土壤侵蚀动力动态变化过程集成系统与技术

任务来源：

技术领域：水利信息化

技术来源：该技术通过引进、消化、吸收与自主创新。

技术原理

 土壤侵蚀动力动态变化过程集成系统与技术包括设置于室外的土壤溅蚀监测系统和降雨监测系统，土壤溅蚀监测系统包括溅蚀盘，设置在溅蚀盘固定平台上，降雨监测系统为2D视频雨滴谱仪（2D - VIDEO - DISTROMETER，2DVD），其设置在雨滴谱仪固定平台上，溅蚀盘和2DVD之间的直线距离为3～5m。
2DVD是由奥地利JOANNEUM RESEARCH公司与欧洲太空局/欧洲空间技术中心等机构研制的，由室外传感器单元、室外电子单元和室内用户终端三个部分组成。利用对雨滴错位摄像的原理，实现对雨滴下落距离、时间等参数的直接测定，进而计算雨滴速度。利用摄像对雨滴的扫描，实现雨滴形状和单位面积的雨滴数量的测定。
通过土壤溅蚀监测系统采样得到土壤溅蚀量A；通过2VD采集雨滴个数、质量和速度，雨滴动能E_k的计算方法为：   式中：i为雨滴的个数，m_i、v_i分别为第i个雨滴的质量、速度。建立土壤溅蚀量A和雨滴动能E_k之间的关系表达式A=f(E_k)；对特定区域进行实际土壤溅蚀量预测时，通过2DVD采集实际雨滴参数，计算出实际雨滴动能，并将实际雨滴动能带入表达式A=f(E_k)，即可得到实际土壤溅蚀量。

技术特色

该系统操作方便，利用雨滴谱生成雨滴质量和速度数据，具有精度高、速度快、效率高、能清晰再现次降雨过程的雨滴质量、速度等优点，应用范围广。

技术指标

土壤溅蚀监测系统包括细沙溅蚀盘、未碾磨土溅蚀盘、碾磨土溅蚀盘。
降雨监测系统通过雨滴影像成像系统和立方体形监测井两种方式。
雨滴影像成像系统对测量区域的图像进行线形扫描成像，测定对象最小直径达到0.19mm，测量区域达到100mm×100mm，垂直分辨率0.19mm、垂直速率精度4%。
可获得土壤溅蚀量和雨滴动能，建立土壤溅蚀量A和采样雨滴动能E_k之间的关系表达式A=f(E_k)。

应用范围及前景

监测降水的总量、大小、强度、运动速度；记录雨滴大小形状、雨滴谱分布及相关气象参数；用于气象监测、气象雷达分析校准、大气物理学研究；交通控制、机场观测系统、水文地理学等应用领域。
通过实施水利部“948”项目“土壤侵蚀动力动态变化过程集成系统与技术”，在武汉建立典型示范基地，开展降雨监测，集成研发土壤侵蚀动力动态变化过程集成系统与技术（包括发明专利1项、实用新型专利2项），研发的土壤侵蚀动力动态变化过程集成系统与技术极大的提供了现场监测的实效性和方便性，为动态监测降雨以及溅蚀提供手段，可在全国范围内推广应用。

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李昊洁

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长江水利委员会长江科学院

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