CN106124738A - 变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，包括底座，所述的底座上依次设置前活动支撑杆、径流槽固定支撑杆和调节坡度螺旋支撑杆，所述的前活动支撑杆、径流槽固定支撑杆和调节坡度螺旋支撑杆上设置一组径流槽。本发明既可以监测不同深度壤中流的流速，还能够监测不同深度壤中流的流量。径流槽侧身的流速监测孔和径流槽前端的流量监测出水口能够监测从示踪剂管投放的示踪剂随壤中流的到达位置，进而能够计算出壤中流的流速与径流量，从而能够实现壤中流的三维立体监测。

Description

变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽
技术领域
本发明属于土壤水动力学、坡面水文学、水土保持和农业面源污染防治模拟监测试验装置技术领域，具体涉及一种变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽。
背景技术
在土壤污染和地下水污染日益严重的现状背景下，研究土壤污染物随降水入渗的动态运移、随坡面径流携带进入地表水体的过程、土壤污染物与地下水污染的关系等是目前环境地学研究的重点和热点。然而，由于天然降水的不可控制性，采用室内人工模拟降雨控制下的试验研究方式，一直是本研究领域的主要监测方法。由此可知，室内模拟试验装置设计的创新，按不同试验目的进行装置的改造是试验取得预期目的的关键。
目前关于壤中流以及携带的污染物运移的室内人工模拟降雨监测试验所用的径流槽，只是在径流槽末端的底部开设一个壤中流的集流槽，只能监测到径流槽壤中流的总量，不能监测到壤中流的动态过程，更不能监测到不同断面不同深度壤中流的流速，也不设置有壤中流流速监测示踪剂的投放装置。
坡度是影响壤中流动态的主要控制因子之一，在其他环境因子相同的条件下，不同坡度所造成的壤中流动态过程不同。为了监测不同降雨强度下不同坡度情况下的壤中流特征，大多采用变坡式的试验径流槽进行模拟试验监测的方法。目前其变坡式装置类型有：（1）固定式液压调坡钢槽和移动式液压调坡钢槽。这种装置结构复杂，造价高，而且所需实验场地大。（2）固定式手摇变坡试验钢槽和移动式手摇变坡试验钢槽。该类型装置仅适用于短坡段，因为手动产生的力矩小。（3）发明者曾经设计出“一种滑轮组控制的变坡式水土流失监测试验装置”，已经申请到国家实用新型专利，专利号为：ZL201520056256.4。通过试验使用，其弊端在于若土箱装满土体后，由于土体量大，支撑点靠前，滑轮拉起来较为费力，在径流槽后端两侧采用支撑杆加挡块也不太方便，也无法连续改变坡度。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽的技术方案如下。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：包括底座，所述的底座上依次设置前活动支撑杆、径流槽固定支撑杆和调节坡度螺旋支撑杆，所述的前活动支撑杆、径流槽固定支撑杆和调节坡度螺旋支撑杆上设置一组径流槽；其中，前活动支撑杆下端与底座滚动连接，上端连接径流槽，径流槽固定支撑杆下端与底座固定连接，上端与径流槽转动连接，调节坡度螺旋支撑杆为可伸缩分体结构，包括与底座连接的调节坡度空心支撑杆，所述的调节坡度空心支撑杆上端转动连接调节手轮，调节坡度空心支撑杆内插接调节坡度螺旋杆，所述的调节坡度螺旋杆与调节手轮螺纹连接，调节坡度螺旋杆上端与径流槽连接。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽为多层流量监测径流槽，每层槽体前端设有流量监测出水口，每层槽体侧身设有流速监测孔。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽上端设有坡面径流集流槽，槽体朝前延伸，槽体前端设有坡面径流集流槽出水口。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽后端设置一组示踪剂管。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的前活动支撑杆有两个，分别设置径流槽左右两端，前活动支撑杆上端依次套接上固定螺母、转动套圈和下固定螺母，上固定螺母和下固定螺母固定转动套圈，两个前活动支撑杆的转动套圈之间固定连接前活动支撑杆方位改变轴，所述的前活动支撑杆方位改变轴插接于设置在径流槽前端的径流槽前固定空心横梁内。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的前活动支撑杆下端设置前活动支撑杆下滚动轮，所述的前活动支撑杆下滚动轮与底座两侧开设的滚轮轨道滚动连接。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽固定支撑杆有两个，两个径流槽固定支撑杆之间连接设置径流槽转动轴，所述的径流槽转动轴与径流槽转动连接。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的调节坡度螺旋杆上端设置调节坡度螺旋杆上转动轴，所述的调节坡度螺旋杆上转动轴两端插接于设置在径流槽后端的径流槽后上空心横梁内，调节坡度空心支撑杆下端设置调节坡度支撑杆下转动轴，所述的调节坡度支撑杆下转动轴两端插接于设置在底座后端的底座后下空心横梁内。
所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽后端设置坡度指示器。
本发明的有益效果：
（1）、本发明既可以监测不同深度壤中流的流速，还能够监测不同深度壤中流的流量。径流槽侧身的流速监测孔和径流槽前端的流量监测出水口能够监测从示踪剂管投放的示踪剂随壤中流的到达位置，进而能够计算出壤中流的流速与径流量，从而能够实现壤中流的三维立体监测。这种设计在本研究领域属于首创。本发明补充了壤中流流速和溶质运移动态监测领域的空白，为壤中流和溶质运移的深入和高精度室内模拟监测提供了技术支撑；
（2）、本发明径流槽固定支撑杆固定于径流槽中心，不用费力就可以改变径流槽坡度，通过变坡调节，可以揭示不同坡度下壤中流及携带污染物的动态信息；
（3）、采用了调节手轮提升调节坡度螺旋杆高度，用来调节径流槽坡度，轻松省力，易于控制；
（4）、设置了坡度指示器，能够准确指示出径流槽变坡角度，方便确定变坡角度；
（5）、本发明可根据试验需要，随时拆卸和就地安装，因此可以在任何地方做试验，所需经费少，试验效果好。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明侧视结构示意图；
图3 为本发明前活动支撑杆的下部结构示意图；
图4为本发明前活动支撑杆的上部连接结构示意图；
图5为本发明坡度指示器的结构示意图；
图6为本发明坡度指示器的坡度指示器主尺和坡度指示器微尺结构示意图；
图7为本发明调节坡度螺旋支撑杆的结构示意图；
图8为本发明的使用状态结构示意图；
图9为本发明流量监测出水口结构示意图。
图中：1、底座，11、侧滑槽，12、滚轮轨道，2、前活动支撑杆，211、前活动支撑杆下滚动轮，212、前活动支撑杆下轮轴，213、前活动支撑杆下轮固定螺母，221、前活动支撑杆方位改变轴，222、转动套圈，2231、上固定螺母，2232、下固定螺母，3、径流槽固定支撑杆，31、径流槽转动轴，4、坡度指示器，41、坡度指示器微尺转动轴，42、坡度指示器主尺，43、坡度指示器微尺架，44、坡度指示器微尺，45、坡度指示器微尺指示针，46、坡度指示器固定边，5、径流槽，51、流速监测孔，52、坡面径流集流槽出水口，53、流量监测出水口，531、流量监测出水口侧接水口，54、示踪剂管，6、变坡度螺旋杆，61、调节坡度螺旋杆上转动轴，62、调节手轮，63、调节坡度螺旋杆，64、调节坡度空心支撑杆，65、调节坡度支撑杆下转动轴，7、径流槽前固定空心横梁，8、径流槽后上空心横梁，9、底座后下空心横梁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-9所示，变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，包括底座1，底座1上依次设置前活动支撑杆2、径流槽固定支撑杆3和调节坡度螺旋支撑杆6，前活动支撑杆2、径流槽固定支撑杆3和调节坡度螺旋支撑杆6上并排设置两个径流槽5。底座1上设有与前活动支撑杆2配合的滚轮轨道12和侧滑槽11，底座1后端设有与调节坡度螺旋支撑杆6配合的底座后下空心横梁9。
径流槽5为多层流量监测径流槽，每层槽体前端设有流量监测出水口53，流量监测出水口53连接流量监测出水口侧接水口531，每层槽体侧身设有流速监测孔51，径流槽5上端设有坡面径流集流槽，槽体朝前延伸，槽体前端设有坡面径流集流槽出水口52。径流槽5后端设置五个示踪剂管54。径流槽5前端设有与前活动支撑杆2配合的径流槽前固定空心横梁7，后端还设有坡度指示器4，以及与调节坡度螺旋支撑杆6配合径流槽后上空心横梁8。
前活动支撑杆2有两个，分别设置在径流槽5左右两端，前活动支撑杆2上端依次套接上固定螺母2231、转动套圈222和下固定螺母2232，上固定螺母2231和下固定螺母2232固定转动套圈222，两个前活动支撑杆2的转动套圈222之间固定连接前活动支撑杆方位改变轴221，前活动支撑杆方位改变轴221插接于上述的径流槽前固定空心横梁7内。前活动支撑杆2下端设置有前活动支撑杆下滚动轮211，所述的前活动支撑杆下滚动轮211与上述的底座1两侧的滚轮轨道12滚动连接，前活动支撑杆下滚动轮211通过前活动支撑杆下轮轴212和前活动支撑杆下轮固定螺母213在侧滑槽11上内平稳滑动，待径流槽5坡度确定后，通过前活动支撑杆下轮固定螺母213在侧滑槽11外固定前活动支撑杆下滚动轮211。
径流槽固定支撑杆3也有两个，分别设置在径流槽5中部中心的左右两端，两个径流槽固定支撑杆3插接设置径流槽转动轴31，径流槽固定支撑杆3依靠径流槽转动轴31与径流槽5转动连接。
调节坡度螺旋支撑杆6为可伸缩分体结构，包括与底座1连接的调节坡度空心支撑杆64，调节坡度空心支撑杆64上端转动连接调节手轮62，调节坡度空心支撑杆64内插接调节坡度螺旋杆63，调节坡度螺旋杆63与调节手轮62螺纹连接，调节坡度螺旋杆63上端与径流槽5连接。具体在，调节坡度螺旋杆63上端设置调节坡度螺旋杆上转动轴61，调节坡度螺旋杆上转动轴61两端插接在上述的径流槽后上空心横梁8内，调节坡度空心支撑杆64下端设置调节坡度支撑杆下转动轴65，调节坡度支撑杆下转动轴65两端插接在上述的底座后下空心横梁9内。调节手轮62与调节坡度空心支撑杆64转动连接，但两者在空间上不能分离，旋转调节手轮62，调节坡度螺旋杆63由于螺纹作用，将上升或者下降，起到改变径流槽5坡度的作用。调节手轮62使用时轻松省力，易于控制。
本发明的坡度指示器4包括坡度指示器微尺转动轴41、坡度指示器主尺42、坡度指示器微尺架43、坡度指示器微尺44、坡度指示器微尺指示针45、坡度指示器固定边46。坡度指示器主尺42采用90°，主尺上的精度为每格0.5°，坡度指示器微尺44分成30格，微尺上的30格与主尺上的29格弧度数相同，相当于把主尺上的0.5°（30′）分配到微尺上的30格中，故微尺上每格为1′。由于两个径流槽5重量几乎承载于径流槽固定支撑杆3上，非常容易地通过调节手轮62来调节变坡槽坡度，坡度大小可以通过变坡指示器读出来。使用时，坡度指示器4的坡度指示器固定边46，即90°指示线平行固定于径流槽5水平方向，容易指示所改变的坡度。
本发明的使用说明：
1）根据实地土壤不同层次的容重，往径流槽5内分层填装试验用土；
2）调节坡度。根据试验径流槽5所需坡度，将前活动支撑杆2的转动套圈222的上固定螺丝2231稍微往上拧，下固定螺丝2232往下拧较大距离（以便径流槽5前端能下移较大幅度）。如图2、4所示，调节变坡螺旋杆6，双手旋转调节手轮62，顺时针（假设顺时针转螺杆上升，逆时针转螺杆下降）连续转动调节手轮62，调节坡度螺旋杆63会连续上升，调节坡度螺旋杆上转动轴61和调节坡度螺旋杆下转动轴65就会分别在径流槽后上空心横梁8与底座后下空心横梁9中轻微转动，保证了径流槽5坡度的连续调节，如图7所示；在径流槽5坡度不断调节的过程中，前活动支撑杆下滚动轮211会沿着滚轮轨道12滚动，同时，转动套圈222沿着前活动支撑杆2下降，径流槽前固定空心横梁7以该套圈的前活动支撑杆方位改变轴221为轴同步转动，保证了转动套圈222在前活动支撑杆2上能够上下移动自由，直到径流槽5转动至指定坡度时。如图8和图5所示，径流槽5转动，坡度指示器主尺42跟随转动，但是坡度指示器微尺架43始终向下，坡度指示器微尺指示针45所指示角度即为径流槽5坡度，将上固定螺丝2231往下拧紧，下固定螺丝2232往上拧紧，如图4、8所示，再将前活动支撑杆下轮轴212与侧滑槽11用前活动支撑杆下轮固定螺母213拧紧，如图3、8所示；
3）示踪剂管54作用。在试验开始前，在五个示踪剂管54内装入预先设计使用的示踪剂，在试验开始时将示踪剂管54管口放开，使示踪剂随壤中流一同潜流，进而在不同断面与深度监测流速；
4）不同深度壤中流流速监测孔51作用。当试验开始，示踪剂释放以后，从所设计的不同断面不同深度的十二个流速监测孔51中监测示踪剂的到达时间，进而计算壤中流的流速动态，实现壤中流的三维立体监测；
5）不同深度壤中流流量监测出水口53作用。在试验开始以后，在径流槽5的前端，监测不同深度壤中流流量及坡面径流量，进而能起到揭示壤中流及携带的污染物的动态过程；
6）坡面径流集流槽出水口52作用。用来收集坡面径流。
本发明既可以监测不同深度壤中流的流速，还能够监测不同深度壤中流的流量。径流槽5侧身的流速监测孔51和径流槽5前端的流量监测出水口53能够监测从示踪剂管54投放的示踪剂随壤中流的到达位置，进而能够计算出壤中流的流速与径流量，从而能够实现壤中流的三维立体监测。这种设计在本研究领域属于首创。本发明补充了壤中流流速和溶质运移动态监测领域的空白，为壤中流和溶质运移的深入和高精度室内模拟监测提供了技术支撑。
资助项目：国家自然科学基金项目（41471221）。

Claims (9)

1.变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：包括底座（1），所述的底座（1）上依次设置前活动支撑杆（2）、径流槽固定支撑杆（3）和调节坡度螺旋支撑杆（6），所述的前活动支撑杆（2）、径流槽固定支撑杆（3）和调节坡度螺旋支撑杆（6）上设置一组径流槽（5）；其中，前活动支撑杆（2）下端与底座（1）滚动连接，上端连接径流槽（5），径流槽固定支撑杆（3）下端与底座（1）固定连接，上端与径流槽（5）转动连接，调节坡度螺旋支撑杆（6）为可伸缩分体结构，包括与底座（1）连接的调节坡度空心支撑杆（64），所述的调节坡度空心支撑杆（64）上端转动连接调节手轮（62），调节坡度空心支撑杆（64）内插接调节坡度螺旋杆（63），所述的调节坡度螺旋杆（63）与调节手轮（62）螺纹连接，调节坡度螺旋杆（63）上端与径流槽（5）连接。
2.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽（5）为多层流量监测径流槽，每层槽体前端设有流量监测出水口（53），每层槽体侧身设有流速监测孔（51）。
3.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽（5）上端设有坡面径流集流槽，槽体朝前延伸，槽体前端设有坡面径流集流槽出水口（52）。
4.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽（5）后端设置一组示踪剂管（54）。
5.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的前活动支撑杆（2）有两个，分别设置在径流槽（5）左右两端，前活动支撑杆（2）上端依次套接上固定螺母（2231）、转动套圈（222）和下固定螺母（2232），上固定螺母（2231）和下固定螺母（2232）固定转动套圈（222），两个前活动支撑杆（2）的转动套圈（222）之间固定连接前活动支撑杆方位改变轴（221），所述的前活动支撑杆方位改变轴（221）插接于设置在径流槽（5）前端的径流槽前固定空心横梁（7）内。
6.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的前活动支撑杆（2）下端设置前活动支撑杆下滚动轮（211），所述的前活动支撑杆下滚动轮（211）与底座（1）两侧开设的滚轮轨道（12）滚动连接。
7.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽固定支撑杆（3）有两个，两个径流槽固定支撑杆（3）之间连接设置径流槽转动轴（31），所述的径流槽转动轴（31）与径流槽（5）转动连接。
8.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的调节坡度螺旋杆（63）上端设置调节坡度螺旋杆上转动轴（61），所述的调节坡度螺旋杆上转动轴（61）两端插接于设置在径流槽（5）后端的径流槽后上空心横梁（8）内，调节坡度空心支撑杆（64）下端设置调节坡度支撑杆下转动轴（65），所述的调节坡度支撑杆下转动轴（65）两端插接于设置在底座（1）后端的底座后下空心横梁（9）内。
9.根据权利要求1所述的变坡式壤中流三维立体模拟监测径流试验槽，其特征在于：所述的径流槽（5）后端设置坡度指示器（4）。
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