CN107340381B

CN107340381B - 一种研究沟头侵蚀的移动试验装置及其试验方法

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Publication number: CN107340381B
Application number: CN201710615463.2A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 刘刚才; 张丹; 艾应伟; 罗辑; 赵广; 蒋豪
Original assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Current assignee: Institute of Mountain Hazards and Environment IMHE of CAS
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN107340381A

Abstract

本发明涉及一种研究沟头侵蚀的移动试验装置，包括储水池、试验槽、径流收集槽和径流收集池、移动装置和角度调整机构，试验槽的一端设有漫流槽，漫流槽的底部设有漫流缝，移动装置包括移动小车和试验底座，试验底座固定在移动小车上，储水池固定在试验底座的较高一侧，径流收集池固定在试验底座的较低一侧，试验槽通过角度调整机构安装于试验底座上，径流收集槽与径流收集池通过连接软管连通，在连接软管上安装有锁闭阀，还公开了其试验方法。本发明的优点在于：结构简单、操作、维护方便，可通过调节试验槽倾斜角度的方式模拟不同坡度的侵蚀情形开展针对性试验，也可连续开展不同坡度的侵蚀情形的多组对照试验，快速而准确，而且可重复使用。

Description

一种研究沟头侵蚀的移动试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及观测水土流失的环境监测实验装置，特别是一种研究沟头侵蚀的移动试验装置及其试验方法。

背景技术

冲沟侵蚀是一种主要侵蚀。据美国农业部调查，沟蚀量占总侵蚀量的18-73％（平均为35％）；总结分析世界各国家的沟蚀情况，沟蚀量占侵蚀总量的10-94％（平均为44％）；在我国黄土高原的丘陵沟壑区，面积有21.76万km²，沟蚀量占侵蚀总量的60-90％。因此，研究冲沟侵蚀是必不可少的内容，其中，冲沟沟头侵蚀和沟壁崩塌是一项重要内容。

目前，研究冲沟沟头侵蚀和沟壁崩塌，通常采用遥感影像、摄影和人工现场定位等方法进行，这些方法是通过比较不同时期的影像或照片或定位位置的变化情况来确定的，存在几个明显的不足：1）是通常需要较长时间才能获得；2）是获得的结果准确性较差，特别是它们的发生过程信息几乎没有；3）试验装置不能重复使用，而且角度固定，无法对不同坡度的侵蚀情形进行多组试验。因此，需要发明一种能快速准确测定冲沟沟头侵蚀和沟壁崩塌过程的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种研究沟头侵蚀的移动试验装置及其试验方法，其结构简单、操作、维护方便，可模拟不同坡度的侵蚀情形开展针对性试验，快速而准确，而且可重复使用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种研究沟头侵蚀的移动试验装置，包括储水池、试验槽、径流收集槽和径流收集池，多个试验槽并列设置，储水池与每个试验槽连通，试验槽远离储水池一端的墙体为开放式结构，且形成出水口，出水口的下方设有径流收集槽，径流收集槽的出水口与径流收集池连接，还包括移动装置和角度调整机构，试验槽靠近储水池的一端设有漫流槽，储水池的出水口与引水管的一端连接，引水管的另一端设有多条引水支路，每条引水支路上均装有流量调节阀，多条引水支路间隔均匀地沿漫流槽的长度方向分布，漫流槽的底部设有漫流缝，储水池内的水依次经过引水管、漫流槽和漫流缝进入试验槽内，移动装置包括移动小车和试验底座，试验底座固定在移动小车上，储水池固定在试验底座的较高一侧，径流收集池固定在试验底座的较低一侧，试验槽通过角度调整机构安装于试验底座上，径流收集槽与径流收集池通过连接软管连通，在连接软管上安装有锁闭阀。

径流收集池包括消能池和径流测量池，连接软管与消能池的上部连接，消能池与径流测量池通过过流管连接，过流管位于消能池和径流测量池的高位。

漫流缝的底面与试验槽的底面相互平行。

角度调整机构包括铰座和垫块，铰座固定在试验底座的中部，铰座与试验槽的底面中部铰接相连，试验槽较低一端下方垫有垫块，根据不同垫块的高度调节试验槽的坡度。

角度调整机构包括螺纹座、螺纹杆件和支座，螺纹座固定在试验底座中部，螺纹座内有竖直方向的内螺纹，螺纹杆件与螺纹座的内螺纹配合连接，螺纹杆件的上端与试验槽的底面中部铰接相连，下端连接有摇把，支座的下端固定在试验底座上，上端与试验槽较低一端铰接相连。

如前的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、调整角度：根据实地情况，调整试验槽的坡度；

S2、构造试验土：在试验槽的出水口处立二块模板，模板一上一下相接并将该面封闭，向试验槽内分层回填土，覆土完毕后，将上面的大模板拆除，留下下面的小模板，以防止侵蚀试验过程中试验土体顺坡滑出；

S3、模拟测试：开启对应的流量调节阀，引水管将储水池内的水引入漫流槽内，通过漫流缝进入对应试验槽，试验槽内的试验土在水流冲刷作用下，泥水混合物流进径流收集槽，开启锁闭阀，径流收集槽内的泥水混合物流进消能池，当泥水混合物集满消能池后，通过过流管进入径流测量池；

S4、计算侵蚀量：根据消能池和径流测量池内的泥水混合物的重量，计算侵蚀量。

步骤S1中，通过垫上不同高度的垫块来调节试验槽的坡度。

步骤S1中，通过转动把手来调节试验槽的坡度。

本发明具有以下优点：

1、本发明结构简单，并不需要人工或自然降雨，操作维护方便，模拟结果准确度高，快速，可在短时间内即可完成试验。

2、本发明可移动，适用于不同环境条件试验，具有较高的实用价值。

3、本发明的试验槽坡面角度可调，根据实地情况，进行调整，可同时模拟多种坡面角度开展对照试验。

4、引水流量大小可以根据研究的需要设置，用阀门控制流量，流量可大可小；也可根据研究需要，装不同特性的土壤构成不同土体层次构型，也可以构成不同长度和高度的土体，满足了不同研究目标的需求。

5、试验时，泥水混合物从径流收集槽进入消能池，减少泥水混合物对池底冲击而导致试验误差偏大。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的角度调整机构第一实施例的结构示意图；

图3 为本发明的角度调整机构第二实施例的结构示意图；

图中：1-储水池，2-引水管，3-流量调节阀，4-漫流槽，5-试验槽，6-径流收集槽，7-连接软管，8-锁闭阀，9-消能池，10-径流测量池，11-过流管，12-漫流缝，13-移动小车，14-试验底座，15-铰座，16-垫块，17-螺纹座，18-螺纹杆件，19-摇把，20-支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种研究沟头侵蚀的移动试验装置，包括储水池1、试验槽5、径流收集槽6和径流收集池，多个试验槽5并列设置，储水池1与每个试验槽5连通，试验槽5远离储水池1一端的墙体为开放式结构，且形成出水口，出水口的下方设有径流收集槽6，径流收集槽6的出水口与径流收集池连接，还包括移动装置和角度调整机构，试验槽5靠近储水池1的一端设有漫流槽4，储水池1的出水口与引水管2的一端连接，引水管2的另一端设有多条引水支路，每条引水支路上均装有流量调节阀3，多条引水支路间隔均匀地沿漫流槽4的长度方向分布，漫流槽4的底部设有漫流缝12，储水池1内的水依次经过引水管2、漫流槽4和漫流缝12进入试验槽5内，移动装置包括移动小车13和试验底座14，试验底座14固定在移动小车13上，储水池1固定在试验底座14的较高一侧，径流收集池固定在试验底座14的较低一侧，试验槽5通过角度调整机构安装于试验底座14上，径流收集槽6与径流收集池通过连接软管7连通，在连接软管7上安装有锁闭阀8，连接软管7可在调节角度调整机构时实现径流收集槽6与径流收集池之间的软连接。

进一步地，径流收集池包括消能池9和径流测量池10，连接软管7与消能池9的上部连接，消能池9与径流测量池10通过过流管11连接，过流管11位于消能池9和径流测量池10的高位。

进一步地，漫流缝12的底面与试验槽5的底面相互平行。

角度调整机构有两种实施方案：

实施例一：

如图2所示，角度调整机构包括铰座15和垫块16，铰座15固定在试验底座14的中部，铰座15与试验槽5的底面中部铰接相连，试验槽5较低一端下方垫有垫块16，根据不同垫块16的高度调节试验槽5的坡度。

实施例二：

如图3所示，角度调整机构包括螺纹座17、螺纹杆件18和支座20，螺纹座17固定在试验底座14中部，螺纹座17内有竖直方向的内螺纹，螺纹杆件18与螺纹座17的内螺纹配合连接，螺纹杆件18的上端与试验槽5的底面中部铰接相连，下端连接有摇把19，支座20的下端固定在试验底座14上，上端与试验槽5较低一端铰接相连。

S1、调整角度：根据实地情况，调整试验槽5的坡度；

S2、构造试验土：在试验槽5的出水口处立二块模板，模板一上一下相接并将该面封闭，向试验槽5内分层回填土，覆土完毕后，将上面的大模板拆除，留下下面的小模板，以防止侵蚀试验过程中试验土体顺坡滑出；

S3、模拟测试：开启对应的流量调节阀3，引水管2将储水池1内的水引入漫流槽4内，通过漫流缝12进入对应试验槽5，试验槽5内的试验土在水流冲刷作用下，泥水混合物流进径流收集槽6，开启锁闭阀8，径流收集槽6内的泥水混合物流进消能池9，当泥水混合物集满消能池9后，通过过流管11进入径流测量池10；

S4、计算侵蚀量：根据消能池9和径流测量池10内的泥水混合物的重量，计算侵蚀量，侵蚀量=（受侵蚀泥土重量/总试验土）*100%，受侵蚀泥土重量=泥水混合物重量-流出水重量，总试验土是指受到侵蚀的试验槽5内试验土重量。

步骤S1中，采用实施例一的角度调整机构，通过垫上不同高度的垫块16来调节试验槽5的坡度。

步骤S1中，采用实施例二的角度调整机构，通过转动把手19来调节试验槽5的坡度。

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

1.一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：

所述研究沟头侵蚀的移动试验装置，包括储水池（1）、试验槽（5）、径流收集槽（6）和径流收集池，多个所述试验槽（5）并列设置，所述储水池（1）与每个试验槽（5）连通，所述试验槽（5）远离储水池（1）一端的墙体为开放式结构，且形成出水口，所述出水口的下方设有径流收集槽（6），径流收集槽（6）的出水口与径流收集池连接，还包括移动装置和角度调整机构，所述试验槽（5）靠近储水池（1）的一端设有漫流槽（4），所述储水池（1）的出水口与引水管（2）的一端连接，引水管（2）的另一端设有多条引水支路，每条引水支路上均装有流量调节阀（3），多条引水支路间隔均匀地沿漫流槽（4）的长度方向分布，漫流槽（4）的底部设有漫流缝（12），储水池（1）内的水依次经过引水管（2）、漫流槽（4）和漫流缝（12）进入试验槽（5）内，所述移动装置包括移动小车（13）和试验底座（14），所述试验底座（14）固定在移动小车（13）上，所述储水池（1）固定在试验底座（14）的较高一侧，所述径流收集池固定在试验底座（14）的较低一侧，所述试验槽（5）通过所述角度调整机构安装于试验底座（14）上，所述径流收集槽（6）与径流收集池通过连接软管（7）连通，在连接软管（7）上安装有锁闭阀（8）；所述径流收集池包括消能池（9）和径流测量池（10），所述连接软管（7）与消能池（9）的上部连接，消能池（9）与径流测量池（10）通过过流管（11）连接，所述过流管（11）位于消能池（9）和径流测量池（10）的高位；

试验方法包括以下步骤：

S1、调整角度：根据实地情况，调整试验槽（5）的坡度；

S2、构造试验土：在试验槽（5）的出水口处立二块模板，模板一上一下相接并将该面封闭，向试验槽（5）内分层回填土，覆土完毕后，将上面的大模板拆除，留下下面的小模板，以防止侵蚀试验过程中试验土体顺坡滑出；

S3、模拟测试：开启对应的流量调节阀（3），引水管（2）将储水池（1）内的水引入漫流槽（4）内，通过漫流缝（12）进入对应试验槽（5），试验槽（5）内的试验土在水流冲刷作用下，泥水混合物流进径流收集槽（6），开启锁闭阀（8），径流收集槽（6）内的泥水混合物流进消能池（9），当泥水混合物集满消能池（9）后，通过过流管（11）进入径流测量池（10）；

S4、计算侵蚀量：根据消能池（9）和径流测量池（10）内的泥水混合物的重量，计算侵蚀量。

2.根据权利要求1所述的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：所述漫流缝（12）的底面与试验槽（5）的底面相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：所述角度调整机构包括铰座（15）和垫块（16），所述铰座（15）固定在试验底座（14）的中部，所述铰座（15）与试验槽（5）的底面中部铰接相连，所述试验槽（5）较低一端下方垫有垫块（16），根据不同垫块（16）的高度调节试验槽（5）的坡度。

4.根据权利要求1所述的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：所述角度调整机构包括螺纹座（17）、螺纹杆件（18）和支座（20），所述螺纹座（17）固定在试验底座（14）中部，所述螺纹座（17）内有竖直方向的内螺纹，所述螺纹杆件（18）与所述螺纹座（17）的内螺纹配合连接，所述螺纹杆件（18）的上端与试验槽（5）的底面中部铰接相连，下端连接有摇把（19），所述支座（20）的下端固定在试验底座（14）上，上端与所述试验槽（5）较低一端铰接相连。

5.根据权利要求1所述的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：步骤S1中，通过垫上不同高度的垫块（16）来调节试验槽（5）的坡度。

6.根据权利要求1所述的一种研究沟头侵蚀的移动试验装置的试验方法，其特征在于：步骤S1中，通过转动把手（19）来调节试验槽（5）的坡度。