CN105223341B - 一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置，包括降雨系统、土槽装置和径流数据实时采集系统；降雨系统包括储水箱、供水管、水泵、流量计、水箱支架、降雨水箱、水滴发生器和液面指示管；土槽装置包括滚轮、支座、土槽、坡度指示表和起升装置；径流数据实时采集系统包括收集管、径流桶、电子秤和具有内置数据记录软件的笔记本电脑。该装置能实现坡面水土流失室内模拟与测量，试验雨强、土槽坡度易于调节，操作简单可靠，数据精确、实时测定储存数据。

Description

一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置

技术领域

本发明涉及一种水土流失模拟降雨试验装置，尤其涉及一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置。

背景技术

水土流失是我国严重的生态问题。《2010 年中国环境状况公报》显示，我国水土流失面积已经占到国土总面积的37.2%，达356.92 万km²。随着国家对水土流失治理的重视，我国在水土流失的主要地区设置了典型监测点观测水土流失状况，积累了大量的观测数据，这对开展水土流失综合防治提供了很大的支持。在20 世纪中期之前，对土壤侵蚀的研究多依赖于天然降雨，由于天然降雨观测所需的时间很长，且各种因素难以人为控制，给数据的采集和分析带来了一定的难度，远远不能满足需要。

为此，国内外先后建立了土壤侵蚀、径流汇集、滑坡侵蚀等各种人工模拟降雨实验室，以弥补野外实验之不足。其优点：（1）可以模拟不同强度的天然降雨，甚至几百年一遇的特大暴雨也可以在实验室内再现，大大缩短了试验周期。（2）可以使用现代化测试仪表,用水也不存在问题，因而试验水平较高，可以取得高质量的实验资料。（3）可以严格控制实验条件，对于观测研究土壤侵蚀的发生演变过程以及与各个影响因素之间的内在机理，有很大的优越性。

现有的水土流失模拟试验装置有很多种，但是还有诸多缺点，如：（1）模拟降雨装置各部分体积大、笨重且采用固定连接，给使用及搬运带来不便；（2）模拟降雨过程中，降雨的均匀性以及稳定性得不到满足；（3）水土流失试验中往往得到的径流量只是最终结果，不能实时地反映径流量。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置，该试验装置能实现坡面水土流失室内模拟与测量，试验雨强、土槽坡度易于调节，方法简单可靠，数据精确、实时测定储存数据。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置，包括降雨系统、土槽装置和径流数据实时采集系统；

所述降雨系统包括储水箱、供水管、水泵、流量计、水箱支架、降雨水箱、水滴发生器和液面指示管；所述降雨水箱设置在水箱支架的顶部，所述降雨水箱为密封箱体，降雨水箱上设置进水孔，降雨水箱的顶部设置排气孔，排气孔上设置密封螺帽，所述降雨水箱的底部均布设置若干个水滴发生器；储水箱的出水口通过供水管与水泵的进水口连接，所述水泵的出水口通过供水管与流量计的进水口连接，所述流量计的出水口通过供水管与降雨水箱的进水孔连接；所述液面指示管竖直设置在降雨水箱外，液面指示管的底部与降雨水箱的底部通过管路连通；

所述土槽装置包括滚轮、支座、土槽、坡度指示表和起升装置；所述滚轮设在支座的底部，所述土槽的一端与支座的一端铰接，所述起升装置包括升降螺杆和螺母，所述升降螺杆的底端与支座的另一端可转动配合，所述螺母旋套在升降螺杆上，所述螺母与土槽的另一端外壁可转动连接，所述坡度指示表设置在土槽上并靠近土槽的另一端；所述土槽位于水滴发生器的正下方；

径流数据实时采集系统包括收集管、径流桶、电子秤和具有内置数据记录软件的笔记本电脑；所述收集管设置在土槽上，收集管的最低端位于径流桶的上方，所述径流桶放置在电子秤上，所述电子秤通过数据线与笔记本电脑连接。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1、结构简单，拆装方便，并且成本不高。

2、通过液面指示管和流量计控制降雨强度稳定，均匀布置的雨滴发生器使得降雨均匀。

3、土槽升降设置简单有效，可以手动调节坡度大小并且坡度指示表可实时显示土槽坡度。

4、可以实时显示径流产生量并且可以按照试验要求设置采集频率进而将数据存储在笔记本电脑中。

附图说明

图1为一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置的结构示意图。

附图中：1—储水箱； 2—供水管； 3—水泵； 4—流量计； 5—进水孔； 6—排气孔； 7—密封螺帽； 8—降雨水箱； 9—水滴发生器； 10—升降螺杆； 11—支座； 12—土槽； 13—收集管； 14—径流桶； 15—电子秤； 16—笔记本电脑； 17—水箱支架； 18—液面指示管； 19—滚轮； 20—坡度指示表； 21—螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置，包括降雨系统、土槽装置和径流数据实时采集系统，如图1所示。

降雨系统包括储水箱1、供水管2、水泵3、流量计4、水箱支架17、降雨水箱8、水滴发生器9和液面指示管18。降雨水箱8设置在水箱支架17的顶部，降雨水箱8为密封箱体，降雨水箱8的长宽尺寸按照试验降雨面积要求设计，高度一般可控制在15-20cm，降雨水箱8上设置进水孔5，降雨水箱8的顶部设置排气孔6，排气孔6上设置密封螺帽7，降雨水箱8的底部均布设置若干个水滴发生器9（在本实施中，降雨水箱8的底面设有降水孔，呈矩阵形式布置，孔间间距为3cm，孔外接雨滴发生器9）。液面指示管18上标有刻度，可实时显示降雨水箱8内的水位，试验过程中降雨水箱8上的排气孔6敞开，试验结束时关闭水泵3，并且拧上密封螺帽7使得降雨停止。储水箱1的出水口通过供水管2与水泵3的进水口连接，水泵3的出水口通过供水管2与流量计4的进水口连接，流量计4的出水口通过供水管2与降雨水箱8的进水孔5连接；液面指示管18竖直设置在降雨水箱8外，液面指示管18的底部与降雨水箱8的底部通过管路连通。通过水泵3把储水箱1中的水输送到降雨水箱8中，液面指示管18实时反映降雨水箱8内的水位，由流量计4控制流量的大小。

土槽装置包括滚轮19、支座11、土槽12、坡度指示表20和起升装置。滚轮19设在支座11的底部，在本实施例中，支座11四周支脚安装滚轮19，可以移动。土槽12的一端与支座11的一端铰接，起升装置包括升降螺杆10和螺母21，升降螺杆10的底端与支座11的另一端可转动配合，螺母21旋套在升降螺杆10上，螺母21与土槽12的另一端外壁可转动连接（在本实施例中，可在螺母21的两侧一体设置销轴，在土槽12的另一端外壁上设置两个支撑座，支撑座上设置通孔，螺母21设置在两个支撑座之间，螺母21两侧的销轴伸进对应支撑座的通孔内并与通孔转动配合），坡度指示表20设置在土槽12的外壁上并靠近土槽12的另一端。土槽12位于水滴发生器9的正下方。通过旋转升降螺杆10控制土槽12的坡度，土槽12的坡度由坡度指示表20读出。

径流数据实时采集系统包括收集管13、径流桶14、电子秤15和具有内置数据记录软件的笔记本电脑16。收集管13设置在土槽12上，收集管13的最低端位于径流桶14的上方，径流桶14放置在电子秤15上，电子秤15通过数据线与笔记本电脑16连接。收集管13将产生的径流全部流入径流桶14中，由电子秤15实时显示产流的重量并将数据按照试验要求的采集频率传输到笔记本电脑16中。

使用该便捷式实时监测水土流失模拟试验装置时，其步骤如下：

1）首先打开水泵3，拧开降雨水箱8上的密封螺帽7，向降雨水箱8中注水，通过液面指示管18观察降雨水箱8中的液面高度，降雨水箱8下部雨强进行测量（即测量不同液面高度下的降雨强度），对液面高度与雨强之间的关系进行标定。

2）根据试验要求，在土槽12内填装土壤，控制填装土壤的含水率、粒径分布和密度，分层压实、每次填装压实5cm，每层填装完成后，将土层表面拉毛，再进行下一层的填装。

3）根据试验要求的土槽坡度，旋转升降螺杆10，通过坡度指示表20观察土槽12所处的坡度，缓慢调节土槽12的坡度，坡度调节好后，用塑料膜覆盖在土样表面等试验开始再将塑料膜掀开。通过旋转升降螺杆10控制土槽12坡度的大小，并且由坡度指示表20指示所处的坡度。

4）将土槽装置移至水滴发生器9的正下方（即试验降雨区域），将径流数据实时采集系统放在土槽12的旁边，对电子秤15进行清零，设置好电子秤15的采样参数。

5）再次打开水泵3，拧开密封螺帽7，调节流量计4使液面高度达到试验要求雨强对应的液面高度，雨强稳定后掀开塑料膜开始试验，并且开始计时记录产流（产流是指产生径流）时间。试验进行一段时间后，土体表面开始产生径流，通过收集管13流入径流桶14中，通过电子称15实时显示径流量数据并将采集的数据传入笔记本电脑16中。

6）试验过程中，密切注视液面指示管18，发现液面不在指定位置时及时调节流量计4使液面回到指定位置，还应注意储水箱1中水量是否足够。

7）试验完成后，重新盖上塑料膜，关闭水泵3和流量计4，并拧上密封螺帽7，保存笔记本电脑16中实时产流数据。

8）将径流桶14中浊液静置4小时，浊液分层后，用吸管将上层的清液吸出，将剩下的浊液放入烘箱中，设置烘箱的温度105℃，烘干8h后取出称量得到总产沙量。

通过改变降雨水箱8内液面高度，可调节降雨强度；通过调节升降螺杆10的上升高度，可以调节土槽12的坡度。从而，进行不同降雨强度、不同土槽坡度的对比分析试验。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种便捷式实时监测水土流失模拟试验装置，其特征在于，包括降雨系统、土槽装置和径流数据实时采集系统；

所述降雨系统包括储水箱(1)、供水管(2)、水泵(3)、流量计(4)、水箱支架(17)、降雨水箱(8)、水滴发生器(9)和液面指示管(18)；所述降雨水箱(8)设置在水箱支架(17)的顶部，所述降雨水箱(8)为密封箱体，降雨水箱(8)上设置进水孔(5)，降雨水箱(8)的顶部设置排气孔(6)，排气孔(6)上设置密封螺帽(7)，所述降雨水箱(8)的底部均布设置若干个水滴发生器(9)，降雨水箱(8)的底面设有降水孔，呈矩阵形式布置，孔间间距为3cm，降水孔外接雨滴发生器(9)；储水箱(1)的出水口通过供水管(2)与水泵(3)的进水口连接，所述水泵(3)的出水口通过供水管(2)与流量计(4)的进水口连接，所述流量计(4)的出水口通过供水管(2)与降雨水箱(8)的进水孔(5)连接；所述液面指示管(18)竖直设置在降雨水箱(8)外，液面指示管(18)的底部与降雨水箱(8)的底部通过管路连通；

所述土槽装置包括滚轮(19)、支座(11)、土槽(12)、坡度指示表(20)和起升装置；所述滚轮(19)设在支座(11)的底部，所述土槽(12)的一端与支座(11)的一端铰接，所述起升装置包括升降螺杆(10)和螺母(21)，所述升降螺杆(10)的底端与支座(11)的另一端可转动配合，所述螺母(21)旋套在升降螺杆(10)上，所述螺母(21)与土槽(12)的另一端外壁可转动连接，所述坡度指示表(20)设置在土槽(12)上并靠近土槽(12)的另一端；所述土槽(12)位于水滴发生器(9)的正下方；

径流数据实时采集系统包括收集管(13)、径流桶(14)、电子秤(15)和具有内置数据记录软件的笔记本电脑(16)；所述收集管(13)设置在土槽(12)上，收集管(13)的最低端位于径流桶(14)的上方，所述径流桶(14)放置在电子秤(15)上，所述电子秤(15)通过数据线与笔记本电脑(16)连接。