CN105158442A - 一种移动式降雨模拟集流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动式降雨模拟集流装置，包括底部具有万向轮的承载车、多组坡位支架、多个径流小区、集流桶、导流管；承载车包括前壁、两侧板、后板以及用于收集雨水的底厢；底厢为双层结构，包括上层板和下层板，底厢的上层板为多孔板，底厢的下层板设有雨水出水口，雨水出水口连接雨水回收管；多组坡位支架位于底厢的上层板上；径流小区的后端位于坡位支架上，径流小区的前端与前壁抵接，径流小区的前端设有导流孔，导流孔与导流管一端连接，导流管的另一端从前壁的上方伸出，从前壁的上方伸出的导流管的另一端的下方设有集流桶。本发明所述降雨模拟集流装置具有重量轻、携带方便、快速移动、耐腐蚀且不易生锈等优点。

Description

一种移动式降雨模拟集流装置

技术领域

本发明涉及一种自然降雨或模拟降雨条件下径流与泥沙产生过程观测用的装置，尤其涉及一种含有多组径流小区的移动式降雨模拟集流装置。

背景技术

由降雨形成的径流及泥沙的输移是造成水土流失及其危害的一个重要因素。降雨能直接打击土壤，形成击溅侵烛，降雨到地表形成地表径流，冲刷土体，改变土壤内部的一些特征。为了研究降雨对土地生产力和生态环境的影响，以及不同水土保持措施对其的影响，径流小区观测是水土保持观测试验的重要方法之一，是从微观尺度上研究测验径流及泥沙的主要手段。

径流小区试验最初由美国密苏里农业试验站人员于1917年创建，近年来径流小区与人工模拟降雨相结合的测试手段在国内外得到广泛应用。中国水利部颁布实施的《水土保持监测技术规程》(SL277-2002)，把径流小区做为不同类型区水蚀地面监测的一种主要设施，用以监测水土流失量，其面积小，坡度、植被、土壤等地表情况容易掌握，便于控制测试。但一般单一建设的固定径流小区无法满足实验要求，误差较大而且对于一个固定的径流小区，其坡度是单一坡度；如果进行多个坡度的径流测定，加上设置重复，则需要设置多个固定径流小区。设置多个径流小区，不仅占用土地多，而且建设投资大，更为重要的是径流小区建设对当地生态景观造成破坏，造成一定的水土流失，给不同坡度径流小区的建设与实验观测带来诸多不便，特别是在经费有限的条件下，建设费用不足成为径流小区试验的限制因素，从而无法简单准确的设定不同坡度以满足实验模拟需要。

发明内容

为了克服上述野外径流小区在测试过程中的不足，本发明提供一种移动式降雨模拟集流装置，所述降雨模拟集流装置具有重量轻、携带方便、可快速移动、耐腐蚀耐磨损且不易生锈等优点，内含多种坡度模式，可在自然降雨或人工模拟降雨同一雨强条件下同步观测多种坡度下的产流产沙过程以及在同一降雨条件下同步重复观测一种坡度下的产流产沙过程，并且能回收多余降雨，节约资源，可重复利用，减少实验财力、物力及人力。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种移动式降雨模拟集流装置，包括底部具有万向轮的承载车、多组坡位支架、多个径流小区、集流桶和导流管；

所述承载车包括前壁、两侧板、后板以及用于收集雨水的底厢；所述前壁、两侧板、后板、底厢连接形成顶部开口的厢式结构，所述前壁为栏杆、所述两侧板及后板均为板状结构；所述底厢为双层结构，包括上层板和下层板，所述底厢的上层板为多孔板，所述底厢的下层板设有雨水出水口，所述雨水出口连接有回收管；

所述多组坡位支架位于底厢的上层板上且靠近所述后板并与上层板固定连接；

所述径流小区的后端位于坡位支架上，所述径流小区的前端与前壁抵接，所述径流小区的前端设有导流孔，所述导流孔与导流管的一端连接，导流管的另一端从前壁的上方伸出，从前壁的上方伸出的导流管的另一端的下方设有集流桶。

本发明所述移动式降雨模拟集流装置具有以下优点：

1、本发明所述移动式降雨模拟集流装置具有结构与工艺简易、方便制作、移动方便，占地面积较小等优点。

2、本发明所述移动式降雨模拟集流装置内含多种坡位支架，可以按实验要求设置不同坡度径流小区，实现自然或人工模拟同一雨强下不同坡度径流小区产流产沙过程的观测，从而研究不同坡度对径流及泥沙的影响；也可以设置成相同坡度，可以实现自然或人工模拟同一雨强下相同坡度径流小区产流产沙过程的观测。

3、本发明所述移动式降雨模拟集流装置，承载车、径流小区的设置合理、重量合适、便于运输携带、且可多角度任意移动、方便移动观测。

4、本发明所述移动式降雨模拟集流装置采用双层底厢设计，一方面，增强了底厢的稳定性，使得底厢更牢固；另一方面，在底厢的上层板设置了多个孔，使降落在径流小区上的降雨落入并汇集到下层板的凹槽处，从雨水回收管流出，方便回收利用多余的降雨，降低成本，加强资源的合理利用。

5、本发明所述移动式降雨模拟集流装置可重复利用，应用面广，节约资源。可广泛用于测定不同土地利用方式、不同土地利用强度、耕作制度、水土保持措施及生产建设项目在降雨及模拟降雨条件下径流与泥沙产生过程。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述径流小区包括V形槽和矩形槽，所述矩形槽的前面板的高度低于矩形槽的侧面板的高度，所述V形槽位于矩形槽的前端并且V形槽的尖端朝外；导流管的一端位于V形槽的V形侧壁的中部并与V形槽的内部连通，其另一端从前壁的上方伸出；所述V形槽与矩形槽连通，所述V形槽的底面的下端与矩形槽的前面板固定连接，所述V形槽的底面和矩形槽的前面板与前壁抵接。

采用上述进一步方案的有益效果是：矩形槽产生的径流从V形槽的导流管流出，所述V形槽的底面和矩形槽的前面板与前壁抵接，具有限位的作用，防止径流小区向前移动。

进一步，所述每组坡位支架包括两个竖直部和一个用于放置径流小区的支架横梁；

所述两个竖直部位于靠近后板处，其底部均与底厢的上层板固定连接；每个竖直部靠近后板的一侧沿着竖直方向均设有多个卡槽；所述支架横梁的两端分别卡在两个竖直部的卡槽内；所述支架横梁位于两个竖直部之间的距离与径流小区的矩形槽的宽度一致，所述支架横梁的高度大于或等于前壁的高度；所述矩形槽的后端位于支架横梁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：卡槽可牢稳固定支架横梁，进而固定径流小区，使其在降雨过程中不下滑。一组坡位支架包括两个竖直部对径流小区的两侧形成了限位，防止径流小区向两侧移动，影响实验结果。卡槽设置了多个，可以同时放置不同高度的支架横梁，进一步地，使放置的径流小区与底厢形成了不同坡度，满足多种实验需要。

进一步，所述后板的顶部设有手推柄。

采用上述进一步方案的有益效果是：手推柄、万向轮的组合，可以实现径流小区的迅速移动、任意角度转动。

进一步，所述集流桶为柱状结构，在集流桶的侧壁上设有排水孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：等集流桶内的水到达一定高度后，方便排水。

进一步，所述底厢的下层板在靠近前壁的一侧设有横截面为U形的U形集流槽，所述U形集流槽的中部设有雨水出口，所述雨水出口连接有雨水回收管。

采用上述进一步方案的有益效果是：使落入底厢中的雨水汇集到U形集流槽，进而通过雨水回收管排出，进行回收利用。

进一步，所述万向轮为具有全刹掣的万向轮，所述万向轮为四个，分别位于底厢的下层板的四个角的位置处。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以使承载车以任意角度的移动，并且方便随时启动或停止。

进一步，所述径流小区的矩形槽的底面与底厢的上层板所形成的角度为5-25度。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以实现同一雨强下不同坡度产流产沙的观测。

进一步，所述坡位支架设有三组，所述径流小区设有三个。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明所述移动式降雨模拟集流装置内含三种坡位支架，可按实验要求设置不同坡度径流小区，实现自然或人工模拟同一雨强下不同坡度径流小区产流产沙过程的观测。

进一步，所述前壁、两侧板、后板、底厢、径流小区的材质均为不锈钢。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用不锈钢，不易变形与生锈，可重复利用；承载车的各个壁面以及径流小区的各个壁面均采用不锈钢材质，保持壁面光滑不滞流，保证壁面不渗流、不挂流。

附图说明

图1为本发明所述本发明所述移动式降雨模拟集流装置的结构示意图；

图2为本发明所述本发明所述移动式降雨模拟集流装置的结构示意图(不含有径流小区)；

图3为本发明所述坡位支架的组装示意图；

图4为本发明所述径流小区的结构示意图，包括图4A至图4D，图4A为立体结构示意图；图4B为平面结构示意图；图4C为正立面结构示意图；图4D为侧立面结构示意图。

图5为本发明所述集流桶结构示意图；

图6为底厢的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、前壁，2、后板，210、手推柄，3、底厢，31、上层板，32、下层板，320、U形集流槽，4、万向轮，5、雨水回收管，6、径流小区，61、V形槽，62、矩形槽，7、导流管，8、集流桶，81、排水孔，9、坡位支架，91、竖直部，910、卡槽，92、支架横梁，10、侧板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图6所示，一种移动式降雨模拟集流装置，包括底部具有万向轮4的承载车、多组坡位支架9、多个径流小区6、集流桶8、导流管7。

所述承载车包括前壁1、两侧板10、后板2以及用于收集雨水的底厢3；所述前壁1、两侧板、后板2、底厢3连接形成顶部开口的厢式结构，所述前壁1为栏杆、所述两侧板10及后板2均为板状结构；所述底厢3为双层结构，包括上层板31和下层板32，所述底厢3的上层板31为多孔板，所述底厢3的下层板32在靠近前壁1的一侧设有凹槽，所述凹槽的中部设有雨水出口，所述雨水出口连接有雨水回收管5。

所述多组坡位支架9位于底厢3的上层板31上且靠近所述后板并与上层板31固定连接。

所述径流小区6的后端位于坡位支架9上，所述径流小区6的前端与前壁1抵接，用于通过径流小区6内产生的径流的导流管7一端与径流小区6的前端连通，另一端从前壁1的上方伸出，从前壁1的上方伸出的导流管7的另一端的下方设有集流桶8。

所述径流小区6包括V形槽61和矩形槽62，所述矩形槽62的前面板的高度低于矩形槽62的侧面板的高度，所述V形槽61位于矩形槽62的前端并且V形槽61的尖端朝外；导流管7的一端位于V形槽61的V形侧壁的中部并与V形槽61的内部连通，其另一端从前壁1的上方伸出；所述V形槽61与矩形槽62连通，所述V形槽61的底面的下端与矩形槽62的前面板固定连接，所述V形槽61的底面和矩形槽62的前面板与前壁1抵接。

所述每组坡位支架9包括两个竖直部91和一个用于放置径流小区6的支架横梁92。

所述两个竖直部91位于靠近后板2处，两个竖直部91所在的直线与后板2平行，其底部均与底厢3的上层板31固定连接；每个竖直部91靠近后板2的一侧沿着竖直方向均设有多个卡槽910；所述支架横梁92的两端分别卡在两个竖直部91的卡槽910内；所述支架横梁92位于两个竖直部91之间的距离与径流小区6的矩形槽62的宽度一致，所述支架横梁92的高度大于或等于前壁1的高度；所述矩形槽62的底面位于支架横梁92上。

所述后板2的顶部设有手推柄210。

所述集流桶8为柱状结构，在集流桶8的侧壁上设有排水孔81。

所述底厢的下层板32在靠近前壁1的一侧设有横截面为U形的U形集流槽320，所述U形集流槽320的中部设有雨水出口，所述雨水出口连接有雨水回收管5。

所述万向轮4为具有全刹掣的万向轮4，所述万向轮4为四个，分别位于底厢3的下层板32的四个角的位置处。

所述径流小区6的矩形槽62的底面与底厢3的上层板31所形成的角度为5-25度。

所述坡位支架9设有三组，所述径流小区6设有三个。

所述前壁1、两侧板、后板2、底厢3、径流小区6的材质均为不锈钢。

下面以其中一个实施例来具体说明本发明所述的技术方案。

如图1和图2所示，本发明所述移动式降雨模拟集流装置包括底部具有四个万向轮4的承载车、三组坡位支架9、三个径流小区6、集流桶8和导流管7。

所述承载车包括前壁1、两侧板10、后板2以及用于收集雨水的底厢3，上述部件均采用不锈钢板制作，所述前壁1的底部、两侧板10的底部、后板2的底部均与底厢3无缝焊接；所述前壁1、两侧板、后板2、底厢3连接而成顶部开口的厢式结构。

所述后板2为1200mm×1200mm的长方形板状结构，后板2的顶部焊接有用于推或拉的手推柄210，手推柄210的直径为50mm。

所述侧板10为宽1200mm、高1200mm、厚1.5mm的板状结构。

所述前壁1的宽为1200mm、高为50mm，所述前壁1为栏杆。

所述底厢3为双层结构，包括上层板31和下层板32，下层板32高于地面400mm，下层板32的底部在四个角的位置处分别设有万向轮4。所述上层板31的长为1200mm、宽为1200mm、厚为1.5mm，板面均匀开孔25个，孔径为25mm，直接降在底厢上层板31的降雨从孔渗入到下层板32。

如图6所示，所述底厢3的下层板32在靠近前壁1的一侧设有凹槽，所述凹槽为横截面为U形的U形集流槽320，直径100mm，其中心部分开孔，开孔处接直径为50mm的雨水回收管5，可直接将上层渗下的降雨回收至水箱内再次利用，以节约资源与成本，同时减少试验区的水流到处流的现象。

所述多组坡位支架9位于底厢3的上层板31上且靠近所述后板的一端并与上层板31固定连接。

如图3所示，每组坡位支架7均包括两个宽度50mm的角钢(即竖直部91)和一个支架横梁92。

角钢焊接在距离后板2的200mm的位置处，角钢的高为500mm，在角钢靠后板的位置处同时分别在距离上层板的高度为87.1mm、173.5mm、258.7mm、342.0mm和422.6mm处设置卡槽，槽深25mm、槽高7mm。

支架横梁92为活动角钢板，横梁宽50mm、厚5mm，当支架横梁92架设在不同高度时，可与底厢的上层板分别构成5°、10°、15°、20°、25°的坡度，且支架横梁92的左右两侧的角钢起到卡槽作用，可防止径流小区6左右滑动。

所述径流小区6的后端位于坡位支架9上，所述径流小区6的前端与前壁1抵接，所述径流小区6的前端设有导流孔，所述导流孔与导流管7的一端连接，导流管7的另一端从前壁1的上方伸出，从前壁1的上方伸出的导流管7的另一端的下方设有集流桶8。

四个万向轮4安装在底厢的下层板32的底部的四角的位置，所述万向轮4采用金属制作并具有全刹掣结构，可锁定转向又可固定万向轮，不仅结实耐用而且保证承载车可以任意转向。与手推柄210配合使用，可以更加方便快捷。

如图4所示的径流小区6包括不锈钢V形槽61和不锈钢矩形槽62，不锈钢V形槽61的尖端处设有圆形导流管7。

矩形槽62由厚度为1.5mm的不锈钢板焊接而成，包括左侧面板、右侧面板、前面板、后面板以及矩形底面板，其顶部开口，矩形槽62的左侧面板和右侧面板均为长1000mm、高400mm的方形；矩形槽62的前面板为宽303mm、高300mm的方形；矩形槽62的后面板为宽303mm、高400mm的方形；所述矩形槽62的前面板的底部和后面板的底部齐平。

V形槽61包括左长边、右长边、前部短边和底面；所述左长边、前部短边、右长边围成一边开口的等腰梯形的边框结构，等腰梯形的边框结构的底部与V形槽61的底面焊接成一体，形成了V形集流面；V形槽61的底面与矩形槽62的前面板的顶端焊接在一起，形成L形结构；V形槽61的左长边与矩形槽62的左侧面板形成的角度为132.6°，V形槽61的右长边与矩形槽62的右侧面板形成的角度为132.6°，V形槽61的顶端与矩形槽62的顶端齐平。在V形槽61的前部短边的中心处(与矩形槽62中线相对应的位置处)开导流孔，孔径40mm，向外焊接长度为400mm、直径为40mm的导流管7。导流管7的下方接如图5所示的集流桶8，集流桶8为柱形结构，采用镀锌铁皮制作，直径500mm、高1000mm，上面加盖，在集流桶8的侧壁上设有排水孔81，方便排水。

使用方法：

在实际试验中，将本发明所述移动式降雨模拟集流装置放置于地势较为开阔的坚实地面，根据模拟降雨情况随时改变其位置，并通过全刹掣锁定万向轮转向和固定万向轮，开展相关观测即可。

观测前，在径流小区6内装配原状土；

装配原状土的方法：在径流小区6内装配长1000mm×宽300mm×厚300mm的原状土(可以通过配套的原状土取样器取样)，原状土上的植被及土壤结构不破坏；也可以按试验土壤的容重与结构分层填装实验土样，土样长1000mm×宽300mm×厚300mm。

土样装配或填装完成后，使表层土壤与径流小区6的V形槽61的顶端相平，并用原土壤或石蜡在待测土壤与径流小区接触位置缝隙填满抹匀，避免相对误差。

将制备好的径流小区6放置在承载车的坡度支架9上形成不同的实验坡度，使导流管7朝外并从前壁1的上方伸出，径流小区6的V形槽61与矩形槽62形成的L形结构与栏杆卡紧，防止径流小区6顺着坡度向前滑动，径流小区6的位于坡度支架9的两竖直部91之间的支架横梁92上，从而保证径流小区6在其前后、左右均不能滑动。

在确定好的实验区域，在径流小区模拟装置外30cm的地段，开挖直径为300mm、深400mm的圆形剖面，将集流桶8放入圆形剖面内部，使导流管7流出的径流进入集流桶。

上述实验如在自然降雨条件下，则无需水源、电源，只需将该装置移动至实验地面即可；如在人工模拟降雨条件下，则需配套水源、电源和人工模拟降雨装置；如在人工模拟降雨大厅，移动至大厅内即可按上述方法进行实验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语″中部″、″长度″、″宽度″、″厚度″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，″多个″的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，包括底部具有万向轮(4)的承载车、多组坡位支架(9)、多个径流小区(6)、集流桶(8)和导流管(7)；

所述承载车包括前壁(1)、两侧板(10)、后板(2)以及用于收集雨水的底厢(3)；所述前壁(1)、两侧板(10)、后板(2)、底厢(3)连接形成顶部开口的厢式结构，所述前壁(1)为栏杆，所述两侧板(10)及后板(2)均为板状结构；所述底厢(3)为双层结构，包括上层板(31)和下层板(32)，所述底厢(3)的上层板(31)为多孔板，所述底厢(3)的下层板(32)设有雨水出口，所述雨水出口连接有雨水回收管(5)；

所述多组坡位支架(9)位于底厢(3)的上层板(31)上且靠近所述后板的一端并与上层板(31)固定连接；

所述径流小区(6)的后端位于坡位支架(9)上，所述径流小区(6)的前端与前壁(1)抵接，所述径流小区(6)的前端设有导流孔，所述导流孔与导流管(7)的一端连接，导流管(7)的另一端从前壁(1)的上方伸出，从前壁(1)的上方伸出的导流管(7)的另一端的下方设有集流桶(8)。

2.根据权利要求1所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述径流小区(6)包括V形槽(61)和矩形槽(62)，所述矩形槽(62)的前面板的高度低于矩形槽(62)的侧面板的高度，所述V形槽(61)位于矩形槽(62)的前端并且V形槽(61)的尖端朝外；导流管(7)的一端位于V形槽(61)的V形侧壁的中部并与V形槽(61)的内部连通，其另一端从前壁(1)的上方伸出；所述V形槽(61)与矩形槽(62)连通，所述V形槽(61)的底面的下端与矩形槽(62)的前面板固定连接，所述V形槽(61)的底面和矩形槽(62)的前面板与前壁(1)抵接。

3.根据权利要求2所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述每组坡位支架(9)包括两个竖直部(91)和一个用于放置径流小区(6)的支架横梁(92)；

所述两个竖直部(91)位于靠近后板(2)处，其底部均与底厢(3)的上层板(31)固定连接；每个竖直部(91)靠近后板(2)的一侧沿着竖直方向均设有多个卡槽(910)；所述支架横梁(92)的两端分别卡在两个竖直部(91)的卡槽(910)内；所述支架横梁(92)位于两个竖直部(91)之间的距离与径流小区(6)的矩形槽(62)的宽度一致，所述支架横梁(92)的高度大于或等于前壁(1)的高度；所述矩形槽(62)的后端位于支架横梁(92)上。

4.根据权利要求1至3任一项所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述后板(2)的顶部设有手推柄(210)。

5.根据权利要求1至3任一项所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述集流桶(8)为柱状结构，在集流桶(8)的侧壁上设有排水孔(81)。

6.根据权利要求1至3任一项所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述底厢的下层板(32)在靠近前壁(1)的一侧设有横截面为U形的U形集流槽(320)，所述U形集流槽(320)的中部设有雨水出口，所述雨水出口连接有雨水回收管(5)。

7.根据权利要求1至3任一项所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述万向轮(4)为具有全刹掣的万向轮，所述万向轮(4)为四个，分别位于底厢(3)的下层板(32)的四个角的位置处。

8.根据权利要求2或3所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，径流小区(6)的矩形槽(62)的底面与底厢(3)的上层板(31)所形成的角度为5-25度。

9.根据权利要求1所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述坡位支架(9)设有三组，所述径流小区(6)设有三个。

10.根据权利要求1所述一种移动式降雨模拟集流装置，其特征在于，所述前壁(1)、两侧板(10)、后板(2)、底厢(3)、径流小区(6)的材质均为不锈钢。