CN107255702B - 一种便携式地表径流模拟测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式地表径流模拟测定装置，包括：量筒、分水槽、径流框和采样瓶；量筒固定在支架上，量筒的下端设置有出水口和阀门，出水口通过输水管与分水槽连通，分水槽的侧壁横向设置有出水长孔，分水槽的下方设置有支撑座和搭板；径流框包括相互连接并围成矩形的前插板、后插板以及两个侧插板，搭板通过插缝搭扣在前插板的内侧，后插板的外侧设置有径流输出接口；采样瓶通过径流输出管与后插板上的径流输出接口相连通，采样瓶的侧壁上设置有容积刻度线；侧插板的外侧壁上设置有竖向角度测量装置，后插板的外侧壁上设置有水平参考装置。本发明的模拟测定装置，尺度处于厘米级，可大量重复测定地表径流样本数据，提高了观测数据的精度。

Description

一种便携式地表径流模拟测定装置

技术领域

本发明属于地表径流模拟测定设备领域，尤其是涉及一种便携式地表径流模拟测定装置。

背景技术

大气降水落到地面后，一部分蒸发变成水蒸汽返回大气，一部分下渗到土壤成为地下水，其余的水沿着斜坡形成漫流，通过冲沟、溪涧，注入河流，汇入海洋，这种水流就是地表径流，通过研究地表径流可以获得流域水文及土壤侵蚀规律，评估生态工程、人类水土保持工程措施对径流、土壤侵蚀、面源污染物输出的影响。

目前，地表径流的测定主要采用标准径流小区法、径流小区法、米级径流小区法、小集水区径流场技术和无定形径流小区技术等方法。上述方法在应用过程中，观测人员需要自制观测设施，且一旦测定的坡面选定并建造径流小区，径流测定设施就成为固定性的，而径流测定设施的投资大，测定坡面的面积也较大，所以只能建造较少的径流小区，普遍存在研究工作的重复样本少和所获结果的重复性较低的问题，缺乏比上述研究方法尺度更小、携带方便、且可成套生产的径流观测设备；另外，地表径流形成是在微尺度上降水与入渗、蒸发的平衡，坡面植被、覆盖物、人类活动、坡度、土壤类型等因素直接影响着径流的产生，而且随着空间尺度的增大，这些因素的变化也增大，只有在较小的尺度上选择研究点观测地表径流，这些影响因素才能看成一致，目前的径流测定设施普遍存在尺度较大的问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种便携式地表径流模拟测定装置，其尺度较小，能够大量重复测定地表径流样本数据，且其可拆卸，便于携带和移运。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种便携式地表径流模拟测定装置，包括：量筒、分水槽、径流框和采样瓶；所述量筒固定在支架上，所述量筒的下端设置有出水口，所述出水口上设置有阀门，所述出水口上连接有输水管；所述分水槽设置在所述输水管的端口处，所述分水槽的侧壁横向设置有出水长孔，所述出水长孔通向所述分水槽的内侧的底部，所述分水槽的下方设置有支撑座和搭板，所述搭板位于所述出水长孔的正下方，所述搭板与所述支撑座之间形成插缝，所述出水长孔的长度与所述搭板的宽度相等；所述径流框包括相互连接并围成矩形的前插板、后插板以及两个侧插板，所述前插板的内侧的宽度与所述搭板的宽度相等，所述搭板通过插缝搭扣在所述前插板的内侧，所述后插板的外侧设置有一个或多个径流输出接口；所述采样瓶通过径流输出管与所述后插板上的所述径流输出接口相连通，所述采样瓶的侧壁上设置有容积刻度线；其中，所述侧插板的外侧壁上设置有竖向角度测量装置，所述后插板的外侧壁上设置有水平参考装置。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，支架固定在地面上，量筒内装有实验用水，量筒竖直固定在支架的上部，分水槽的进水端位于输水管的出水口的下方，分水槽的出水端的侧壁的底部设置有横向的出水长孔，分水槽的下方设置有支撑座，支撑座可使出水长孔高于径流框，保证分水槽中的实验用水能通过出水长孔流入径流框中，搭板与支撑座的一个侧板形成插缝，径流框的前插板插入插缝中，搭板的宽度与出水长孔的长度相等，实验用水从出水长孔流出后可沿搭板流下，进入径流框中，防止实验用水飞溅和过分冲刷待测坡面，可提高测定的准确性，后插板上的径流输出接口通过径流输出管与采样瓶的入水口连接，采样瓶选用透明的瓶子，通过采样瓶侧壁上的容积刻度线，可以快速准确的读出径流的容积，通过侧插板上的竖向角度测量装置，可快速测量坡面的倾角，便于记录和对比多个不同倾角的采样坡面的观测数据，通过后插板的水平参考装置，可使后插板的上边沿水平，两个侧插板下边沿各处插入坡面的高度相同，两个侧插板的后端的上边沿分别与后插板的上边沿对齐，可保证两个侧插板的上边沿与坡面平行，前插板的上边沿同时与两个侧插板的前端的上边沿对齐，可保证前插板的上边沿水平，最终可使分水槽的出水长孔的下边沿各处处于同一水平高度，使出水长孔各处的出水量相同。观测时，将一定量的实验用水注入量筒中，加水量按该区多年平均降雨产生的最大地表径流量理论值范围确定，打开量筒上的出水口的阀门，实验用水通过输水管进入分水槽的进水端，通过分水槽分流后，从分水槽的出水端的出水长孔流出，沿搭板的一侧流入径流框中，实验用水在径流框内沿待测坡面的模拟通道形成径流，径流的水流从后插板的径流输出接口流出，通过径流输出管进入采样瓶中，采集的水样通过烘干方法，可以得到单位体积径流中的泥沙量，进一步计算可得坡面土壤侵蚀率，另外利用加水量和径流量之差，还可以计算径流入渗量等。本发明提出的便携式地表径流模拟测定装置，其支架、量筒、分水槽、径流框和采样瓶之间均为可拆卸连接，便于携带和移运，量筒和采样瓶的侧壁上均设置有容积刻度线，可直接读数，提高了采样数据的准确性。

作为优选的，所述前插板和后插板的高度为100-150mm，所述前插板和后插板的长度为125-250mm，所述侧插板的长度为500-1000mm。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，前插板、后插板和侧插板的尺度都在厘米级，可实现小尺度的径流观测，从而可研究径流的形成机制；同时，因为前插板、后插板和侧插板的尺度都在厘米级，其围成的区域较小，减少了坡面植被、覆盖物、人类活动、坡度、土壤类型等影响因素的变化给径流观测所带来的误差，可提高径流观测的精确度；另外，前插板、后插板和侧插板的尺度都在厘米级，便于携带和移运。

作为优选的，所述径流输出接口与所述后插板的下边沿的距离为50-100mm。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，后插板的下边沿需要插入土壤中，以保证后插板稳定固定在待测的坡面上，径流输出接口靠近后插板的下边沿，且距离后插板的下边沿有一定的距离，可保证径流水流能顺利从径流输出接口流出，同时又可避免土壤阻塞径流输出接口。

作为优选的，所述前插板、后插板以及所述侧插板的外侧壁上分别设置有插地深度基准横线，所述插地深度基准横线与所述径流输出接口相对齐。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，前插板、后插板和侧插板的外侧壁上的插地深度基准横线分别与其上、下边沿平行，且分别距离其下边沿的距离为50-100mm，将前插板、后插板和两个侧插板的下边沿插入待测坡面的土壤中，直至土壤的表面与插地深度基础横线重合，可保证前插板、后插板和侧插板稳定固定在待测坡面的土壤上，也可防止冲刷实验用水从疏松的土壤表层流出径流框；插地深度基准横线与径流输出接口的下边沿相对齐，防止土壤将径流输出接口堵塞。

作为优选的，所述分水槽内盛装有不同直径的水流调节球，所述水流调节球的直径范围为10-30mm。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，多个直径不同的水流调节球将分水槽填满，实验用水进入分水槽后，沿各个水流调节球之间的间隙流动，水流调节球可将实验用水较为均匀的分流，保证出水长孔各处的出水量和出水速度都近似相同。

作为优选的，所述竖向角度测量装置包括摆动杆和铰接轴，所述铰接轴设置在所述侧插板的外侧的上部，所述摆动杆的上端铰接在所述铰接轴上，所述铰接轴的正下方设置有竖直基准线，所述铰接轴的外围设置有角度刻度线，所述铰接轴位于所述角度刻度线的基准点处，所述竖直基准线位于所述角度刻度线的0°刻度处。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，侧插板的上部设置有连接孔，铰接轴的一端穿过连接孔固定在侧插板的外侧，摆动杆转动设置在铰接轴上，摆动杆在重力的作用下可绕铰接轴转动，在侧插板的外侧以铰接轴为基准点，沿以铰接轴的轴线与侧插板的外侧面的交点为圆心的圆弧设置有角度刻度线，侧插板的上、下边沿水平时，摆动杆指向竖直基准线，侧插板的上、下边沿倾斜时，铰接轴在重力作用下绕铰接轴转动，指向相应的角度刻度线，可以快速准确的读出待测坡面与水平面的夹角。

作为优选的，所述水平参考装置为水平尺，所述水平尺与所述后插板的上边沿相平行。

根据本发明的便携式地表径流模拟测定装置，水平尺固定在后插板的外侧的上部，且水平尺处于水平位置时，后插板的上边沿也处于水平。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的便携式地表径流模拟测定装置的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中A处的向视结构示意图；

图3是图1中B处的向视结构示意图；

图4是图1中C处的局部剖视放大结构示意图；

图5是图1中实施例的侧插板的上边沿水平状态下D处的局部放大结构示意图。

在图1至图5中：1量筒；2支架；3出水口；4阀门；5输水管；6分水槽；7出水长孔；8支撑座；9搭板；10插缝；11前插板；12后插板；13侧插板；14径流输出接口；15采样瓶；16径流输出管；17容积刻度线；18竖向角度测量装置；1801摆动杆；1802铰接轴；1803竖直基准线；1804角度刻度线；19水平参考装置；20插地深度基准横线；21水流调节球。

具体实施方式

参考图1至图3，本发明的实施例提出一种便携式地表径流模拟测定装置，包括：量筒1、分水槽6、径流框和采样瓶15；量筒1固定在支架2上，量筒1的下端设置有出水口3，出水口3上设置有阀门4，出水口3上连接有输水管5；分水槽6设置在输水管5的端口处，分水槽6的侧壁横向设置有出水长孔7，出水长孔7通向分水槽6的内侧的底部，分水槽6的下方设置有支撑座8和搭板9，搭板9位于出水长孔7的正下方，搭板9与支撑座8之间形成插缝10，出水长孔7的长度与搭板9的宽度相等；径流框包括相互连接并围成矩形的前插板11、后插板12以及两个侧插板13，前插板11的内侧的宽度与搭板9的宽度相等，搭板9通过插缝10搭扣在前插板11的内侧，后插板12的外侧设置有一个或多个径流输出接口14；采样瓶15通过径流输出管16与后插板12上的径流输出接口14相连通，采样瓶15的侧壁上设置有容积刻度线17；其中，侧插板13的外侧壁上设置有竖向角度测量装置18，后插板12的外侧壁上设置有水平参考装置19。

在以上实施例中，支架2固定在地面上，量筒1内装有实验用水，量筒1可通过一个铁夹竖直固定在支架2的上部，分水槽6的进水端位于输水管5的出水口3的下方，分水槽6的出水端的侧壁的底部设置有横向的出水长孔7，分水槽6的下方固定设置有支撑座8，支撑座8可由多块钢板焊接而成，支撑座8可使出水长孔7高于径流框，保证分水槽6中的实验用水能通过出水长孔7流入径流框中，搭板9与支撑座的一个侧板形成插缝10，径流框的前插板11插入插缝10中，搭板9的宽度与出水长孔7的长度相等，实验用水从出水长孔7流出后可沿搭板9的一个侧面流下，进入径流框中，防止实验用水飞溅和过分冲刷待测坡面，可提高测定的准确性，后插板12上的径流输出接口14通过径流输出管16与采样瓶15的入水口连接，采样瓶15选用透明的瓶子，通过采样瓶15侧壁上的容积刻度线17，可以快速准确的读出径流的容积，通过侧插板13上的竖向角度测量装置18，可快速测量坡面的倾角，便于记录和对比多个不同倾角的采样坡面的观测数据，通过后插板12的水平参考装置19，可使后插板12的上边沿水平，两个侧插板13下边沿各处插入坡面的高度相同，两个侧插板13的后端的上边沿分别与后插板12的上边沿对齐，可保证两个侧插板13的上边沿与坡面平行，前插板11的上边沿同时与两个侧插板13的前端的上边沿对齐，可保证前插板11的上边沿水平，最终可使分水槽6的出水长孔7的下边沿各处处于同一水平高度，使出水长孔7各处的出水量相同。观测时，将一定量的实验用水注入量筒1中，加水量按该区多年平均降雨产生的最大地表径流量理论值范围确定，打开量筒1上的出水口3的阀门4，实验用水通过输水管5进入分水槽6的进水端，通过分水槽6分流后，从分水槽6的出水端的出水长孔7流出，沿搭板9的一侧流入径流框中，实验用水在径流框内沿待测坡面的模拟通道形成径流，径流的水流从后插板12的径流输出接口14流出，通过径流输出管16进入采样瓶15中，采集的水样通过烘干方法，可以得到单位体积径流中的泥沙量，进一步计算可得坡面土壤侵蚀率，另外利用加水量和径流量之差，还可以计算径流入渗量等。本发明提出的便携式地表径流模拟测定装置，其支架2、量筒1、分水槽6、径流框和采样瓶15之间均为可拆卸连接，便于携带和移运，量筒1和采样瓶15的侧壁上均设置有容积刻度线17，可直接读数，提高了采样数据的准确性。

参考图1至图3，根据本发明的一个实施例，前插板11和后插板12的高度为100-150mm，前插板11和后插板12的长度为125-250mm，侧插板13的长度为500-1000mm。

在以上实施例中，前插板11和后插板12的高度为120mm，前插板11和后插板12的长度为200mm，侧插板13的长度为800mm；前插板11、后插板12和侧插板13的尺度都在厘米级，可实现小尺度的径流观测，从而可研究径流的形成机制；同时，因为前插板11、后插板12和侧插板13的尺度都在厘米级，其围成的区域较小，减少了坡面植被、覆盖物、人类活动、坡度、土壤类型等影响因素的变化给径流观测所带来的误差，可提高径流观测的精确度。

参考图3，根据本发明的一个实施例，径流输出接口14与后插板12的下边沿的距离为50-100mm。

在以上实施例中，后插板12的下边沿需要插入土壤中，以保证后插板12稳定固定在待测的坡面上，径流输出接口14靠近后插板12的下边沿，且距离后插板12的下边沿有60mm的距离，可保证径流水流能顺利从径流输出接口14流出，同时又可避免土壤阻塞径流输出接口14。

参考图1和图3，根据本发明的一个实施例，前插板11、后插板12以及侧插板13的外侧壁上分别设置有插地深度基准横线20，插地深度基准横线20与径流输出接口14相对齐。

在以上实施例中，前插板11、后插板12和侧插板13的外侧壁上的插地深度基准横线20分别与其上、下边沿平行，且分别距离其下边沿的距离为60mm，将前插板11、后插板12和两个侧插板13的下边沿插入待测坡面的土壤中，直至土壤的表面与插地深度基础横线重合，可保证前插板11、后插板12和侧插板13稳定固定在待测坡面的土壤上，也可防止冲刷实验用水从疏松的土壤表层流出径流框；插地深度基准横线20与径流输出接口14的下边沿相对齐，防止土壤将径流输出接口14堵塞。

参考图1，根据本发明的一个实施例，分水槽6内盛装有不同直径的水流调节球21，水流调节球21的直径范围为10-30mm。

在以上实施例中，多个水流调节球21将分水槽6填满，水流调节球21的直径为15mm、20mm和25mm；实验用水进入分水槽6后，沿各个水流调节球21之间的间隙流动，水流调节球21可将实验用水较为均匀的分流，保证出水长孔7各处的出水量和出水速度都近似相同。

参考图1和图5，根据本发明的一个实施例，竖向角度测量装置18包括摆动杆1801和铰接轴1802，铰接轴1802设置在侧插板13的外侧的上部，摆动杆1801的上端铰接在铰接轴1802上，铰接轴1802的正下方设置有竖直基准线1803，铰接轴1802的外围设置有角度刻度线1804，铰接轴1802位于角度刻度线1804的基准点处，竖直基准线1803位于角度刻度线1804的0°刻度处。

在以上实施例中，侧插板13的上部设置有连接孔，连接孔内设置有内螺纹，铰接轴1802的一端设置有相应的外螺纹，铰接轴1802与连接孔通过螺纹固定连接，摆动杆1801转动设置在铰接轴1802上，摆动杆1801在重力的作用下可绕铰接轴1802转动，在侧插板13的外侧以铰接轴1802为基准点，沿以铰接轴1802的轴线与侧插板13的外侧面的交点为圆心的圆弧设置有角度刻度线1804，侧插板13的上、下边沿水平时，摆动杆1801指向竖直基准线1803，侧插板13的上、下边沿倾斜时，铰接轴1802在重力作用下绕铰接轴1802转动，指向相应的角度刻度线1804，可以快速准确的读出待测坡面与水平面的夹角。

参考图1和图3，根据本发明的一个实施例，水平参考装置19为水平尺，水平尺与后插板12的上边沿相平行。

在以上实施例中，水平尺固定设置在后插板12的外侧的上部，且水平尺处于水平位置时，后插板12的上边沿也处于水平。

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，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，包括：

量筒(1)，所述量筒(1)通过铁夹固定在支架(2)上，所述量筒(1)的下端设置有出水口(3)，所述出水口(3)上设置有阀门(4)，所述出水口(3)上连接有输水管(5)；

分水槽(6)，所述分水槽(6)设置在所述输水管(5)的端口处，所述分水槽(6)的出水端的侧壁的底部横向设置有出水长孔(7)，所述分水槽(6)的下方设置有支撑座(8)和搭板(9)，所述搭板(9)位于所述出水长孔(7)的正下方，所述搭板(9)与所述支撑座(8)之间形成插缝(10)，所述出水长孔(7)的长度与所述搭板(9)的宽度相等；所述分水槽(6)内盛装有不同直径的水流调节球(21)，所述水流调节球(21)的直径范围为10-30mm；

径流框，所述径流框包括相互连接并围成矩形的前插板(11)、后插板(12)以及两个侧插板(13)，所述前插板(11)的内侧的宽度与所述搭板(9)的宽度相等，所述搭板(9)通过插缝(10)搭扣在所述前插板(11)的内侧，所述后插板(12)的外侧设置有一个或多个径流输出接口(14)；

采样瓶(15)，所述采样瓶(15)通过径流输出管(16)与所述后插板(12)上的所述径流输出接口(14)相连通，所述采样瓶(15)的侧壁上设置有容积刻度线(17)；

其中，所述侧插板(13)的外侧壁上设置有竖向角度测量装置(18)，所述后插板(12)的外侧壁上设置有水平参考装置(19)。

2.根据权利要求1所述的便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，所述前插板(11)和后插板(12)的高度为100-150mm，所述前插板(11)和后插板(12)的长度为125-250mm，所述侧插板(13)的长度为500-1000mm。

3.根据权利要求2所述的便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，所述径流输出接口(14)与所述后插板(12)的下边沿的距离为50-100mm。

4.根据权利要求3所述的便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，所述前插板(11)、后插板(12)以及所述侧插板(13)的外侧壁上分别设置有插地深度基准横线(20)，所述插地深度基准横线(20)与所述径流输出接口(14)相对齐。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，所述竖向角度测量装置(18)包括摆动杆(1801)和铰接轴(1802)，所述铰接轴(1802)设置在所述侧插板(13)的外侧的上部，所述摆动杆(1801)的上端铰接在所述铰接轴(1802)上，所述铰接轴(1802)的正下方设置有竖直基准线(1803)，所述铰接轴(1802)的外围设置有角度刻度线(1804)，所述铰接轴(1802)位于所述角度刻度线(1804)的基准点处，所述竖直基准线(1803)位于所述角度刻度线(1804)的0°刻度处。

6.根据权利要求5所述的便携式地表径流模拟测定装置，其特征在于，所述水平参考装置(19)为水平尺，所述水平尺与所述后插板(12)的上边沿相平行。

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