CN102590475B - 坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 - Google Patents
坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102590475B CN102590475B CN 201210027399 CN201210027399A CN102590475B CN 102590475 B CN102590475 B CN 102590475B CN 201210027399 CN201210027399 CN 201210027399 CN 201210027399 A CN201210027399 A CN 201210027399A CN 102590475 B CN102590475 B CN 102590475B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soil
- water
- soil bin
- test
- bin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法，它包括设有脚轮的底架、与底架相连的试验土槽，试验土槽设在底架的上方，试验土槽的一端与底架的一端部铰接、另一端设有与试验土槽相配合的水箱，试验土槽和底架之间设有液压杆，试验土槽和水箱之间设有稳流池，稳流池和水箱之间通过输水管连通，水箱的一侧设有输水管和水泵，水箱的下部连通有排水管，试验土槽的正前方设有三维激光扫描仪、正上方设有降雨器，试验土槽与底架铰接的端部设有与试验土槽连接的集流口；本发明具有能人工控制坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，模拟不同立地条件下土壤水蚀情况，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀的影响与响应机理的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种研究坡面水蚀的试验设备及其试验方法，尤其是涉及一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区，充填不同粒径组成的土壤，人工控制坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，从而能实现不同立地条件下土壤水蚀精确模拟，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理的坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。
背景技术
目前，公知的土壤水蚀模拟试验方法是在野外建立试验小区，在土质较为均一、坡度较为一致的坡面，根据试验需要量测不同坡长和宽度的矩形小区，使用石棉瓦等材料将所选区域同周围坡面隔开作为试验小区，在小区内种植所选植被或保持自然被覆，同时在坡面小区末端布设集流口、坡面径流量测装置。当试验小区所在区域发生降雨时，雨滴在重力作用下以一定速度撞击裸露于地表的土粒，使之松散分离并发生跃迁；随着降雨量的增加，试验小区地表形成薄层漫流，后由于微地形在坡面局部形成间断的跌坎，经径流的持续冲刷作用，逐渐形成为贯通试验小区的细沟，并最终发展为浅沟。降雨过程中通过对试验小区集水口处的流量与含沙量过程量测，研究坡面水蚀的侵蚀动力过程。
但是，野外下垫面条件较为复杂，土质、坡度、微地形、蚁穴、地表结皮等因素均能够对坡面水蚀结果产生较大影响，单个因素对土壤侵蚀动力过程的定量作用难以剥离；同时，由于试验条件难以精确控制，致使较为精确的对比试验难以开展，极大制约了土壤侵蚀过程与机理的深入研究；试验过程中仅对试验小区出口处的径流过程和输沙过程进行了观测，缺乏对集水区水动力过程的量测，很难揭示坡面水力侵蚀的动力过程；试验需在室外天然降雨条件下进行，受到天气因素的极大制约，难以全面研究不同降雨量和降雨强度条件对坡面水蚀过程的影响，且野外条件不利于试验参数的精确量测与采集；受现有试验条件和试验设备所限，较难实现对坡面水蚀过程侵蚀形态和侵蚀量的定量观测。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述传统试验观测技术的不足，提供一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区，充填不同粒径组成的土壤，人工控制坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，使其不仅能够对坡面试验小区的径流过程和输沙过程进行观测，而且能够较为精确地控制各下垫面条件，按需调节试验土槽坡度、降雨量、降雨强度和坡面上部汇入径流量，观测沿坡径流的水动力条件变化过程，减少随机因素对试验过程的影响，提高坡面水蚀的侵蚀形态和侵蚀量测量精度的坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。
本发明的目的是这样实现的：一种坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮的底架、与底架相连的试验土槽，所述的试验土槽设置在底架的上方，所述的试验土槽的一端与底架的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽相配合的水箱，所述的试验土槽和底架之间设置有控制试验土槽升降的液压杆，所述的试验土槽和水箱之间设置有稳流池，所述的稳流池和水箱之间通过输水管连通，所述的水箱的一侧设置有与水箱连通的输水管和与输水管连通的水泵，所述的水箱的下部连通有排水管，所述的试验土槽的正前方设置有三维激光扫描仪、正上方设置有降雨器，所述的试验土槽与底架铰接的端部设置有与试验土槽连接的集流口。
所述的试验土槽的一侧设置有测量扶梯。
所述的三维激光扫描仪与试验土槽之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪的扫描范围能够覆盖整个试验土槽坡面。
所述的降雨器与试验土槽之间设置有降雨距离，所述的降雨器降落的雨滴的终速能够达到匀速状态。
所述的液压杆的固定端铰接在底架的中部、自由端铰接在试验土槽的下部。
所述的稳流池和所述的水箱之间的输水管上设置有阀门。
所述的水箱内设置有控制水箱水头的溢流板。
利用所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨坡面水蚀试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，（置于试验土槽内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽内土壤容重确定试验土槽的坡度和降雨器模拟降雨的时长与强度，使用液压杆将试验土槽的坡度调整至试验所需的坡度，调节降雨器的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽上设置5个等距的观测面，然后向试验土槽内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开降雨器使降雨器按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口处使用水桶量测试验土槽内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪对试验土槽内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
利用所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟径流冲刷试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽内土壤容重确定试验土槽的坡度、模拟时长和模拟冲刷流量，使用液压杆将试验土槽的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵向水箱蓄水至水箱内水头恒定，调节阀门并对放水流量进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽上设置5个等距的观测面，然后向试验土槽内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池使稳流池内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽内土壤坡面，从试验土槽内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口处使用水桶量测试验土槽内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪对试验土槽内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
利用所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨和径流冲刷耦合试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽内土壤容重确定试验土槽的坡度、模拟时长、模拟降雨强度和模拟冲刷流量，使用液压杆将试验土槽的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵向水箱蓄水至水箱内水头恒定，调节阀门并对放水流量进行率定，调节降雨器的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽上设置5个等距的观测面，然后向试验土槽内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池使稳流池内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽内土壤坡面，打开降雨器使降雨器按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口处使用水桶量测试验土槽内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪对试验土槽内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
本发明具有以下积极的效果：本发明坡面水蚀精细模拟试验装置由设置有脚轮的底架、与底架相连的试验土槽、设置在试验土槽正上方的降雨器、正前方的三维激光扫描仪、水箱、液压杆等组成，可以满足人工模拟降雨坡面水蚀试验、人工模拟径流冲刷试验和人工模拟降雨和径流冲刷耦合试验的需求，使研究人员不用深入到野外就能完成研究实验，保证了研究人员的安全性；能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区，在试验土槽内充填不同粒径组成的土壤，人工控制填充坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，从而能够实现不同立地条件下土壤水蚀精确模拟，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理，进而使研究更精确、更方便、更快捷，能缩短试验的周期；所述的试验土槽的一侧设置有测量扶梯，保证研究人员在试验时的人身安全；所述的试验土槽与底架铰接，并且在两者之间设置有液压杆，这样通过液压杆能控制试验土槽的坡度，使试验土槽能根据不同试验需求调整坡度；所述的水箱内设置有溢流板，该溢流板能控制水箱内的水头，进而在工作时能保持水箱内的水头恒定；另外，本发明的坡面水蚀精细模拟试验装置能够方便的移动，便于该实验装置的转场和存放。
附图说明
图1是坡面水蚀精细模拟试验装置的结构示意图。
图2是坡面水蚀精细模拟试验装置的主体的结构示意图。
图3是坡面水蚀模拟试验装置的水箱的结构图。
图中：1、底架 2、三维激光扫描仪 3、降雨器 4、水泵 5、输水管 6、排水管 7、水箱 8、阀门 9、稳流池 10、试验土槽 11、第一观测面 12、第二观测面 13、第三观测面 14、第四观测面 15、第五观测面 16、集流口 17、测量扶梯 18、液压杆 19、脚轮 20、溢流板。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1、图2所示，一种坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮19的底架1、与底架1相连的试验土槽10，所述的试验土槽10设置在底架1的上方，所述的试验土槽10的一端与底架1的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽10相配合的水箱7，所述的试验土槽10和底架1之间设置有控制试验土槽10升降的液压杆18，所述的试验土槽10和水箱7之间设置有稳流池9，所述的稳流池9和水箱7之间通过输水管5连通，所述的水箱7的一侧设置有与水箱7连通的输水管5和与输水管5连通的水泵4，所述的水箱7的下部连通有排水管6，所述的试验土槽10的正前方设置有三维激光扫描仪2、正上方设置有降雨器3，所述的试验土槽10与底架1铰接的端部设置有与试验土槽10连接的集流口16。
所述的试验土槽10的一侧设置有测量扶梯17。
所述的三维激光扫描仪2与试验土槽10之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪2的扫描范围能够覆盖整个试验土槽10坡面。
所述的降雨器3与试验土槽10之间设置有降雨距离，所述的降雨器3降落的雨滴的终速能够达到匀速状态。
所述的液压杆18的固定端铰接在底架1的中部、自由端铰接在试验土槽10的下部。
利用实施例1所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨坡面水蚀试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度和降雨器3模拟降雨的时长与强度，使用液压杆18将试验土槽10的坡度调整至试验所需的坡度，调节降雨器3的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开降雨器3使降雨器3按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
在试验结束后，水箱7内的水通过排水管6排出，借助外力与脚轮19配合移动本发明装置，便于本发明装置的存放和转场。
实施例2
如图1、图2、图3所示，一种坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮19的底架1、与底架1相连的试验土槽10，所述的试验土槽10设置在底架1的上方，所述的试验土槽10的一端与底架1的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽10相配合的水箱7，所述的试验土槽10和底架1之间设置有控制试验土槽10升降的液压杆18，所述的试验土槽10和水箱7之间设置有稳流池9，所述的稳流池9和水箱7之间通过输水管5连通，所述的水箱7的一侧设置有与水箱7连通的输水管5和与输水管5连通的水泵4，所述的水箱7的下部连通有排水管6，所述的试验土槽10的正前方设置有三维激光扫描仪2、正上方设置有降雨器3，所述的试验土槽10与底架1铰接的端部设置有与试验土槽10连接的集流口16。
所述的试验土槽10的一侧设置有测量扶梯17。
所述的三维激光扫描仪2与试验土槽10之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪2的扫描范围能够覆盖整个试验土槽10坡面。
所述的降雨器3与试验土槽10之间设置有降雨距离，所述的降雨器3降落的雨滴的终速能够达到匀速状态。
所述的液压杆18的固定端铰接在底架1的中部、自由端铰接在试验土槽10的下部。
所述的稳流池9和所述的水箱7之间的输水管5上设置有阀门8。
所述的水箱7内设置有控制水箱7水头的溢流板20。
利用实施例2所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟径流冲刷试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度、模拟时长和模拟冲刷流量，使用液压杆18将试验土槽10的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵4向水箱7蓄水至水箱7内水头恒定，调节阀门8并对放水流量进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池9使稳流池9内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽10内土壤坡面，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
利用实施例2所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨和径流冲刷耦合试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度、模拟时长、模拟降雨强度和模拟冲刷流量，使用液压杆18将试验土10的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵4向水箱7蓄水至水箱7内水头恒定，调节阀门8并对放水流量进行率定，调节降雨器3的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池9使稳流池9内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽10内土壤坡面，打开降雨器3使降雨器3按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
在试验结束后，水箱7内的水通过排水管6排出，借助外力与脚轮19配合移动本发明装置，便于本发明装置的存放和转场。
实施例3
如图1、图2、图3所示，一种坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮19的底架1、与底架1相连的试验土槽10，所述的试验土槽10设置在底架1的上方，所述的试验土槽10的一端与底架1的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽10相配合的水箱7，所述的试验土槽10和底架1之间设置有控制试验土槽10升降的液压杆18，所述的试验土槽10和水箱7之间设置有稳流池9，所述的稳流池9和水箱7之间通过输水管5连通，所述的水箱7的一侧设置有与水箱7连通的输水管5和与输水管5连通的水泵4，所述的水箱7的下部连通有排水管6，所述的试验土槽10的正前方设置有三维激光扫描仪2、正上方设置有降雨器3，所述的试验土槽10与底架1铰接的端部设置有与试验土槽10连接的集流口16。
所述的试验土槽10的一侧设置有测量扶梯17。
所述的三维激光扫描仪2与试验土槽10之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪2的扫描范围能够覆盖整个试验土槽10坡面。
所述的降雨器3与试验土槽10之间设置有降雨距离，所述的降雨器3降落的雨滴的终速能够达到匀速状态。
所述的液压杆18的固定端铰接在底架1的中部、自由端铰接在试验土槽10的下部。
所述的稳流池9和所述的水箱7之间的输水管5上设置有阀门8。
所述的水箱7内设置有控制水箱7水头的溢流板20。
利用实施例3所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨坡面水蚀试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度和降雨器3模拟降雨的时长与强度，使用液压杆18将试验土槽10的坡度调整至试验所需的坡度，调节降雨器3的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开降雨器3使降雨器3按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
利用实施例3所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟径流冲刷试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度、模拟时长和模拟冲刷流量，使用液压杆18将试验土槽10的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵4向水箱7蓄水至水箱7内水头恒定，调节阀门8并对放水流量进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池9使稳流池9内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽10内土壤坡面，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
利用实施例3所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨和径流冲刷耦合试验的方法，其步骤如下：
步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽10内分层充填、压实并控制土壤容重；
步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽10内土壤容重确定试验土槽10的坡度、模拟时长、模拟降雨强度和模拟冲刷流量，使用液压杆18将试验土10的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵4向水箱7蓄水至水箱7内水头恒定，调节阀门8并对放水流量进行率定，调节降雨器3的降雨强度并对降雨强度进行率定；
步骤3：在步骤1中装填有土的试验土槽10上设置第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，5个等距观测面，然后向试验土槽10内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
步骤4：打开稳流池9使稳流池9内的水以步骤2所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽10内土壤坡面，打开降雨器3使降雨器3按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽10内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的第一观测面11、第二观测面12、第三观测面13、第四观测面14和第五观测面15，这5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽10内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口16处使用水桶量测试验土槽10内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪2对试验土槽10内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算试验土槽10内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
在试验结束后，水箱7内的水通过排水管6排出，借助外力与脚轮19配合移动本发明装置，便于本发明装置的存放和转场。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包括这些改动和变型。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (1)
1.一种利用坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨和径流冲刷耦合试验的方法，其特征在于：
所述的坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮的底架、与底架相连的试验土槽，所述的试验土槽设置在底架的上方，所述的试验土槽的一端与底架的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽相配合的水箱，所述的试验土槽和底架之间设置有控制试验土槽升降的液压杆，所述的试验土槽和水箱之间设置有稳流池，所述的稳流池和水箱之间通过输水管连通，所述的水箱的一侧设置有与水箱连通的输水管和与输水管连通的水泵，所述的水箱的下部连通有排水管，所述的试验土槽的正前方设置有三维激光扫描仪、正上方设置有降雨器，所述的试验土槽与底架铰接的端部设置有与试验土槽连接的集流口；所述的试验土槽的一侧设置有测量扶梯；所述的三维激光扫描仪与试验土槽之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪的扫描范围能够覆盖整个试验土槽坡面；所述的降雨器与试验土槽之间设置有降雨距离，所述的降雨器降落的雨滴的终速能够达到匀速状态；所述的液压杆的固定端铰接在底架的中部、自由端铰接在试验土槽的下部；所述的稳流池和所述的水箱之间的输水管上设置有阀门；所述的水箱内设置有控制水箱水头的溢流板；
其步骤如下：
1）根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，置于试验土槽内分层充填、压实并控制土壤容重；
2）根据步骤1） 装填在试验土槽内土壤容重确定试验土槽的坡度、模拟时长、模拟降雨强度和模拟冲刷流量，使用液压杆将试验土槽的坡度调整至试验所需的坡度，打开水泵向水箱蓄水至水箱内水头恒定，调节阀门并对放水流量进行率定，调节降雨器的降雨强度并对降雨强度进行率定；
3）在步骤1）中装填有土的试验土槽上设置5个等距的观测面，然后向试验土槽内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；
4）打开稳流池使稳流池内的水以步骤2）所设定的率定流量平稳均匀地流至试验土槽内土壤坡面，打开降雨器使降雨器按照步骤2）设定的率定雨强进行连续降雨，从试验土槽内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3）设置的5个等距观测面处使用染色剂法测量断面流速，使用钢尺测量试验土槽内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口处使用水桶量测试验土槽内试验小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量，直至径流过程和输沙过程趋于稳定时停止试验；
5）在整个试验过程中使用三维激光扫描仪对试验土槽内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4）测得的试验数据，精确测算试验土槽内土壤坡面水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210027399 CN102590475B (zh) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | 坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210027399 CN102590475B (zh) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | 坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102590475A CN102590475A (zh) | 2012-07-18 |
| CN102590475B true CN102590475B (zh) | 2013-10-16 |
Family
ID=46479405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201210027399 Active CN102590475B (zh) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | 坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102590475B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510552A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-04-20 | 沈阳农业大学 | 一种获取土壤壤中流的模拟试验装置 |
| RU216436U1 (ru) * | 2022-10-02 | 2023-02-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Кювета для отбора почвенного монолита и исследования его эрозионной стойкости в эрозионном лотке |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102980988B (zh) * | 2012-11-22 | 2015-11-11 | 重庆大学 | 紫色土坡耕地污染物迁移转化过程模拟装置 |
| CN103207142B (zh) * | 2013-03-24 | 2015-09-30 | 长安大学 | 可调坡比式边坡冲刷试验车 |
| CN103245772B (zh) * | 2013-05-13 | 2015-03-25 | 湖南大学 | 一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置 |
| CN104280528A (zh) * | 2013-07-01 | 2015-01-14 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 地表径流模拟系统 |
| CN103616495B (zh) * | 2013-12-02 | 2017-01-25 | 安徽理工大学 | 一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置 |
| CN103884827B (zh) * | 2014-01-13 | 2015-08-26 | 四川大学 | 适用于土石边坡的磁场力-渗透力模型试验装置 |
| CN103954740B (zh) * | 2014-04-11 | 2016-01-20 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验方法及系统 |
| CN104008689B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-05-25 | 山东科技大学 | 用于坡面水流多流向及流量分配算法的模拟实验台 |
| CN104374894B (zh) * | 2014-06-13 | 2016-10-26 | 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 | 小流域不同地貌单元水蚀过程精细模拟试验方法 |
| CN104316672B (zh) * | 2014-10-22 | 2016-09-14 | 西安理工大学 | 基于自适应水平走道的可变宽度坡面土壤侵蚀模型装置 |
| CN104569349A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-04-29 | 东北大学 | 一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置 |
| CN105043910B (zh) * | 2015-07-14 | 2017-10-27 | 同济大学 | 一种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置 |
| CN105223335B (zh) * | 2015-09-30 | 2017-06-20 | 四川大学 | 隧洞影响区植被生长用水测试方法 |
| CN105372140A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-02 | 西安科技大学 | 一种评价土壤抗冲刷能力的装置及方法 |
| CN105301223B (zh) * | 2015-11-12 | 2017-06-16 | 重庆大学 | 一种便捷式实时监测水土流失模拟试验方法 |
| CN105699628A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-22 | 吉林大学 | 集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统 |
| CN106198209B (zh) * | 2016-06-22 | 2018-07-06 | 西安科技大学 | 一种围压状态下软土层滑坡灾害模拟试验方法 |
| CN106198256B (zh) * | 2016-06-22 | 2018-05-01 | 西安科技大学 | 一种土体剪切带扩展过程观测方法 |
| CN105891016B (zh) * | 2016-06-22 | 2018-07-03 | 西安科技大学 | 一种围压状态下土体剪切带扩展过程观测方法 |
| CN105954497B (zh) * | 2016-06-22 | 2018-07-06 | 西安科技大学 | 一种软土层滑坡灾害模拟试验方法 |
| CN106596897B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-04-26 | 河海大学 | 测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置及方法 |
| CN106932326B (zh) * | 2017-05-11 | 2023-09-19 | 湘潭大学 | 一种室内坡面渗流试验模型槽及试验方法 |
| CN107340381B (zh) * | 2017-07-26 | 2023-04-14 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 一种研究沟头侵蚀的移动试验装置及其试验方法 |
| CN107621438B (zh) * | 2017-10-12 | 2020-08-11 | 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 | 一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法 |
| CN108152056B (zh) * | 2018-01-19 | 2024-04-26 | 西北农林科技大学 | 一种山地履带拖拉机综合试验平台 |
| CN108303518A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-20 | 西北农林科技大学 | 一种可移动水土流失试验装置 |
| CN108507894B (zh) * | 2018-04-26 | 2019-11-26 | 四川大学 | 一种模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统及测试方法 |
| CN108896733B (zh) * | 2018-05-19 | 2020-10-13 | 汪德日 | 一种水土流失监测模拟试验装置 |
| CN109100300A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-12-28 | 三峡大学 | 一种模拟风化泥岩边坡侵蚀的试验装置及方法 |
| CN108956946B (zh) * | 2018-06-26 | 2023-09-19 | 中国矿业大学 | 模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置及方法 |
| CN109253937A (zh) * | 2018-08-18 | 2019-01-22 | 中山大学 | 一种可变坡度的大角度边坡模拟冲刷试验水槽 |
| CN109406757A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-01 | 西北农林科技大学 | 高陡边坡水土流失野外模拟测试系统及其操作方法 |
| CN110095366A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-06 | 三峡大学 | 一种接触冲刷试验装置及试验方法 |
| CN110244019A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-09-17 | 北京林业大学 | 一种径流实验车及土壤水出流观测系统 |
| CN110398581B (zh) * | 2019-07-26 | 2022-04-12 | 李宝玉 | 高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置 |
| CN110632277B (zh) * | 2019-09-20 | 2020-07-28 | 中国农业大学 | 一种测量集中水流输沙能力的方法及装置 |
| CN111487391A (zh) * | 2020-04-14 | 2020-08-04 | 河海大学 | 一种模拟季节性变化下土壤氮胶体入湖的实验装置 |
| CN111474086A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-31 | 三峡大学 | 一种岸坡土体冲刷起动的试验装置及方法 |
| CN112630413B (zh) * | 2021-01-07 | 2024-05-24 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法 |
| CN112881646A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-06-01 | 西北农林科技大学 | 一种测定降雨雨滴打击影响坡面薄层流阻力的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101285731A (zh) * | 2008-06-04 | 2008-10-15 | 中国农业大学 | 一种模拟水流运动规律的测试系统 |
| CN101661030A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-03-03 | 中山大学 | 一种边坡抗冲刷室内模型试验设备 |
| CN201556340U (zh) * | 2009-03-09 | 2010-08-18 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种移动式可调降雨模拟器 |
| CN201697911U (zh) * | 2010-03-05 | 2011-01-05 | 四川农业大学 | 一种改进的土壤冲刷试验装置 |
| CN201740777U (zh) * | 2010-04-06 | 2011-02-09 | 长江水利委员会长江科学院 | 坡面土壤侵蚀快速测定系统 |
-
2012
- 2012-02-08 CN CN 201210027399 patent/CN102590475B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101285731A (zh) * | 2008-06-04 | 2008-10-15 | 中国农业大学 | 一种模拟水流运动规律的测试系统 |
| CN201556340U (zh) * | 2009-03-09 | 2010-08-18 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种移动式可调降雨模拟器 |
| CN101661030A (zh) * | 2009-09-15 | 2010-03-03 | 中山大学 | 一种边坡抗冲刷室内模型试验设备 |
| CN201697911U (zh) * | 2010-03-05 | 2011-01-05 | 四川农业大学 | 一种改进的土壤冲刷试验装置 |
| CN201740777U (zh) * | 2010-04-06 | 2011-02-09 | 长江水利委员会长江科学院 | 坡面土壤侵蚀快速测定系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 申震洲.黄土坡面径流能耗与土壤剥蚀率影响因子.《中国水土保持科学》.2009,第7卷(第6期),9－13. |
| 细沟侵蚀过程的双土槽试验研究;肖培青;《人民黄河》;20021231;第24卷(第2期);22－23 * |
| 肖培青.细沟侵蚀过程的双土槽试验研究.《人民黄河》.2002,第24卷(第2期),22－23. |
| 黄土坡面径流能耗与土壤剥蚀率影响因子;申震洲;《中国水土保持科学》;20091231;第7卷(第6期);9－13 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510552A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-04-20 | 沈阳农业大学 | 一种获取土壤壤中流的模拟试验装置 |
| RU216436U1 (ru) * | 2022-10-02 | 2023-02-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Кювета для отбора почвенного монолита и исследования его эрозионной стойкости в эрозионном лотке |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102590475A (zh) | 2012-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102590475B (zh) | 坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 | |
| CN104374894B (zh) | 小流域不同地貌单元水蚀过程精细模拟试验方法 | |
| CN102590474B (zh) | 坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置及其试验方法 | |
| Aksoy et al. | A rainfall simulator for laboratory-scale assessment of rainfall-runoff-sediment transport processes over a two-dimensional flume | |
| Dunkerley | Hydrologic effects of dryland shrubs: defining the spatial extent of modified soil water uptake rates at an Australian desert site | |
| Bennett et al. | Experiments on headcut growth and migration in concentrated flows typical of upland areas | |
| CN103885095B (zh) | 面均匀降雨场模拟装置 | |
| Armstrong et al. | Variability of interrill erosion at low slopes | |
| Grismer | Standards vary in studies using rainfall simulators to evaluate erosion | |
| CN103439236A (zh) | 透水性混凝土路面堵塞试验模拟装置与方法 | |
| CN110308084B (zh) | 模拟透水砖真实工作环境及透水系数变化的实时测量装置 | |
| CN107621438B (zh) | 一种坡面地形演变与水蚀过程耦合的动态监测方法 | |
| CN104596736A (zh) | 一种降雨积水模拟系统及方法 | |
| CN108320654A (zh) | 水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置及运行方法 | |
| Wakiyama et al. | Estimation of temporal variation in splash detachment in two Japanese cypress plantations of contrasting age | |
| CN201697855U (zh) | 一种降雨侵蚀监测槽 | |
| CN203414388U (zh) | 透水性混凝土路面堵塞试验模拟装置 | |
| CN103983480B (zh) | 一种可移动式径流泥沙不同空间分布含沙量监测装置 | |
| Kesgin et al. | Rainfall simulator for investigating sports field drainage processes | |
| CN210322718U (zh) | 模拟透水砖真实工作环境及透水系数变化的实时测量装置 | |
| CN210243653U (zh) | 一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置 | |
| CN107560960A (zh) | 一种测量细粒土耐溅蚀能力的装置及方法 | |
| Uchida et al. | Sediment yield on a devastated hill in southern China: effects of microbiotic crust on surface erosion process | |
| Sukhanovskii et al. | Assessment of the soil infiltration capacity using a portable rain simulator | |
| CN114878399A (zh) | 一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |