CN102680661A - 一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施 - Google Patents
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Abstract
一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，坡面实验场的边界上设有横向围墙、地表径流及土壤侧渗水收集装置和左右两列纵向围墙，横向围墙、地表径流及土壤侧渗水收集装置和左右两列纵向围墙闭合围拢成实验农田；横向围墙位于坡面实验场的上缘，纵向围墙沿坡面实验场的坡面延伸至地表径流及土壤侧渗水收集装置；地表径流及土壤侧渗水收集装置与坡面实验场的地表径流流向垂直，设置于坡面实验场的下缘，并且与坡面实验场同宽；分流池和集水箱位于地表径流及土壤侧渗水收集装置的下坡向。本发明同时满足降雨和融雪条件下的水文过程、水土流失的野外观测，可以有效抵抗土壤冻胀损害，保证实验场的正常运行。
Description
技术领域
本发明专利涉及在季节性冻融地区研究降雨或融雪条件下水文过程-营养物运移规律的野外观测的技术领域，尤其是涉及一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施。
背景技术
径流实验场是定量研究流域或坡地水文过程和土壤侵蚀过程的关键科研设施和观测手段，由此得到的基础观测资料对于小尺度水土流失规律的研究进而扩展到区域水土流失的防治具有重要作用。径流实验场的修建受地形、气候等条件的约束，因而不同地区径流实验场的设计方案也不尽相同。传统的径流实验场设计中边界、集流槽、集水箱采用混凝土材料，由于存在冻胀变形现象，很难满足我国北方季节性冻融地区的使用条件，而其多空胶凝的结构又不可避免造成水分渗漏损失，使观测数据误差增加。传统的径流实验场大多关注坡面径流的观测，而对渗透进入包气带后水的横向迁移关注较少，有的实验场在土壤剖面对侧渗水进行了集总式收集，但缺乏必要的分层取样处理，由于随着土层深度增加土壤微结构的变化会影响到土壤水的运移过程，这就需要针对不同深度的土壤侧渗水运移的研究进行区别对待。一般的径流实验场的观测项目集中在降雨、地表产流、土壤侵蚀、径流冲刷等，而很少涉及到土壤中营养物在水文过程驱动下的运移和流失。随着我国生态农业的发展以及农业非点源污染状况的持续恶化，在传统径流实验场观测实验中增加农田景观单元尺度营养物迁移规律的相关观测项目势在必行。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，包括至少一级坡面实验场系统；
每级所述坡面实验场系统包括坡面实验场、地表径流及土壤侧渗水收集装置、分流池和集水箱；所述坡面实验场的边界上设有横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和左右两列纵向围墙，所述横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和所述左右两列纵向围墙闭合围拢成实验农田；所述横向围墙位于所述坡面实验场的上缘，所述纵向围墙沿所述坡面实验场的坡面延伸至所述地表径流及土壤侧渗水收集装置；所述地表径流及土壤侧渗水收集装置与所述坡面实验场的地表径流流向垂直，设置于所述坡面实验场的下缘，并且与所述坡面实验场同宽；所述分流池和所述集水箱位于所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的下坡向。
所述地表径流及土壤侧渗水收集装置包括地表径流集流槽和土壤侧渗水收集槽，所述地表径流集流槽经由地表径流出流口和连接硬管与所述分流池和所述集水箱连通。
所述地表径流及土壤侧渗水收集装置多层设计，层数及每层深度根据实验要求和现场条件设定，第一层为所述地表径流集流槽，以下各层为所述土壤侧渗水收集槽，所述土壤侧渗水收集槽通过土壤侧渗水出流口与承接容器连通。
所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的层与层的连接采用卡扣设计，对土壤横向和纵向冻胀起缓冲作用。
所述横向围墙和所述纵向围墙由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm；
所述分流池使用5孔分流设计，所述分流池与所述集水箱底部均安装用于排水的球型阀门。
所述分流池设置5个同高度同流量的分流孔，其中一个连通到所述集水箱，所述分流池内液面高于所述分流孔的下沿时，承接的地表径流的1/5进入所述集水箱。
还包括底座，所述分流池和所述集水箱并排设置在所述底座上，所述分流池的墙壁、所述集水箱的墙壁和所述底座的内部均加设不同密度的起加固作用的钢筋网，并且对土壤垂向冻胀作用起缓冲作用。
所述底座中设置两层钢筋，所述两层钢筋网状布置并设置分缝；所述分流池的墙壁和所述集水箱的墙壁中设置单层钢筋网，内衬单层防水布。
所述分流池和所述集水箱均设置盖板，防止雨水或融雪混入。
本发明涉及一种适用于季节性冻融地区研究降雨或融雪条件下水文过程-营养物运移规律的野外观测径流实验场的设施，主要应用于在冻融循环存在的区域进行田间水文过程和营养物运移的观测实验。
本发明针对传统径流实验场存在的不足和问题，结合我国北方冻土区特殊的自然条件，提出一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，以实现在上述区域开展土壤流失、生态水文过程及营养物运移等研究工作。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供了一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，同时满足降雨和融雪条件下的水文过程、水土流失的野外观测，可以有效抵抗土壤冻胀损害，保证实验场的正常运行。
2.本发明提供了一种分层收集土壤侧渗水样的装置，层数及每层深度可根据实验要求和现场条件进行设定，便于对壤中流进行实时观测研究。
3.本发明提供了一种研究农田尺度土壤营养物运移规律的有效手段，通过对地表径流及土壤侧渗水的收集，可以实现对表层土壤营养物溶出和次表层土壤营养物运移的观测。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为图1的A-A视图；
图3为图1的B局部放大图；
图4为图3的A-A视图；
图5为图3的B-B视图；
图6为本发明的配筋表。
其中，1、边界 2、实验农田 3、地表径流及土壤侧渗水收集装置 4、分流池 5、集水箱 6、地表径流出流口 7、分流池与集水箱连接硬管 8、地表径流集流槽 9、土壤侧渗水收集槽 10、分流孔 11、球型阀门 12、土壤侧渗水出流口 13、钢筋网。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图5所示的一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，包括至少一级坡面实验场系统；每级所述坡面实验场系统包括坡面实验场、地表径流及土壤侧渗水收集装置、分流池和集水箱；所述坡面实验场的边界上设有横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和左右两列纵向围墙，所述横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和所述左右两列纵向围墙闭合围拢成实验农田；所述横向围墙位于所述坡面实验场的上缘，所述纵向围墙沿所述坡面实验场的坡面延伸至所述地表径流及土壤侧渗水收集装置；所述地表径流及土壤侧渗水收集装置与所述坡面实验场的地表径流流向垂直，设置于所述坡面实验场的下缘，并且与所述坡面实验场同宽；所述分流池和所述集水箱位于所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的下坡向；所述地表径流及土壤侧渗水收集装置包括地表径流集流槽和土壤侧渗水收集槽，所述地表径流集流槽经由地表径流出流口和连接硬管与所述分流池和所述集水箱连通；所述地表径流及土壤侧渗水收集装置多层设计，层数及每层深度根据实验要求和现场条件设定，第一层为所述地表径流集流槽，以下各层为所述土壤侧渗水收集槽，所述土壤侧渗水收集槽通过土壤侧渗水出流口与承接容器连通。在更加优选的实施例中，所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的层与层的连接采用卡扣设计，对土壤横向和纵向冻胀起缓冲作用；所述横向围墙和所述纵向围墙由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm；所述分流池使用5孔分流设计，所述分流池与所述集水箱底部均安装用于排水的球型阀门；所述分流池设置5个同高度同流量的分流孔，其中一个连通到所述集水箱，所述分流池内液面高于所述分流孔的下沿时，承接的地表径流的1/5进入所述集水箱。在更加优选的实施例中，所述适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施还包括底座，所述分流池和所述集水箱并排设置在所述底座上，所述分流池的墙壁、所述集水箱的墙壁和所述底座的内部均加设不同密度的起加固作用的钢筋网，并且对土壤垂向冻胀作用起缓冲作用；所述底座中设置两层钢筋，所述两层钢筋网状布置并设置分缝；所述分流池的墙壁和所述集水箱的墙壁中设置单层钢筋网，内衬单层防水布；所述分流池和所述集水箱均设置盖板，防止雨水或融雪混入。
详细说：
如图1所示，一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，主要由实验场边界、地表径流及土壤侧渗水收集装置、分流池、集水箱组成。其中边界由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm，横向围墙位于坡面上缘，纵向围墙沿实验场坡面延伸至地表径流及土壤侧渗水收集装置，相邻实验场围墙顺坡度呈阶梯状；地表径流及土壤侧渗水收集装置与地表径流流向垂直，设置于坡面下缘，与实验场同宽，多层设计，地表径流集流槽经由出流口和硬管与分流池和集水箱连接；分流池与集水箱位于地表径流及土壤侧渗水收集装置的下坡向，并排设置，分流池使用5孔分流设计，分流池与集水箱底部均安装球型阀门用于排水。
如图2所示，地表径流及土壤侧渗水收集装置多层设计，层数及每层深度可根据实验要求和现场条件设定，第一层为地表径流集流槽，通过出流口与分流池、集水箱连接，以下多层为土壤侧渗水收集装置，通过出流口与承接容器连接，地表径流及土壤侧渗水收集装置层与层的连接采用卡扣设计，对土壤横向和纵向冻胀起缓冲作用。
如图3、4、5、6所示，分流池和集水箱容器壁均加筋处理，底座两层钢筋网状布置并设置分缝，墙体单层钢筋网，内衬单层防水布，分流池和集水箱均设置木质盖板，防止雨水或融雪混入。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于，包括至少一级坡面实验场系统；
每级所述坡面实验场系统包括坡面实验场、地表径流及土壤侧渗水收集装置、分流池和集水箱；所述坡面实验场的边界上设有横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和左右两列纵向围墙，所述横向围墙、所述地表径流及土壤侧渗水收集装置和所述左右两列纵向围墙闭合围拢成实验农田；所述横向围墙位于所述坡面实验场的上缘，所述纵向围墙沿所述坡面实验场的坡面延伸至所述地表径流及土壤侧渗水收集装置；所述地表径流及土壤侧渗水收集装置与所述坡面实验场的地表径流流向垂直，设置于所述坡面实验场的下缘，并且与所述坡面实验场同宽；所述分流池和所述集水箱位于所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的下坡向。
2.根据权利要求1所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述地表径流及土壤侧渗水收集装置包括地表径流集流槽和土壤侧渗水收集槽，所述地表径流集流槽经由地表径流出流口和连接硬管与所述分流池和所述集水箱连通。
3.根据权利要求2所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述地表径流及土壤侧渗水收集装置多层设计，层数及每层深度根据实验要求和现场条件设定，第一层为所述地表径流集流槽，以下各层为所述土壤侧渗水收集槽，所述土壤侧渗水收集槽通过土壤侧渗水出流口与承接容器连通。
4.根据权利要求3所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述地表径流及土壤侧渗水收集装置的层与层的连接采用卡扣设计，对土壤横向和纵向冻胀起缓冲作用。
5.根据权利要求1所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述横向围墙和所述纵向围墙由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm。
6.根据权利要求1所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述分流池使用5孔分流设计，所述分流池与所述集水箱底部均安装用于排水的球型阀门。
7.根据权利要求6所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述分流池设置5个同高度同流量的分流孔，其中一个连通到所述集水箱，所述分流池内液面高于所述分流孔的下沿时，承接的地表径流的1/5进入所述集水箱。
8.根据权利要求1所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：还包括底座，所述分流池和所述集水箱并排设置在所述底座上，所述分流池的墙壁、所述集水箱的墙壁和所述底座的内部均加设不同密度的起加固作用的钢筋网，并且对土壤垂向冻胀作用起缓冲作用。
9.根据权利要求8所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述底座中设置两层钢筋，所述两层钢筋网状布置并设置分缝；所述分流池的墙壁和所述集水箱的墙壁中设置单层钢筋网，内衬单层防水布。
10.根据权利要求1所述的适用于季节性冻融地区野外观测径流实验场的设施，其特征在于：所述分流池和所述集水箱均设置盖板，防止雨水或融雪混入。
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