CN108362635A - 一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法，人工建造规格长×宽×深为6m×2m×0.6m、底板打孔的钢槽，用作装填土石混合物，钢槽通过滑轮控制可调节坡度，钢槽地板均匀打孔从而排除壤中流，钢槽正上方设置人工降雨器从而模拟野外降雨，旁边再安装降雨控制器控制降雨量大小，钢槽两侧设有集流槽汇集地下漏失部分的径流和泥沙，钢槽倾斜较低一侧设有地表及地下集流盘，地表的径流泥沙通过地表集流盘直接进入地表塑料径流桶，而地下漏失部分测通过钢槽两侧集流槽汇集进入地下径流通；本发明通过人工模拟降雨装置从而全面地研究土石混合体土壤侵蚀，包括地表侵蚀和地下漏失，能够更全面、系统地反应工程土石混合体土壤侵蚀状况。
Description
技术领域
本发明属于土壤侵蚀研究领域，具体地涉及一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法及其装置。
背景技术
随着我国经济的高速发展，工程建设项目如雨后春笋般涌现与推进，这些建设项目在占据大面积土地的同时，还产生了大量弃土弃渣，造成严重水土流失，破坏了生态系统，在局部地区形成的危害甚至是不可逆转的。大量工程弃土弃渣极易成为人为加速侵蚀的物质来源，工程建设造成的水土流失是一种典型的人为加速侵蚀，其具有水土流失强度高、范围广、危害大等特点，严重危及人类赖以生存的水土资源和自然环境，影响了社会发展，威胁了生态安全，制约了人民群众的生产生活。
工程堆积体是一种特殊工程地质材料，是人为扰动地表和地下岩土层，形成的一种土石混合物。其物质组成复杂、极度不均匀，结构松散、黏聚力差，保水保肥能力差，受到雨水冲刷极易发生水土流失及泥石流等灾害；受其特殊组成与结构的影响，工程堆积体水土流失内在机制与外部特征均与原生地表存在很大差异，其土壤侵蚀速率远超原地貌，造成的泥沙流失量明显大于耕地、林地等侵蚀地貌单元；当前堆积体土壤侵蚀研究整体处于探索阶段，且研究集中在堆积体坡面，未深入考虑到堆积体原地表形态及内部结构特征的影响。
传统技术现状：工程土石混合体土壤侵蚀研究方法长期以来都以野外放水冲刷、室内模拟降雨实验研究为主。野外放水冲刷实验即在工程土石混合体坡面上划定一定长宽尺寸的小区，在小区的上方设置好冲刷所需水流的水源以及流量控制计等相关设备，小区下部布设集流槽及径流桶等设备，从而研究不同影响因子下工程土石混合体土壤侵蚀状况。室内模拟降雨实验则是通过人工建造一定规格的钢槽，用作装填土石混合物，钢槽一侧通过滑轮控制可调节坡度，钢槽地板打孔从而排除壤中流，钢槽正上方设置人工降雨器从而模拟野外降雨，旁边再安装降雨控制器控制降雨量大小，从而开展工程土石混合体土壤侵蚀研究。
以往研究工程土石混合体土壤侵蚀均集中于研究其表层水土流失，及只能粗略反应出雨水冲刷工程土石混合体带走了多少土壤，雨水在工程土石混合体表面如何运移及运移特征，几乎没人考虑到工程土石混合体地下漏失部分；然而，工程土石混合体因其结构松散、黏聚力差等特殊结构特点，堆积体内部极易形成大大小小的孔隙，这些孔隙之间会形成连通的大小内部管道，因此，当工程土石混合体受到雨水冲刷时，雨水除了随地表流失之外，部分雨水必定会从内部孔隙往下迁移，从而致使工程土石混合体水土往地下漏失，水土中还间接带走土壤养分，这一现象在西南喀斯特山区尤其常见，这对于工程土石混合体土壤侵蚀影响较大。
综上，现有技术对于工程土石混合体土壤侵蚀的研究仅仅停留在其表面，并未深入研究工程土石混合体内部构造对其土壤侵蚀的影响，因此，得到的土壤侵蚀结果仅能反应出一面而并非全部，研究设备及方法还不足以支撑工程土石混合体土壤侵蚀地下漏失规律研究。
发明内容
本发明在现有技术基础上改进、完善研究出了一种新的工程土石混合体土壤侵蚀研究方法和装置，该方法不仅能研究工程土石混合体地表土壤侵蚀状况，还能较好地研究工程土石混合体地下部分土壤侵蚀状况，能够更全面、系统地反应工程土石混合体土壤侵蚀状况，为充分掌握工程土石混合体水土流失规律作出了有力的补充。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法，通过人工模拟降雨装置从而全面地研究土石混合体土壤侵蚀，包括地表侵蚀和地下漏失；具体地：
人工建造规格长×宽×深为6m×2m×0.6m、底板打孔的钢槽，用作装填土石混合物，钢槽通过滑轮控制可调节坡度，钢槽地板均匀打孔从而排除壤中流，钢槽正上方设置人工降雨器从而模拟野外降雨，旁边再安装降雨控制器控制降雨量大小，钢槽两侧设有集流槽汇集地下漏失部分的径流和泥沙，钢槽倾斜较低一侧设有地表及地下集流盘，地表的径流泥沙通过地表集流盘直接进入地表塑料径流桶，而地下漏失部分测通过钢槽两侧集流槽汇集进入地下径流通；
首先将选定的实验材料即土石混合体装入钢槽中，填土表面用木板耙平，边界处人为用手压实以减小边缘效应，降小雨至土石混合物水分饱和，然后调节好坡度、降雨强度各因素至实验设计水平，然后开始降雨，同时用塑料桶收集好径流泥沙样，土石混合体表层水土流失通过地表集流盘流入地表径流桶，土石混合体地下水土流失通过两侧集流槽汇入地下集流盘再流入地下径流桶，然后收集地表、地下径流桶内的径流泥沙从而即可测定土石混合体坡面及地下产流量。
上述一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法所用的装置，包括降雨设备和钢槽设备，钢槽设备包括模拟钢槽和支架，支架安装在模拟钢槽的一侧，该侧模拟钢槽通过链条与支架上的滑轮连接；模拟钢槽底部是打孔地板，模拟钢槽左右两侧设有集流槽，模拟钢槽倾斜较低的一侧上下分别设有地表集流盘及地下集流盘，地表集流盘和地下集流盘的下端分别设有地表径流桶和地下径流桶；降雨设备包括降雨器，降雨器安装在模拟钢槽的上方，降雨器通过电线与降雨控制器连接。
所述模拟钢槽尺寸大小长×宽×深为6m×2m×0.6m，亦可根据实际情况而定。
所述打孔地板的打孔孔径5cm。
本发明的有益效果：
本发明不仅能研究工程土石混合体地表土壤侵蚀状况，还能较好地研究工程土石混合体地下部分土壤侵蚀状况，弥补了之前研究的不足，能够更全面、系统地反应工程土石混合体土壤侵蚀状况，为充分掌握工程土石混合体水土流失规律作出了有力的补充。
本发明的特点：
(1)首次从工程土石混合体内部构造出发，探讨工程土石混合体地下漏失规律。
(2)通过人工模拟降雨来研究工程土石混合体土壤侵蚀地下漏失状况的设备装置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标记：1、模拟钢槽，2、集流槽，3、打孔地板，4、滑轮，5、链条，6、支架，7、地表径流桶，8、地下径流桶，9、地表集流盘，10、地下集流盘，11、降雨器， 12、降雨控制器，13、电线。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法及其装置具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参见图1，一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法，通过人工模拟降雨装置从而全面地研究土石混合体土壤侵蚀，包括地表侵蚀和地下漏失；具体地：
人工建造规格长×宽×深为6m×2m×0.6m、底板打孔的钢槽，用作装填土石混合物，钢槽通过滑轮控制可调节坡度，钢槽地板均匀打孔从而排除壤中流，钢槽正上方设置人工降雨器从而模拟野外降雨，旁边再安装降雨控制器控制降雨量大小，钢槽两侧设有集流槽汇集地下漏失部分的径流和泥沙，钢槽倾斜较低一侧设有地表及地下集流盘，地表的径流泥沙通过地表集流盘直接进入地表塑料径流桶，而地下漏失部分测通过钢槽两侧集流槽汇集进入地下径流通；
首先将选定的实验材料即土石混合体装入钢槽中，填土表面用木板耙平，边界处人为用手压实以减小边缘效应，降小雨至土石混合物水分饱和，然后调节好坡度、降雨强度各因素至实验设计水平，然后开始降雨，同时用塑料桶收集好径流泥沙样，土石混合体表层水土流失通过地表集流盘流入地表径流桶，土石混合体地下水土流失通过两侧集流槽汇入地下集流盘再流入地下径流桶，然后收集地表、地下径流桶内的径流泥沙从而即可测定土石混合体坡面及地下产流量。
上述一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法所用的装置，包括降雨设备和钢槽设备，钢槽设备包括模拟钢槽1和支架6，支架6安装在模拟钢槽1的一侧，该侧模拟钢槽1 通过链条5与支架6上的滑轮4连接；模拟钢槽1底部是打孔地板3，模拟钢槽1左右两侧设有集流槽2，模拟钢槽1倾斜较低的一侧上下分别设有地表集流盘9及地下集流盘10，地表集流盘9和地下集流盘10的下端分别设有地表径流桶7和地下径流桶8；降雨设备包括降雨器11，降雨器11安装在模拟钢槽1的上方，降雨器11通过电线13与降雨控制器12连接。
所述模拟钢槽1尺寸大小长×宽×深为6m×2m×0.6m，亦可根据实际情况而定。
所述打孔地板3的打孔孔径5cm。
实施例：
以退耕还林坡度(25°)为实验坡度，研究了不同雨强下(15mm/h、30mm/h、50mm/h、70mm/h、90mm/h)土石混合体坡面及地下水土流失特征，降雨时间为30min，得到的实验数据如下：
表1实验数据统计表
本发明通过改进传统人工模拟降雨装置及完善实验技术，从而研究工程土石混合体土壤侵蚀坡面侵蚀及地下“漏失”，弥补了过去研究停留在工程土石混合体表层土壤侵蚀的缺陷，从实验结果可以看出，工程土石混合体地下“漏失”比较明显，在同等实验条件下，地下“漏失”的量反而超过从其坡面侵蚀的量，这有可能是由于本实验所用土石混合体中石粒含量比较高，从而致使其内部容易形成大小连通的孔隙，给水土的“漏失”提供了通道。本发明能从坡面及地下两方面了解掌握工程土石混合体土壤侵蚀规律，对完善土壤侵蚀科学起到了很好的作用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法，其特征在于：通过人工模拟降雨装置从而全面地研究土石混合体土壤侵蚀，包括地表侵蚀和地下漏失；具体地：
人工建造规格长×宽×深为6m×2m×0.6m、底板打孔的钢槽，用作装填土石混合物，钢槽通过滑轮控制可调节坡度，钢槽地板均匀打孔从而排除壤中流，钢槽正上方设置人工降雨器从而模拟野外降雨，旁边再安装降雨控制器控制降雨量大小，钢槽两侧设有集流槽汇集地下漏失部分的径流和泥沙，钢槽倾斜较低一侧设有地表及地下集流盘，地表的径流泥沙通过地表集流盘直接进入地表塑料径流桶，而地下漏失部分测通过钢槽两侧集流槽汇集进入地下径流通；
首先将选定的实验材料即土石混合体装入钢槽中，填土表面用木板耙平，边界处人为用手压实以减小边缘效应，降小雨至土石混合物水分饱和，然后调节好坡度、降雨强度各因素至实验设计水平，然后开始降雨，同时用塑料桶收集好径流泥沙样，土石混合体表层水土流失通过地表集流盘流入地表径流桶，土石混合体地下水土流失通过两侧集流槽汇入地下集流盘再流入地下径流桶，然后收集地表、地下径流桶内的径流泥沙从而即可测定土石混合体坡面及地下产流量。
2.如权利要求1所述的一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法所用的装置，其特征在于：包括降雨设备和钢槽设备，钢槽设备包括模拟钢槽(1)和支架(6)，支架(6)安装在模拟钢槽(1)的一侧，该侧模拟钢槽(1)通过链条(5)与支架(6)上的滑轮(4)连接；模拟钢槽(1)底部是打孔地板(3)，模拟钢槽(1)左右两侧设有集流槽(2)，模拟钢槽(1)倾斜较低的一侧上下分别设有地表集流盘(9)及地下集流盘(10)，地表集流盘(9)和地下集流盘(10)的下端分别设有地表径流桶(7)和地下径流桶(8)；降雨设备包括降雨器(11)，降雨器(11)安装在模拟钢槽(1)的上方，降雨器(11)通过电线(13)与降雨控制器(12)连接。
3.如权利要求2所述的一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法所用的装置，其特征在于：所述模拟钢槽(1)尺寸大小长×宽×深为6m×2m×0.6m，亦可根据实际情况而定。
4.如权利要求2所述的一种研究工程土石混合体土壤侵蚀的方法所用的装置，其特征在于：所述打孔地板(3)的打孔孔径5cm。
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