CN108303518A - 一种可移动水土流失试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可移动水土流失试验装置，属于水土流失试验技术领域。该装置采用前后长大于宽的钢槽为堆积槽，堆积槽一侧设有台阶过道，另一侧设置传送装置，传送装置的电机驱动传送履带将堆积物质传送至堆积槽；堆积槽下方设置装有万向轮的支撑钢架，支撑钢架与堆积槽的前端底沿铰接，支撑钢架上设有液压调节器，液压调节器的调节杆与堆积槽底部固连，用于调节堆积槽与支撑钢架之间的夹角；堆积槽后端设有稳流水槽，稳流水槽与供水单元相连；堆积槽前端设有泥沙收集槽；堆积槽的底板开有渗水孔。本发明结构简单，造价低廉，方便移动，坡度和流量可调，为水土流失防治及科学研究提供基础数据，帮助消除工程堆积体水土流失对生态环境造成的破坏。
Description
技术领域
本发明属于水土流失试验装置技术领域，具体涉及一种可模拟工程堆积体上部汇水的移动式水土流失试验装置。
背景技术
随着我国社会经济的高速发展，经济建设项目日益增加。由于建设项目工期较长、土石方量大，所产生的工程堆积体是我国新增水土流失的重要来源(郭索彦等，建设项目水土流失现状与综合治理对策，《中国水土保持科学》2008(1):51-56)，对工程本身乃至生态环境安全造成威胁。
现有技术中，一般采用人工降雨来模拟工程堆积体水土流失过程(戎玉博等，雨强对工程堆积体侵蚀规律和细沟发育的影响，《泥沙研究》2016(06):12-18；史倩华等，模拟降雨条件下含砾石红壤工程堆积体产流产沙过程，《应用生态学报》2015(09):2673-1680；李建明等，不同土质工程堆积体径流产沙差异，《农业工程学报》2016(32):187-194)。然而有研究表明，许多情况下，工程堆积体不仅受到降雨侵蚀，其上部汇水也会导致严重的水土流失，特别是在铁路、公路等线状工程建设过程中经常依坡倾倒弃土弃渣形成的工程堆积体，由于上部汇水面积较大，暴雨过程中大量的上部汇水往往容易造成堆积体冲沟、坍塌等严重水土流失现象(张乐涛等，工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力学过程，《农业工程学报》2013(29):94-102；Nyssen et al.,Impact of road building on gully erosion risk:acase study from the northern Ethiopian Highlands,Earth Surface Processes andLandforms,2002(27):1267-1283)。而现有技术难以模拟工程堆积体上部汇水侵蚀产沙过程，因此采用的模拟降雨忽略了上部汇水冲刷作用对工程堆积体侵蚀产沙过程的影响，不能反映出真实工程堆积体的径流产沙特征。
此外，由于野外地形差异，依坡倾倒堆积体的坡度不同，且上方汇水面积也有差异，导致对堆积体的冲刷流量有所不同，需要依照不同情况调整模拟堆积体坡面的坡度和冲刷流量，现有技术难以实现此需求。而且，在水土流失试验中，经常需要将模拟堆积体坡面移动至不同位置进行试验或者观察对比，现有技术同样难以实现。
综上所述，现有的水土流失试验技术中，存在难以模拟不同坡度工程堆积体在不同流量上部汇水作用下的侵蚀产流产沙过程及移动性差的问题，致使无法得到准确的工程堆积体水土流失特征因子以及采用有效地防治措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种可移动水土流失试验装置，能模拟不同流量的上部汇水，检测和观测不同坡度工程堆积体的准确侵蚀产沙过程，从而提出科学有效的水土流失防治方法和措施。
本发明提出的一种可移动水土流失试验装置，其特征在于：采用前后长大于宽的矩形钢槽为堆积槽(用于装填堆积物质模拟工程堆积体)，堆积槽的一侧设有台阶过道用于试验人员观测，另一侧设置传送装置(包括电机和传送履带)，电机驱动传送履带能将堆积物质传送至堆积槽上部自由落下堆积于堆积槽内，模拟真实工程堆积体倾倒过程；堆积槽的下方设置装有万向轮的支撑钢架，支撑钢架以铰接方式与堆积槽的前端底沿连接，在支撑钢架上设有液压调节器，液压调节器的调节杆与堆积槽的底部固定连接，用于调节堆积槽与支撑钢架之间的夹角(即调节模拟堆积体的坡度)；堆积槽(上部)后端设有等宽的稳流水槽，能模拟上部汇水流出至堆积体，稳流水槽与供水单元相连；堆积槽前端装置有漏斗式泥沙收集槽，用于试验过程中收集径流泥沙样品；堆积槽的底板均匀开有渗水孔，供试验过程中土壤水分的自然渗漏。
所述的供水单元包括储水罐、水泵及进出水管，水泵上设置有调节阀门，用于调节出水流量；出水管连通至稳流水槽；水泵将水从储水罐抽入稳流水槽中，提供模拟试验的上部汇水；储水罐底部设有排水孔。
所述的渗水孔孔径4～5mm、密度20～30个/平方米；在堆积槽底板上渗水孔的前方(水流方向)设有横向挡条，一方面利于堆积物的堆积，另一方面利于土壤水分的渗漏。
将本发明装置用于试验时，向堆积槽装填工程堆积体，调节液压调节器使堆积槽的坡度到试验设计坡度，准备完毕可开始试验。打开并调节水泵上的电动阀门，使水泵上水管的出水流量为试验设计流量，储水罐内水被压入稳流水槽中，待稳流水槽溢出层状水流(溢流流量为试验设计流量)，方可进行试验观测。试验中可通过径流泥沙收集槽收集模拟堆积体坡面的径流泥沙样品，用于观测试验过程中实时产流产沙变化过程；通过收集渗水孔的渗水样品，可观测试验过程中的渗水情况；工作人员通过台阶过道可观测坡面流速、流深、流宽等水力参数；若坡面有侵蚀沟形成，可用测尺测量沟深、沟宽、沟长等参数以便观察坡面细沟侵蚀的发育状况；若模拟堆积体含有砾石，可在台阶过道拍摄坡面照片，分析堆积体坡面砾石出露面积、出露深度等地表糙度指标。
本发明装置中的堆积槽和稳流水槽的设置，能够真实模拟工程堆积体坡面上部汇水的冲刷形态，能更加准确地反映工程堆积体侵蚀产流产沙过程和特征；液压调节器和水泵的设置，能模拟不同坡度的堆积体坡面在不同流量上部汇水作用下的水土流失过程；传送装置的设置可模拟真实堆积体的堆积过程，且减少人力资源的使用；过道的设置方便试验人员近距离观测工程堆积体坡面的侵蚀特征，方便实现流速、流深、细沟形态等参数的测量；平台底部轮子的设置可以实现装置的自由移动，便于进行室内或室外的试验操作。本发明结构简单，造价低廉，方便移动，节省资源，符合科学试验重复性原则，为水土流失科学研究提供基础数据，有利于水土保持工作，从而帮助消除工程堆积体水土流失对生态环境造成的危害。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图中：1-堆积槽，2-稳流水槽，3-泥沙收集槽，4-工程堆积体，5-传送装置，6-台阶过道，7-液压调节器，8-支撑钢架，9-出水管，10-储水罐，11-渗水孔，12-万向轮，13-向储水罐供水的供水管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明技术方案的具体实施方式进行详细描述。
参见图1，本发明提出的一种可移动水土流失试验装置，采用通过模压成型的矩形钢槽为堆积槽1，该堆积槽长6m、宽3m、深0.5m，堆积槽用于装填堆积物质模拟工程堆积体4，堆积槽的一侧焊接有台阶过道6，沿着台阶过道能够从堆积槽的前端(下部)到达堆积槽的后端(上部)，便于试验人员观察堆积体各个部位的坡面侵蚀情况，在堆积槽的另一侧安装传送装置5(包括电机和传送履带，电机功率为3千瓦)，为方便检修，可通过螺栓将传送装置固定在堆积槽的侧边；堆积槽的下方设置装有万向轮12的支撑钢架8，万向轮的数量及材质选择以足以支撑堆积槽和堆积体的重量、及方便移动为原则；为了调节堆积槽与支撑钢架之间的夹角，将支撑钢架以铰接方式与堆积槽的前端底沿连接，同时还在支撑钢架上通过螺栓固定液压调节器7，液压调节器的调节杆与堆积槽的底部固定连接，该固定连接位置的选择应注意离堆积槽前端与后端保持合适的距离，该距离以最便于调节堆积槽与支撑钢架之间的夹角、使堆积槽保持平衡为原则，液压调节器的控制单元固定在支撑钢架上，通过液压调节器的控制按钮，使得其调节杆升高或降低，进而调节了堆积体的坡度；在堆积槽后端焊接等宽的容积为0.06m3稳流水槽2，稳流水槽能够溢出层状水流，模拟上部汇水流出至堆积体，本发明装置的供水单元包括储水罐10和水泵及进、出水管，储水罐的容积为20m3，稳流水槽通过出水管9与储水罐内的水泵连接，水泵上设置有调节阀门，通过调节阀门调节出水流量，模拟不同强度汇水下的水土流失情况，可通过进水管向储水罐供水；在堆积槽前端焊接漏斗式泥沙收集槽3；并在堆积槽的底板均匀开有孔径为4.5mm、密度20～30个/平方米的渗水孔11，在堆积槽底板上渗水孔的前方固定横向挡条，横向挡条高0.8-1cm，宽1cm。
下面结合图1，对本发明装置的使用作详细描述：
将本发明装置移动至既定试验地点，调节液压调节器7，将堆积槽1坡度调节至设计坡度；打开电机，将堆积物质通过传送履带传送至堆积槽1上方自由下落，达到设计堆积厚度之后停止传送，将堆积槽1内堆积物质稍作整平模拟真实坡面形态。
打开水泵，调节电动阀门，将出水流量调节至试验设计流量，水通过出水管9流入稳流水槽2中，待稳流水槽2开始溢出水流，方可开始进行水土流失观测试验。
试验过程中，观测人员通过台阶过道6对坡面水土流失过程近距离观测，并测量相应参数，通过渗水孔11观测渗水情况；堆积槽1内堆积体坡面上产生的径流和泥沙通过径流泥沙收集槽3流出，工作人员将收集容器置于径流泥沙收集槽3出水口处采集试验样品。
Claims (3)
1.一种可移动水土流失试验装置，其特征在于：采用前后长大于宽的矩形钢槽为堆积槽，堆积槽的一侧设有台阶过道，另一侧设置传送装置，传送装置的电机驱动传送装置的传送履带能将堆积物质传送至堆积槽；堆积槽的下方设置装有万向轮的支撑钢架，支撑钢架以铰接方式与堆积槽的前端底沿连接，在支撑钢架上设有液压调节器，液压调节器的调节杆与堆积槽的底部固定连接，用于调节堆积槽与支撑钢架之间的夹角；堆积槽后端设有等宽的稳流水槽，能模拟上部汇水流出至堆积体，稳流水槽与供水单元相连；堆积槽前端装置有漏斗式泥沙收集槽；堆积槽的底板均匀开有渗水孔。
2.根据权利要求1所述的可移动水土流失试验装置，其特征在于：
所述的供水单元包括储水罐、水泵及进出水管，水泵上设置有调节阀门，用于调节出水流量；出水管连通至稳流水槽；储水罐底部设有排水孔。
3.根据权利要求2所述的可移动水土流失试验装置，其特征在于：所述的渗水孔孔径4～5mm、密度20～30个/平方米；在堆积槽底板上渗水孔的前方设有横向挡条。
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