CN101929996A - 模拟薄层水流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟薄层水流装置，土槽(1)一端为固定端，另一端为升降端，土槽(1)的底部设有孔板，四周均由透明材料组成，土槽(1)的固定端设置出水口(4)，土槽(1)的升降端的底部设有坡度调节系统，土槽(1)的升降端的上部设有水流消能简便设施(5)。该装置能够模拟流量、流速、坡度等多项不同参数条件下的薄层水流。采用上方来水模拟薄层水流，以此消除降雨影响，可研究观测薄层水流不同水流特征及水力要素对坡面土壤养分浸提、释放和迁移的作用机制，以期为揭示降雨条件薄层水流土壤溶质迁移机制提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟薄层水流装置，该装置能够模拟流量、流速、坡度等多项不同参数条件下的薄层水流条件。
背景技术
坡地土壤养分随地表径流迁移是一个复杂的物理、化学过程，这一过程不仅涉及农用化肥高效利用、土壤质量退化等农业问题，也是水体污染等环境问题。坡面土壤、化学物随地表薄层水流迁移的机理研究一直是国内外学者关注热点。在研究过程中，降雨条件下土壤养分随地表薄层水流迁移过程涉及诸多影响因素，降雨特征本身情况复杂，因而降雨因素的干扰很容易掩盖了地表薄层水流对坡面土壤及化学物的作用，也无法科学地探讨薄层水流对地表土壤化学物作用机制。因此，为了揭示坡面薄层水流对坡面土壤养分(溶质)流失过程作用机理，有必要在消除降雨因素影响，采用上方来水方便地模拟薄层水流各种情况，观测薄层水流不同水力要素对土壤养分浸提、释放和迁移的作用过程，为揭示降雨条件薄层水流土壤溶质迁移机制提供参考。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种试验数据准确、可靠且结构简单，使用方便的模拟不同参数特征的薄层水流装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的模拟薄层水流装置，土槽一端为固定端，另一端为升降端，所述的土槽的底部设有孔板，四周均由透明材料组成，所述的土槽的固定端设置出水口，所述的土槽的升降端的底部设有坡度调节系统，所述的土槽的升降端的上部设有水流消能简便设施，所述的水流消能简便设施与所述的土槽内连接，所述的水流消能简便设施连接有供水系统。
所述的供水系统是在所述的土槽的升降端上设有蓄水箱，在所述的蓄水箱内设有可控制流量水泵，所述的可控制流量水泵的出口通过输水橡皮管与所述的水流消能简便设施连接。
所述的土槽为长度为0.8m、宽度为0.3m、深度为0.45m的矩形槽，所述的土槽四周的透明材料为厚度为3mm的有机玻璃，所述的土槽的底部的孔板为5mm厚的有孔钢板。
所述的坡度调节系统使所述的土槽坡度在0°～30°间变化，所述的坡度调节系统为坡度调节套筒。
所述的水流消能简便设施的结构是临近所述的供水系统的一端设有入水槽，临近所述的土槽的一端设有静水槽，在所述的入水槽与所述的静水槽之间设有溢流高坝，所述的静水槽与所述的土槽之间设有溢流低坝。
采用上述技术方案的模拟薄层水流装置，实验方法步骤如下：根据实验要求，流量相同，设定不同的坡度值，可测定薄层水流流速、薄层水流厚度、坡面产流量、产沙量以及各化学物含量流失量，同时进行计算研究，得出相关结论；根据实验要求，坡度相同，设定不同的流量，可测定薄层水流流速、薄层水流厚度、坡面产流量、产沙量以及各化学物含量流失量，进行计算研究，得出相关结论；通过该装置还可观测在薄层水流作用下坡面土壤水入渗过程、化学物淋溶变化，进行计算研究，得出相关结论。
本发明的优点如下：
本发明是人工模拟薄层水流装置，设定一定的坡度值后，打开可控制流量水泵，水从蓄水箱中流经输水橡皮管到水流消能简便设施中，水流消能简便设施可形成动能很低、浅薄且均匀的薄层水流，均匀地导流到土槽内坡面土壤表面；这样避免了薄层水流对坡面上坡部分过度冲刷，同时消除了降雨带来的溅蚀作用，使得试验数据更加准确、可靠反映地表薄层水流的冲刷作用；土槽四周采用有机玻璃制成，便于观测薄层水流厚度变化、速度波动以及土壤入渗过程；土槽下方的孔洞更好的模拟了原始土壤的下垫面条件，提高了数据的准确度。采用上方来水模拟薄层水流，以此消除降雨影响，观测薄层水流不同水力要素对土壤养分浸提、释放和迁移的作用过程，为揭示降雨条件薄层水流土壤溶质迁移机制提供参考。因而本发明对研究降雨条件下薄层水流土壤溶质迁移机制有十分重要的意义。
综上所述，本发明是一种获取试验数据准确、可靠且结构简单，使用方便，性能可靠的模拟薄层水流装置。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图，
图2为本发明的水流消能简便设施结构示意图。
具体实施方式
参见图1和图2，土槽1为长度为0.8m、宽度为0.3m、深度为0.45m的矩形槽，一端为固定端，另一端为升降端，土槽1的四周设有厚度为3mm的有机玻璃，土槽1的底部为5mm厚的有孔钢板8，土槽1的固定端设置出水口4，土槽1的升降端的底部设有坡度调节套筒3，坡度调节套筒3使土槽1坡度在0°～30°间变化，土槽1的升降端的上部设有水流消能简便设施5，水流消能简便设施5形成初始动能很小且均匀导流到土槽1内，在土槽1的升降端上设有蓄水箱2，在蓄水箱2内设有可控制流量水泵7，可控制流量水泵7的出口通过输水橡皮管6与水流消能简便设施5连接。
参见图2，水流消能简便设施5的结构是临近输水橡皮管6的一端设有入水槽9，临近土槽1的一端设有静水槽11，在入水槽9与静水槽11之间设有溢流高坝10，静水槽11与土槽1之间设有溢流低坝12。
参见图1和图2，坡度调节套筒3设定一定的坡度值后，打开可控制流量水泵7，水从蓄水箱2中流经输水橡皮管6到水流消能简便设施5中的入水槽9，由于溢流高坝10的阻挡，水流经过第一次消能；当入水槽水面高过溢流高坝10时，入水槽9中水通过溢流高坝10缓缓地流入静水槽11，水流经过第二次消能，消除了薄层水流初始动能；当流入静水槽11的水位高过溢流低坝12时，这样就使得上方来水形成均匀、浅薄水流且导流在土槽1内土壤表面上，消除了降雨带来的溅蚀作用，使得试验数据更加准确、可靠反映地表薄层水流的冲刷作用；土槽1下方的有孔钢板8的孔洞更好的模拟了原始土壤的下垫面条件，提高了数据的准确度。
参见图1和图2，使用模拟薄层水流装置实验方法步骤如下：
根据实验要求，流量相同，设定不同的坡度值，可测定薄层水流流速、薄层水流厚度、坡面产流量、产沙量以及各化学物含量流失量，同时进行计算研究，得出相关结论；根据实验要求，坡度相同，设定不同的流量，可测定薄层水流流速、薄层水流厚度、坡面产流量、产沙量以及各化学物含量流失量，进行计算研究，得出相关结论；通过该装置还可观测在薄层水流作用下坡面土壤水入渗过程、化学物淋溶变化，进行计算研究，得出相关结论。
具体实施例：
使用本发明的模拟薄层水流装置。试验用土采自洞庭湖流域坡耕地表层土壤，属于第四纪红壤，其机械颗粒组成为粒径小于0.001mm占44.95％，粒径大于0.05mm占3.58％，粒径介于0.001mm和0.05mm之间占51.47％。试验用土采回后自然风干，然后分别过孔径5mm和2mm的土筛；用配置好的一定浓度的溴化钾溶液均匀喷洒于过孔径2mm筛的细土中，并充分搅拌，备用。土槽1填土前，在土槽1的底部铺上透水纱布，保证土壤充分透水性和透气性，以免增大水分入渗阻力；试验土层厚为30cm，填土时为了均匀，分三层填土，每层厚为10cm，下两层填装过孔径5mm筛的粗土，表层填装已喷洒溴化物溶液的细土。填土完成之后，通过坡度调节套筒3将土槽1的坡度调至设计试验度数，调试流量之后，开始试验。产流开始后，开始记录时间，分别在产流后，按照先密后疏原则，间隔1min或5min接一次径流样，每次接样时间为20s。试验结束后，称量泥水样品重量，取出澄清水样，用离子计测出水样溴离子浓度；剩余水样静止、澄清后，倾倒多余水，并用烘干法测出泥沙重量，最后计算径流量和产沙量。
本试验设定恒定流量为960ml/min；坡度分别设置6个水平：3°、5°、8°、10°、15°和20°；相同放水流量条件下，不同坡度初始产流时间不同，因此设定为产流时间28min后结束试验；每个处理重复3次，最后所有数据取其平均值。
Claims (6)
1.一种模拟薄层水流装置，其特征在于：土槽(1)一端为固定端，另一端为升降端，所述的土槽(1)的底部设有孔板，四周均由透明材料组成，所述的土槽(1)的固定端设置出水口(4)，所述的土槽(1)的升降端的底部设有坡度调节系统，所述的土槽(1)的升降端的上部设有水流消能简便设施(5)，所述的水流消能简便设施(5)形成薄层水流导入对应所述的土槽(1)内，所述的水流消能简便设施(5)连接有供水系统。
2.根据权利要求1所述的模拟薄层水流装置，其特征在于：所述的供水系统是在所述的土槽(1)的升降端上设有蓄水箱(2)，在所述的蓄水箱(2)内设有可控制流量水泵(7)，所述的可控制流量水泵(7)的出口通过输水橡皮管(6)与所述的水流消能简便设施(5)连接。
3.根据权利要求1或2所述的模拟薄层水流装置，其特征在于：所述的土槽(1)为长度为0.8m、宽度为0.3m、深度为0.45m的矩形槽，所述的土槽(1)四周的透明材料为厚度为3mm的有机玻璃，所述的土槽(1)的底部的孔板为5mm厚的有孔钢板(8)。
4.根据权利要求1或2所述的模拟薄层水流装置，其特征在于：所述的坡度调节系统使所述的土槽(1)坡度在0°～30°间变化。
5.根据权利要求1或2所述的模拟薄层水流装置，其特征在于：所述的坡度调节系统为坡度调节套筒(3)。
6.根据权利要求1或2所述的模拟薄层水流装置，其特征在于：所述的水流消能简便设施(5)的结构是临近所述的供水系统的一端设有入水槽(9)，临近所述的土槽(1)的一端设有静水槽(11)，在所述的入水槽(9)与所述的静水槽(11)之间设有溢流高坝(10)，所述的静水槽(11)与所述的土槽(1)之间设有溢流低坝(12)。
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