CN107843527A - 一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法。装置包括：可以设置不同坡度和土壤质地的坡面土体观测单元、可以收集特定深度坡面的土壤水深层渗漏的深层土壤集水单元、可以模拟不同降雨量和雨强的降雨模拟单元。方法为：建立坡面土体观测单元，单元内安装深层土壤集水单元，并利用降雨模拟单元设置不同特征的降雨事件，通过测定集水单元内的水量发生特征，包括水量和发生时间，明确不同降雨条件下，不同土壤质地、不同坡面角度、坡面特定深度的土壤水分深层渗漏数量特征，为坡面环境土壤水分平衡分析提供试验依据。
Description
技术领域
本发明涉及坡面降水深层入渗过程的发生点及定量观测，具体的说是一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法。
背景技术
土壤水分深层入渗数量是开展土壤水分平衡研究、降雨对地下水补充过程研究、坡面水土保持研究等方面的必不可少的重要数量参数。土壤水分深层渗漏量获得方式多年来一直未能明确，主要采用数学模型模拟方式、土壤水分含量变化过程、土壤水势差值等方式进行估算，所获得数值变化较大，通用性不足，仅可进行自我比较分析。坡面土壤水分入渗量直接观测方法以为只是在某个固定点开展过独立观测，缺乏对整个坡面的系统性观测方法，本方法的提出，可以系统的开展坡面土壤水分深层入渗过程的详细观测研究，可以获得不同坡度、不同土壤质地、不同降雨特征条件下的不同土壤深度截面的深层水分入渗数量和特征，为相关研究工作提供了一个新的手段。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，获得坡面不同位置的壤中水分入渗发生时间和数量。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，包括：
坡面土体观测单元，为上下开口的箱体，所述箱体内回填不同质地的土壤样品并且土壤坡面角度可变；
深层土壤集水单元，设置在坡面土体观测单元内的土壤中，为多个从坡顶到坡底依次相邻放置的集水容器，所述每个集水容器距离坡面的高度一致，所述集水容器上端为开放结构、下底板中央设置出水口连接出水管，所述出水管穿过坡面土体观测单元的箱体至所述坡面土体观测单元侧面的观测沟内，所述观测沟用于统一收集所有集水容器经出水管流出的水分；
降雨模拟单元，包括供水管线和依次设置在供水管线上的水泵、过滤器、减压阀、球阀、喷头；所述水泵将地下水抽出至供水管线内；所述过滤器用于滤出地下水中的杂质；所述减压阀用于调整喷头出水压力；所述球阀用于控制模拟降雨时的喷头开关；所述喷头为多个且布置在深层土壤集水单元上方，所述每个喷头距离坡面土体观测单元内的土壤坡面高度一致。
所述箱体为铁板制成。
所述坡面土体观测单元的箱体由隔板围成，所述隔板高度为3m。
所述深层土壤集水单元的深度设置在1.5-2.5m之间，收集地表下1.5-2.5m深度土壤截面的水分入渗数量。
所述集水容器设置在坡面土体观测单元内的中央线上。
所述集水容器为正方形或圆形筒体。
所述降雨模拟单元的供水管线直径为16mm；所述喷头距坡面土体观测单元内的土壤坡面距离为0.7-1.5m；喷头间距为1.2m。
一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，包括以下步骤：
步骤1：观测之前调整坡面土体观测单元内的土壤含水量；
步骤2：调节降雨模拟单元的球阀、减压阀，设置不同的降雨量、雨强参数，降水后开始水分入渗观测；
步骤3：记录各个集水容器的初始出水时间，并定期记录出水数量，最终获得坡面不同部位在相应土壤深度截面的水分入渗数量和发生时间。
所述步骤1包括：将试验土壤进行饱和灌溉，当集水容器内有水流出时停止浇水，等到出水管不再有水流出时记录时间，以保持土壤维持在最大持水量水平。
通过调节减压阀使得所述喷头工作压力为0.25-0.3Mpa，单个喷头雨强为36.18-37.74mm/h。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.使用本发明的观测装置及方法可以直接观测到不同坡度、不同土壤质地、不同降雨特征条件下的坡面土壤深层水分入渗数量及发生时间。
2.使用本发明的观测装置及方法的观测结果较少受到环境因子的影响。
3.本发明的观测装置经济实用，价格便宜，便于大量应用。
附图说明
图1为本发明中模拟装置侧向剖面示意图；
图2为本发明中模拟装置纵向剖面示意图；
图3为本发明中模拟装置平面示意图示意图；
图4为本发明中模拟装置降雨模拟单元安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1-3所示，本发明的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，包括：坡面土体观测单元、深层土壤集水单元、降雨模拟单元。
坡面土体观测单元：采用4mm铁板制作观测坡面土体的四周隔板，上下面不封闭，四周封闭，箱体水平投影的宽度为3米，隔板高3米，坡面长度根据试验需求可设置不同规格，并可形成不同坡度。箱体内可根据试验要求回填不同质地的土壤样品。
深层土壤集水单元：深度可设置在1.5-2.5m，即可收集地表下1.5-2.5m深度土壤截面的水分入渗数量。在坡面土体观测单元内部设置集水收集容器，容器规格为1m×1m×0.5m的正方体，上口不封闭，下口封闭，并在底板中央设置出水口，连接出水管；集水容器设置在坡面土体装置内部中央线上，从坡顶到坡底连续放置，每个容器间紧密连续排列，根据坡度调节容器放置高度，保持所有容器上表面与坡面表面距离统一。所有集水容器出水管从坡面箱体侧板打孔穿过，在侧方观测沟内开口，以收集管内水分。
降雨模拟单元：应用人工模拟降雨的方法设置不同降雨水平，主要包括供水管线和依次设置在供水管线上的水泵、过滤器、减压阀、球阀、喷头，安装位置如图4所示。水泵将地下水抽出至供水管线内，过滤器的滤芯为过滤纱网棉，可过滤水中杂质防止堵塞喷头，减压阀将进口水压减至需要的出口压力(0.25-0.3Mpa)，使出口压力保持稳定的状态，球阀在模拟降雨停止时，关闭球阀防止管中的水由喷头流出而影响模拟降雨精度。喷头工作压力：0.25-0.3Mpa,喷头距土表距离：0.7-1.5m，喷头间距：1.2m，单个喷头雨强：36.18-37.74mm/h，主管道直径：16mm。
一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，步骤如下：
1.前期土壤水分含量校正：
试验开始之前需要调整土壤含水量，将试验土壤进行饱和灌溉，当集水容器内有水流出时停止浇水，等到出水管不再有水流出时记录时间，以保持土壤维持在最大持水量水平，由此开始相关试验，打开球阀，通过减压阀设置不同的降雨量、雨强等降雨参数，关闭球阀降水完成后开始正式研究观测工作。
2.试验观测：
经过不同降雨处理后的坡面土体开始水分入渗观测，人工记录各个水分收集容器的初始出水时间，每间隔1小时(可自行设置)采用量筒方法人工记录出水数量，最终获得坡面不同部位在土壤深度为1.5m(或其他深度)截面的水分入渗数量和发生时间特点。
演示试验条件为：土壤质地为风沙土，试验坡面坡度为15度，坡长6米，测定深度为1.5米；管道压力0.3Mpa，单个喷头雨强36.18-37.74mm/h，人工降雨量72.94-75.48mm为例，间隔6小时观测一次渗漏水量，试验结果见表1。
表1 人工模拟降雨后观测到的水量表(单位：ml)
3.试验应用扩展
坡面角度可以自行设置调整，由此可以获得不同坡度条件下的试验数据。坡面土壤可以自行更换，可根据需要填加不同土壤类型，获得不同土壤类型下的水分入渗数量数据。入渗深度截面位置可以调节，通过调整集水容器上表面与地表的距离，可以设置不同土壤深度截面的水分入渗试验。降雨特征可调，可以根据试验要求设置不同的降雨特征开展水分入渗观测研究。
Claims (10)
1.一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，包括：
坡面土体观测单元，为上下开口的箱体，所述箱体内回填不同质地的土壤样品并且土壤坡面角度可变；
深层土壤集水单元，设置在坡面土体观测单元内的土壤中，为多个从坡顶到坡底依次相邻放置的集水容器，所述每个集水容器距离坡面的高度一致，所述集水容器上端为开放结构、下底板中央设置出水口连接出水管，所述出水管穿过坡面土体观测单元的箱体至所述坡面土体观测单元侧面的观测沟内，所述观测沟用于统一收集所有集水容器经出水管流出的水分；
降雨模拟单元，包括供水管线和依次设置在供水管线上的水泵、过滤器、减压阀、球阀、喷头；所述水泵将地下水抽出至供水管线内；所述过滤器用于滤出地下水中的杂质；所述减压阀用于调整喷头出水压力；所述球阀用于控制模拟降雨时的喷头开关；所述喷头为多个且布置在深层土壤集水单元上方，所述每个喷头距离坡面土体观测单元内的土壤坡面高度一致。
2.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述箱体为铁板制成。
3.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述坡面土体观测单元的箱体由隔板围成，所述隔板高度为3m。
4.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述深层土壤集水单元的深度设置在1.5-2.5m之间，收集地表下1.5-2.5m深度土壤截面的水分入渗数量。
5.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述集水容器设置在坡面土体观测单元内的中央线上。
6.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述集水容器为正方形或圆形筒体。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，其特征在于，所述降雨模拟单元的供水管线直径为16mm；所述喷头距坡面土体观测单元内的土壤坡面距离为0.7-1.5m；喷头间距为1.2m。
8.一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：观测之前调整坡面土体观测单元内的土壤含水量；
步骤2：调节降雨模拟单元的球阀、减压阀，设置不同的降雨量、雨强参数，降水后开始水分入渗观测；
步骤3：记录各个集水容器的初始出水时间，并定期记录出水数量，最终获得坡面不同部位在相应土壤深度截面的水分入渗数量和发生时间。
9.根据权利要求1所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，其特征在于：所述步骤1包括：将试验土壤进行饱和灌溉，当集水容器内有水流出时停止浇水，等到出水管不再有水流出时记录时间，以保持土壤维持在最大持水量水平。
10.根据权利要求8-9任意一项所述的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，其特征在于：通过调节减压阀使得所述喷头工作压力为0.25-0.3Mpa，单个喷头雨强为36.18-37.74mm/h。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109238802A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-18 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 土体测量方法 |
| CN110095383A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-06 | 西安理工大学 | 一种用于模拟降雨进行坡面径流和壤中流运动分析的装置 |
| CN112681276A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-20 | 江苏省地质矿产局第三地质大队 | 一种确定下蜀土边坡最大降雨入渗深度监测系统及方法 |
| CN113252876A (zh) * | 2020-05-18 | 2021-08-13 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置及实验方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN200950113Y (zh) * | 2006-07-17 | 2007-09-19 | 中国农业大学 | 产渗流入渗仪 |
| CN102331282A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 中国林业科学研究院 | 土壤深层水量渗漏测试记录仪 |
| CN102507413A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-20 | 北京交通大学 | 一种测试降雨过程中冻土边坡入渗量的装置 |
| KR101270559B1 (ko) * | 2012-10-09 | 2013-06-03 | 부산대학교 산학협력단 | 비점 및 lid 검정 모의기기 |
| CN103884632A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-25 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 野外坡地土壤入渗性能实地监测系统 |
| CN103884829A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-25 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法 |
| CN104459045A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 降水入渗过程及根系生长动态综合观测系统 |
| CN207472718U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-08 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置 |
-
2017
- 2017-12-05 CN CN201711268706.6A patent/CN107843527A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN200950113Y (zh) * | 2006-07-17 | 2007-09-19 | 中国农业大学 | 产渗流入渗仪 |
| CN102331282A (zh) * | 2011-08-30 | 2012-01-25 | 中国林业科学研究院 | 土壤深层水量渗漏测试记录仪 |
| CN102507413A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-06-20 | 北京交通大学 | 一种测试降雨过程中冻土边坡入渗量的装置 |
| KR101270559B1 (ko) * | 2012-10-09 | 2013-06-03 | 부산대학교 산학협력단 | 비점 및 lid 검정 모의기기 |
| CN103884632A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-25 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 野外坡地土壤入渗性能实地监测系统 |
| CN103884829A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-06-25 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 变坡土壤径流与入渗特征监测装置及其监测方法 |
| CN104459045A (zh) * | 2014-12-03 | 2015-03-25 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 降水入渗过程及根系生长动态综合观测系统 |
| CN207472718U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-08 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109238802A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-18 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 土体测量方法 |
| CN110095383A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-08-06 | 西安理工大学 | 一种用于模拟降雨进行坡面径流和壤中流运动分析的装置 |
| CN113252876A (zh) * | 2020-05-18 | 2021-08-13 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置及实验方法 |
| CN113252876B (zh) * | 2020-05-18 | 2023-03-17 | 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 | 含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置及实验方法 |
| CN112681276A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-20 | 江苏省地质矿产局第三地质大队 | 一种确定下蜀土边坡最大降雨入渗深度监测系统及方法 |
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