CN108593878A - 一种原位水土流失实验室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水土流失领域，具体公开了一种原位水土流失实验室，该实验室设有操作子室和实验子室；并设有装载土壤的实验槽，通过升降装置驱动实验槽上升或下降可模拟土壤坡度，通过地震模拟装置可模拟震级较低的地震现象，通过降雨喷雾装置可模拟多种降雨天气，同时通过吹风装置可模拟风向及风力大小。因此，本发明能够结合坡度、降雨、风力及地震等现象来模拟真实的自然现象，来真实反馈待监测土壤的水土流失情况，为水土流失的研究提供真实的实验数据。

Description

一种原位水土流失实验室

技术领域

本发明属于水土流失领域，特别涉及一种原位水土流失实验室。

背景技术

水土流失是指地表土壤及母质、岩石受到水力、风力及重力等自然营力作用，使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象。狭义的“水土流失”是特指水力侵蚀地表土壤的现象，使水土资源和土地生产力受到破坏和损失，影响到人类和其他动植物的生存，具体为：土壤剥蚀，冲毁土地，破坏耕田，肥力减退；生态失调，旱涝灾害频繁；淤积水库，堵塞河道；削减地力，加剧干旱发展。

传统的水土流失预测方法是在野外建立不同的坡度，不同植被覆盖条件下的径流小区，利用天然降雨对坡面土壤侵蚀过程进行观测，这种方法周期长，且资金和人力投入高。

近年来也出现了人工模拟自然降雨，通过测定降雨强度、土壤侵蚀量，研究其雨型、下垫面条件和不同地表处理的土壤侵蚀规律从而确定水土流失量，建立侵蚀模型，实现对水土流失的监测。如中国专利申请号为200910061200.7的专利文献公开一种移动式水土流失实验室，能够模拟降雨、水土坡度等自然现象，但是，该专利文献中模拟不同雨量需拆卸更换喷头，且不能研究同时具有风雨及地震情况下水土流失状况，因此，该实验室对于水土流失研究较单一，不够全面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位水土流失实验室，从而克服现有水土流失实验室研究水土流失不够全面的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种原位水土流失实验室，包括：

实验室，其一侧为操作子室，另一侧为实验子室；试验台，其设于所述实验子室内；支撑座，其呈L型，该支撑座的一侧铰接于所述试验台；升降装置，其设于所述支撑座的另一侧与所述实验子室的底部之间，用于驱动所述支撑座绕铰接点转动；

地震模拟装置，若干个所述地震模拟装置均匀设于所述支撑座上；其中，所述地震模拟装置包括：地震模拟机架；地震模拟电机，其设于所述地震模拟机架上；导轨，其呈竖直的方式设于所述地震模拟机架上；滑块，其以能够滑动地设于所述导轨上，所述地震模拟电机依次通过曲柄和第一连杆与所述滑块连接；摇杆，两个所述摇杆的一端各铰接于所述导轨的上端的两侧；及第二连杆，两个所述第二连杆的一端各固定于所述滑块的一侧，另一端各铰接于一个所述摇杆的杆壁上；

实验槽，其放置于若干个所述地震模拟装置的导轨上，该实验槽的一侧抵靠于L型所述支撑座的一侧，所述实验槽的底部设有过滤层；挡板，其设于所述实验槽内以将其分为原土装载区及流水区；储水箱，其通过管道与所述过滤层连接；

降雨喷雾装置，其包括：降雨模拟机架，其设于所述实验槽的上方；三通接头，其设于所述降雨模拟机架上；降雨管，两根该降雨管以能够旋转的方式设于所述降雨模拟机架上，两根所述降雨管的一端以能够旋转并密封的方式各与所述三通接头的一个接口连接；降雨喷头，多组并排的所述降雨喷头沿所述降雨管的周向均匀设置，多组所述降雨喷头的喷孔依次变小，所述降雨喷头均设有电磁阀；及降雨模拟电机，两个该降雨模拟电机各通过带传动与一根所述降雨管连接以驱动其旋转；以及

吹风装置，多个该吹风装置均匀设置于所述实验槽上方的实验子室的周壁上，所述实验子室的周壁对应每个所述吹风装置的风口均设有一流通门。

优选的，上述技术方案中，所述操作子室内设有操作台，所述操作台包括：PLC控制器、降雨矩阵按键、降雨选择按键、地震矩阵按键、升降控制按键及吹风矩阵按键，所述降雨模拟电机、电磁阀、地震模拟电机、升降装置的控制端及吹风装置的控制端分别与所述PLC控制器连接，所述PLC控制器分别与所述降雨选择按键、降雨矩阵按键、地震矩阵按键、升降控制按键及吹风矩阵按键。

优选的，上述技术方案中，所述升降装置为气缸。

优选的，上述技术方案中，还包括：气源系统、水箱、水泵及水泵启动矩阵按键，所述气源系统与所述气缸连接，所述水箱通过设有所述水泵的管路与所述三通接头的一个接口连接，所述PLC控制器分别与所述水泵及水泵启动矩阵按键连接。

优选的，上述技术方案中，所述实验室的侧部设有吊钩。

优选的，上述技术方案中，所述挡板的高度低于所述实验槽的高度。

优选的，上述技术方案中，所述过滤层由多层毛呢纤维构成。

优选的，上述技术方案中，所述吹风装置为风机。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明中的原位水土流失实验室，能够结合坡度、降雨、风力及地震等现象来模拟真实的自然现象，来真实反馈待监测土壤的水土流失情况，为水土流失的研究提供真实的实验数据。

2. 本发明中的降雨喷雾装置，具有多组不同喷孔的喷头，能够模拟不同雨量的降雨方式，如暴雨、阵雨、雾等天气，使用过程无需更换喷头，能够直接进行转换。

3. 本发明中的地震模拟装置，通过曲柄、连杆及摇杆等配件实现级数不高的地震自然现象。

附图说明

图1是根据本发明原位水土流失实验室的结构图。

图2是根据本发明地震模拟装置的结构图。

图3是根据本发明原位水土流失实验室的电路结构图。

主要附图标记说明：

1-实验室，11-操作子室，12-实验子室，13-吊钩，14-流通门，2-试验台，3-支撑座，4-升降装置，5-地震模拟装置，51-地震模拟机架，52-地震模拟电机，53-曲柄，54-第一连杆，55-滑块，56-导轨，57-第二连杆，58-摇杆，6-实验槽，61-挡板，62-原土装载区，63-流水区，64-过滤层，7-土壤，8-储水箱，9-降雨喷雾装置，91-降雨模拟机架，92-三通接头，93-降雨管，94-降雨喷头，95-电磁阀，96-降雨模拟电机，97-水泵，10-吹风装置，20-操作台，201-PLC控制器，202-升降控制按键，203-降雨选择按键，204-降雨矩阵按键，205-水泵启动矩阵按键，206-地震矩阵按键，207-吹风矩阵按键。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1显示了根据本发明优选实施方式的原位水土流失实验室的结构图。

如图1所示，原位水土流失实验室包括：实验室1、试验台2、支撑座3、升降装置4、地震模拟装置5、实验槽6、挡板64、储水箱8、降雨喷雾装置9、吹风装置10、操作台20、气源系统、水箱以及水泵97；实验室1的一侧为操作子室11，另一侧为实验子室12，实验室1的侧部设有吊钩13，拉臂车可通过吊钩13将实验室1拉至其上进行运输，使得能够在任何地方进行水土流失试验；试验台2设于实验子室12内；支撑座3呈L型，该支撑座3的一侧铰接于试验台2上；升降装置4设于支撑座3的另一侧与实验子室12的底部之间，用于驱动支撑座3绕铰接点转动，该实施例中，升降装置4优选为气缸，同时配置有与气缸连接的气源系统以为其提供气源，气源系统可为现有气源系统的一种。

继续参考图1-图2，若干个地震模拟装置5均匀设于支撑座3上；其中，地震模拟装置5包括：地震模拟机架51、地震模拟电机52、导轨56、滑块55、摇杆58及第二连杆57；地震模拟机架51设于支撑座3上，地震模拟电机52设于地震模拟机架51上；导轨56呈竖直的方式设于地震模拟机架51上；滑块55以能够滑动地设于导轨56上，地震模拟电机52依次通过曲柄53和第一连杆54与滑块55连接；两个摇杆58的一端各铰接于导轨56的上端的两侧；两个第二连杆57的一端各固定于滑块55的一侧，另一端各铰接于一个摇杆58的杆壁上。进一步的，实验槽6放置于若干个地震模拟装置5的导轨56上，模拟地震时，地震模拟电机52通过曲柄53、第一连杆54带动滑块55沿导轨56上下滑动，滑块55带动第二连杆57使得摇杆58上下移动，此时，摇杆58就会驱动实验槽6上下震动以模拟地震现象。

进一步参考图1，实验槽6的一侧抵靠于L型支撑座3的一侧，使得气缸驱动实验槽6模拟坡度时，实验槽6的一侧能够抵靠支撑座3上以不掉落，实验槽6的底部设有过滤层64，该实施例中，过滤层64优选由多层毛呢纤维构成，该方式不仅能够最大程度还原细泥土过滤，而且能够阻止土壤流失；挡板61设于实验槽6内以将其分为原土装载区62及流水区63，挡板61的高度低于实验槽6的高度，使得原土装载区62内能够装载具有斜坡的土壤，而流水区63用于当进行水土流失实验时，用于装载流失的水土；储水箱8通过管道与过滤层64连接，用于装载流失的水。

进一步参考图1，降雨喷雾装置9包括：降雨模拟机架91、三通接头92、降雨管93、降雨喷头94、降雨模拟电机96、水箱以及水泵97；降雨模拟机架91设于实验子室12内的顶部，三通接头92设于降雨模拟机架91上；两根该降雨管93以能够旋转的方式设于降雨模拟机架91上，两根降雨管93的一端以能够旋转并密封的方式各与三通接头92的一个接口连接，另一端呈密封状态；多组并排的降雨喷头94沿降雨管93的周向均匀设置，多组降雨喷头94的喷孔依次变小，多组降雨喷头94为模拟不同雨量的喷头，每组降雨喷头各模拟一种降雨现象，如降雨喷头为六组，依次为符合暴雨、中雨、小雨、大雾、中雾、小雾的喷孔，其中，降雨喷头94均设有电磁阀95；两个降雨模拟电机96各通过带传动与一根降雨管93连接以驱动其旋转，使得进行实验时能够选择适合雨量的降雨喷头95与实验槽6相对应。进一步的，水箱设于实验室1的上部，水箱通过设有水泵97的管路与三通接头92的一个接口连接，由水泵97提供输水动力，其中，作为该实施例的优选，可以将储水箱8和水箱融合在一起。

再一步参考图1，该实施例中还引入了模拟自然风的吹风装置10，多个吹风装置10均匀设置在实验槽6上方的实验子室12的周壁上，实验子室12的周壁对应每个吹风装置10的风口均设有一流通门14，当需要进行特定方向的风向时，打开对应的吹风装置10和流通门14即可，优选的，吹风装置10为风机。

继续参考图3，操作子室12内设有操作台20，主要用于操控该实验室中的各种设备，操作台20包括：PLC控制器201、降雨矩阵按键204、降雨选择按键203、地震矩阵按键206、升降控制按键202、吹风矩阵按键207及水泵启动矩阵按键205，降雨模拟电机96、电磁阀95、地震模拟电机52、升降装置4的控制端、吹风装置10的控制端及水泵97的控制端分别与PLC控制器201连接，PLC控制器201分别与降雨选择按键203、降雨矩阵按键204、地震矩阵按键206、升降控制按键202、吹风矩阵按键207及水泵启动矩阵按键205连接。其中，降雨选择按键203用于控制降雨模拟电机96旋转，从而能够选择合适的降雨喷头组。降雨矩阵按键204用于分别控制对应组的降雨喷头的电磁阀95，从而能够开启降雨和停止降雨。地震矩阵按键206分别用于控制地震模拟装置5的地震模拟电机52的旋转速度，以开启对应震级的地震模拟。升降控制按键202用于控制气缸的升降以模拟对应的坡度。吹风矩阵按键207分别用于控制各风向的风机及风力大小。水泵启动矩阵按键205用于打开或关闭水泵97及控制水泵97的转速。

进一步的，进行水土流失实验时，将待做实验的土壤7放入实验槽内，同时，待做实验的坡度为20°，此时可通过升降控制按键202控制升降装置4的升起以调节实验槽6至合适的斜度，然后获取待做土壤地某一时间段的气象状况，如一个月内的风向及风力、天气情况，即10天的风向为东风、风力为二级，天气情况为小雨；3天的风向为东风、风力为5级，天气情况为大雨，具有3级弱震；7天的风向为东风、风力为2级，天气情况为小雨；10天的风向为南风，风力一级，天气情况为大雾。首先，先模拟第一阶段10天的气象状况，通过吹风矩阵按键207上的按钮开启对应风向的风机及风力，及打开对应的流通门14，通过降雨选择按键204选择小雨喷头组，并通过降雨矩阵按键204打开该组的电磁阀95，然后通过水泵启动矩阵按键205来启动并控制降雨的雨量，此时即可进行模拟该气象状况下的水土流失情况。待10天后，通过吹风矩阵按键207上的按钮增大风力，通过降雨选择按键203选择大雨喷头组，并通过降雨矩阵按键204打开该组的电磁阀95，然后通过水泵启动矩阵按键205来启动并控制降雨的雨量，同时由地震矩阵按键206开启对应的震级。待3天后，通过上述方法再模拟对应的气象状况，待全部完成后，可由称重法或图像土壤坡度曲线法即可获取水土流失情况。

综上所述，本发明中的原位水土流失实验室，能够结合坡度、降雨、风力及地震等现象来模拟真实的自然现象，来真实反馈待监测土壤的水土流失情况，为水土流失的研究提供真实的实验数据。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种原位水土流失实验室，其特征在于，包括：

实验室（1），其一侧为操作子室（11），另一侧为实验子室（12）；

试验台（2），其设于所述实验子室（12）内；

支撑座（3），其呈L型，该支撑座（3）的一侧铰接于所述试验台（2）；

升降装置（4），其设于所述支撑座（3）的另一侧与所述实验子室（12）的底部之间，用于驱动所述支撑座（3）绕铰接点转动；

地震模拟装置（5），若干个所述地震模拟装置（5）均匀设于所述支撑座（3）上；其中，所述地震模拟装置（5）包括：

地震模拟机架（51）；

地震模拟电机（52），其设于所述地震模拟机架（51）上；

导轨（56），其呈竖直的方式设于所述地震模拟机架（51）上；

滑块（55），其以能够滑动地设于所述导轨（56）上，所述地震模拟电机（52）依次通过曲柄（53）和第一连杆（54）与所述滑块（55）连接；

摇杆（58），两个所述摇杆（58）的一端各铰接于所述导轨（56）的上端的两侧；及

第二连杆（57），两个所述第二连杆（57）的一端各固定于所述滑块（55）的一侧，另一端各铰接于一个所述摇杆（58）的杆壁上；

实验槽（6），其放置于若干个所述地震模拟装置（5）的导轨（56）上，该实验槽（6）的一侧抵靠于L型所述支撑座（3）的一侧，所述实验槽（6）的底部设有过滤层（64）；

挡板（61），其设于所述实验槽（6）内以将其分为原土装载区（62）及流水区（63）；

储水箱（8），其通过管道与所述过滤层（64）连接；

降雨喷雾装置（9），其包括：

降雨模拟机架（91），其设于所述实验槽（6）的上方；

三通接头（92），其设于所述降雨模拟机架（91）上；

降雨管（93），两根该降雨管（93）以能够旋转的方式设于所述降雨模拟机架（91）上，两根所述降雨管（93）的一端以能够旋转并密封的方式各与所述三通接头（92）的一个接口连接；

降雨喷头（94），多组并排的所述降雨喷头（94）沿所述降雨管（93）的周向均匀设置，多组所述降雨喷头（94）的喷孔依次变小，所述降雨喷头（94）均设有电磁阀（95）；及

降雨模拟电机（96），两个该降雨模拟电机（96）各通过带传动与一根所述降雨管（93）连接以驱动其旋转；以及

吹风装置（10），多个该吹风装置（10）均匀设置于所述实验槽（6）上方的实验子室（12）的周壁上，所述实验子室（12）的周壁对应每个所述吹风装置（10）的风口均设有一流通门（14）。

2.根据权利要求1所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述操作子室（11）内设有操作台（20），所述操作台（20）包括：PLC控制器（201）、降雨矩阵按键（204）、降雨选择按键（203）、地震矩阵按键（206）、升降控制按键（202）及吹风矩阵按键（207），所述降雨模拟电机（96）、电磁阀（95）、地震模拟电机（52）、升降装置（4）的控制端及吹风装置（10）的控制端分别与所述PLC控制器（201）连接，所述PLC控制器（201）分别与所述降雨选择按键（203）、降雨矩阵按键（204）、地震矩阵按键（206）、升降控制按键（202）及吹风矩阵按键（207）。

3.根据权利要求2所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述升降装置（4）为气缸。

4.根据权利要求3所述的原位水土流失实验室，其特征在于，还包括：气源系统、水箱、水泵（97）及水泵启动矩阵按键（205），所述气源系统与所述气缸连接，所述水箱通过设有所述水泵（97）的管路与所述三通接头（92）的一个接口连接，所述PLC控制器（201）分别与所述水泵（97）及水泵启动矩阵按键（205）连接。

5.根据权利要求1所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述实验室（1）的侧部设有吊钩（13）。

6.根据权利要求1所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述挡板（61）的高度低于所述实验槽（1）的高度。

7.根据权利要求1所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述过滤层（64）由多层毛呢纤维构成。

8.根据权利要求1所述的原位水土流失实验室，其特征在于，所述吹风装置（10）为风机。