(shí)還會(huì)造成大的泥沙顆粒粉碎而改變?cè)腥苜|(zhì)粒子的粒徑組成。此時(shí)用事先標(biāo)定好的(6)式來(lái)計(jì)算含沙量會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。由于超聲波法會(huì)對(duì)水流造成擾動(dòng)而改變其原有的動(dòng)力學(xué)特征，且含沙量越大改變也越大，使得超聲波法測(cè)量泥沙含量的范圍較窄，更適合于低含沙溶液的測(cè)量。中國(guó)科學(xué)院山西煤化所于陜西省水文總站研制超聲波測(cè)沙儀，試驗(yàn)顯示當(dāng)含沙量為10500 kgm3時(shí)，相對(duì)均方誤差為4.66。激光法：光在水中傳輸時(shí)

14、，由于水介質(zhì)的散射和吸收，使得光強(qiáng)發(fā)生衰減，且水中懸沙濃度不同，衰減也不同。激光法正是利用此原理對(duì)透射過(guò)泥水的激光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將其變?yōu)殡妷盒盘?hào)。依據(jù)電壓信號(hào)的強(qiáng)弱在水流速度較小且相同粒徑分布條件下與含沙濃度呈正比函數(shù)關(guān)系來(lái)確定含沙量。由于在坡面侵蝕過(guò)程中，坡面泥沙不斷經(jīng)歷剝離、搬運(yùn)、沉積過(guò)程，其徑流中泥沙粒徑的組成隨時(shí)間不斷變化，這與測(cè)量原理中泥沙粒徑分布相同的假設(shè)相駁，而使此方法具有了一定的理論誤差，加之用此方法設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器成本較高，設(shè)備笨重、龐大，而無(wú)法正確有效的測(cè)量坡面水流中的含沙量。基于以上原因，目前激光法更多的用于分析河流泥沙的粒度分布，再由粒度分布來(lái)確定含沙量，其測(cè)量的粒徑

15、范圍一般在2.5250靘之間。由于激光具有高度的空間相干性和時(shí)間相干性，加之與計(jì)算機(jī)的結(jié)合和光導(dǎo)纖維的應(yīng)用，極大的減小了外界漂移或擾動(dòng)而使此方法對(duì)于粒徑分布具有較高的測(cè)量精度。美國(guó)Sequoia科學(xué)儀器公司根據(jù)激光散射原理，研制成用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)記懸沙含沙量、懸沙顆粒級(jí)配、平均粒徑的激光測(cè)沙儀。該儀器堅(jiān)固耐用，使用方便靈活，可用于實(shí)驗(yàn)室或固定在水底和岸邊，也可以拖曳、錨泊或裝在船上，主要用于低含沙量水流的測(cè)量，其測(cè)量范圍在0.17.8 kgm3之間，測(cè)量誤差小于2015。射線法：依據(jù)射線在含沙溶液中經(jīng)泥沙顆粒的折射、散射和吸收作用其透射強(qiáng)度將減小的原理測(cè)定含沙量1619。當(dāng)射線通過(guò)由土壤固體顆粒和水

16、組成的固、液兩相介質(zhì)的混合體時(shí)，其強(qiáng)弱服從以下指數(shù)變化規(guī)律? 式中mw、ms分別為水和泥沙的質(zhì)量吸收系數(shù)；w、s分別為單位泥水體積中水的質(zhì)量(kg)和泥沙的質(zhì)量(kg)，L為射線透射的渾水厚度(m)。假設(shè)t1時(shí)刻射線穿過(guò)厚為L(zhǎng)的混合體后其強(qiáng)度為I1,t2時(shí)刻為I2，依據(jù)泥水總體積不變，即泥沙增(減)的體積等于水量減(增)的體積，在t=t2t1時(shí)間段內(nèi)式中s1、s2為t1、t2時(shí)刻的體積含沙量，則s1-s1為時(shí)間 內(nèi)含沙量的變化量，s=2.65103kgm3為泥沙的比重，s=10103kg/m3為清水密度。測(cè)出I1、I2，若已知t1時(shí)刻的泥沙含量，利用(8)式可算得不同時(shí)刻的含沙量。由于射線水平

17、透時(shí)，泥沙沉積和分層現(xiàn)象將對(duì)測(cè)理精度影響較大。射線測(cè)量?jī)x測(cè)量含沙量時(shí)，雖然水流經(jīng)過(guò)采樣室時(shí)停留時(shí)間較短，測(cè)量中依然會(huì)由于時(shí)間的滯后性而影響含沙量變化量的同步測(cè)量；同時(shí)水流流入、流出采樣室時(shí)會(huì)對(duì)水流的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，而一定程度上影響含沙量的準(zhǔn)確測(cè)量。雷廷武等20研制的徑流含沙量與流量測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)縮短-射線源與能譜探頭間的距離來(lái)減小測(cè)量時(shí)間，同時(shí)兼顧測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確及儀器的穩(wěn)定可靠，是目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中能較好實(shí)現(xiàn)含沙量快捷、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠測(cè)量的方法，測(cè)量范圍較廣，在0750kg/m3之間，該方法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差小于1。其誤差主要來(lái)源于射線脈沖的隨機(jī)性和儀器的穩(wěn)定性。雖然振動(dòng)法、超聲波法、

18、激光法、射線法依據(jù)的測(cè)量原理各有不同，儀器設(shè)備也千差萬(wàn)別，但其都將不同程度的受到水流中泥沙運(yùn)動(dòng)情況及其粒徑組成的影響，而使含沙量的測(cè)量結(jié)果存在一定的局限性，要精確測(cè)量徑流中的含沙量還需要進(jìn)一步加以改進(jìn)。相比較而言，在現(xiàn)有測(cè)量方法中，烘干法、比重法和射線法是目前測(cè)量精度較高，應(yīng)用較廣泛的含沙量測(cè)量方法。2測(cè)量方法展望在以往的土壤侵蝕模擬過(guò)程中，對(duì)于特定區(qū)域，侵蝕模型模擬計(jì)算的結(jié)果一般為該區(qū)域總的侵蝕量，用以上的烘干法、比重法或射線法所測(cè)理的含沙量隨時(shí)間的變化關(guān)系就可以進(jìn)行模擬值與測(cè)量值的對(duì)比分析，同時(shí)用這些方法測(cè)量的含沙量也可直接對(duì)土壤侵蝕情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，這些方法的測(cè)量結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用中起著不可替代

19、的作用。但由于坡面侵蝕的發(fā)生和發(fā)育是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，從降雨產(chǎn)生濺蝕開(kāi)始到發(fā)展成為片蝕，以及在坡度較大時(shí)，還有可能發(fā)展成為細(xì)溝侵蝕、淺溝侵蝕或切溝侵蝕等，在這些坡面水流流動(dòng)過(guò)程中，水流中的泥沙含量是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。泥沙的產(chǎn)生不僅與水流的速度有關(guān)，而且與水流中的泥沙含量密切相關(guān)。在相同流速和下墊面條件下，泥沙含量越高，水流對(duì)土壤的剝蝕能力越強(qiáng)，同時(shí)由于泥沙的沉降，水流中泥沙與下墊面土壤顆粒的交換更為活躍，從而表現(xiàn)出水流中水流速度與泥沙含量相互影響和相互作用關(guān)系。水流中的泥沙含量沿著坡面隨時(shí)間而發(fā)生變化，加上跌坎、細(xì)溝或切溝的形成，泥沙含量變化更加顯著，在以往的研究中人們用研究區(qū)出水口處測(cè)量

20、的含沙量來(lái)作為該區(qū)域的侵蝕量是比較粗糙的，用此作為衡量土壤侵蝕強(qiáng)度的參數(shù)還有待于進(jìn)一步探討。因此要定量研究坡面土壤侵蝕的機(jī)理，了解侵蝕過(guò)程中不同區(qū)域處的侵蝕情況，就必須實(shí)現(xiàn)在不同坡面處含沙量的動(dòng)態(tài)、快速測(cè)量。要?jiǎng)討B(tài)、快速測(cè)量坡面的含沙量用以上方法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。烘干法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，比重法和射線法測(cè)理較快，比較準(zhǔn)確，但又較難實(shí)現(xiàn)含沙量的動(dòng)態(tài)測(cè)理。從以上分析可知，含沙量和水流速度具有相互作用關(guān)系。夏衛(wèi)生、雷廷武等在研究用電解質(zhì)脈沖法測(cè)量坡面薄層水流速度中開(kāi)發(fā)了徑流含沙量與流量機(jī)電一體化測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電解質(zhì)脈沖發(fā)生器、感應(yīng)探針、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)及參數(shù)計(jì)算四部分組成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參

21、數(shù)計(jì)算及分析自動(dòng)化。目前已實(shí)現(xiàn)了坡面薄層水流速度的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)測(cè)量，具體測(cè)量方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)21。研究中得到了不同彌散系數(shù)下鹽液在水流中的電導(dǎo)率變化理論曲線如圖1所示22。圖中C為水流中的電脈沖遷移強(qiáng)度(V)，其大小為電脈沖遷移距離x(m)和遷移時(shí)間t(s)的函數(shù)；DH為泥沙在水中的彌散系數(shù)(m2s)。同時(shí)在用鹽液示蹤法測(cè)量其經(jīng)驗(yàn)系數(shù)與含沙量的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者存在較好的正相關(guān)關(guān)系，因此含沙量與水流速度及彌散系數(shù)之間的關(guān)系是很可能存在的。由圖1看出，不同彌散系數(shù)下電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化情況明顯不同，如果能通過(guò)理論推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩者之間的函數(shù)關(guān)系，就可通過(guò)測(cè)量水流中電導(dǎo)率的變化得到彌散系數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)含沙量

22、的測(cè)量，此問(wèn)題正是這一電解質(zhì)脈沖法用于測(cè)量含沙量亟待解決的問(wèn)題，一旦這一問(wèn)題得以解決，它將實(shí)現(xiàn)坡面侵蝕中含沙量的非采樣、實(shí)時(shí)、多點(diǎn)、動(dòng)態(tài)測(cè)量。圖1 不同彌散系數(shù)條件下的電解質(zhì)遷移Fig.1 Transfer of electrolyte pulse in flow with different diffusivity3 小結(jié)由上可知，泥沙含量的直接測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行，測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，但由于測(cè)量方法自身的局限性，只能測(cè)量一定坡長(zhǎng)下的靜態(tài)含沙量。間接測(cè)量法中如射線法是目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)理中能較好實(shí)現(xiàn)含沙量快捷、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠測(cè)量的方法，但在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量方面還存在一定的局限性。其它間接測(cè)量方法無(wú)論是準(zhǔn)確性還是

23、測(cè)量范圍都有待于進(jìn)一步提高。以上無(wú)論是直接測(cè)量還是間接測(cè)量方法，都沒(méi)有考慮徑流速度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，即使考慮如振動(dòng)法，也必須是在給定水流速度的情況下才能計(jì)算出含沙量。要實(shí)現(xiàn)含沙量的動(dòng)態(tài)測(cè)量，必須從土壤侵蝕的機(jī)理入手，才有可能探求出新的坡面徑流含沙量的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)含沙量的準(zhǔn)確、及時(shí)測(cè)量。由于坡面土壤侵蝕過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，坡度使徑流具有流速，流速又隨著坡長(zhǎng)而發(fā)生變化，而徑流的剝蝕能力和挾沙能力又與流速、流量(或者說(shuō)水深)及含沙量有著一定關(guān)系，從而使流速與含沙量相互作用的關(guān)系更加明顯。在坡面上，水流速度的變化使剝蝕力和挾沙能力不斷變化而最終造成含沙量的變化，因此要測(cè)量坡面含沙量的動(dòng)態(tài)變化，以往的測(cè)量方法較難實(shí)現(xiàn)，我們必須要尋求一種新的方法，在測(cè)量徑流速度的同時(shí)測(cè)量含沙量。電解質(zhì)脈沖法能及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量水流速度，同時(shí)還能擬合出水流中鹽液的彌散系數(shù)。盡管彌散系數(shù)與水流速度、含沙量三者的關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究，但三者間的關(guān)系是存在的，這項(xiàng)研究為徑流含沙量的動(dòng)態(tài)、及時(shí)測(cè)量方法的進(jìn)一步研究指明了方向，因而有必要做進(jìn)一步探討。參考文獻(xiàn)：1唐克麗.中國(guó)土壤侵蝕與水土