CN108982329A - 一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，该装置包括恒压恒速供水设备、内环刀、至少一个外环刀、计量设备和计时设备。恒压恒速供水设备的出水口与内环刀的进水口通过管路相连通；内环刀设置在待测土柱的顶端；外环刀水平套接在待测土柱的预设高度的外侧；计时设备用于对恒压恒速供水设备的出水时间进行测量；计量设备用于对外环刀收集的渗出水的渗水量进行测量。由于本装置结构简练紧凑，方便携带，因此可应用于野外环境的测定作业，从而可以实现在野外环境下测量多层土壤横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。

Description

一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别是涉及一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置。

背景技术

产汇流是水文循环的重要组成部分，入渗进入土壤中的水分，一部分会发生垂向的深层渗透，另一部分会产生横向的壤中流，横向的壤中流中还会有优先流发育，这些水流之间的比例如横向壤中流比例和深层渗透比例系数决定着产汇流的路径，是水文模型中的重要参数，显著影响着水文模型的精度，它与土壤孔隙度、土壤质地、土壤层次结构等有关。

当前，实验室内土壤垂向的深层渗透与横向的壤中流比例的测定方法已经相对成熟。但是，实验室内尺度的土壤已经被认为扰动，不属于自然状况的土壤，跟野外实地测量的精度相比有很大差别。然而目前还没有一种能够实现野外环境下测量多层土壤横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数的设备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，以解决在野外环境下对多层土壤横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数进行测定的问题。

为了解决上述问题，本发明公开了一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，包括恒压恒速供水设备、内环刀、至少一个外环刀、计量设备和计时设备，其中：

所述恒压恒速供水设备的出水口与所述内环刀的进水口通过管路相连通；

所述内环刀设置在待测土柱的顶端，并与所述顶端的表层土密封；

所述外环刀水平套接在所述待测土柱的预设高度的外侧，与所述外侧的土壤密封，并收集所述待测土柱在预设高度处的渗出水；

所述计时设备用于对所述恒压恒速供水设备的出水时间进行测量；

所述计量设备用于对所述外环刀收集的渗出水的渗水量进行测量。

可选的，所述外环刀包括中空圆柱状的套接部和渗水收集部，其中：

所述渗水收集部为一水平圆盘，所述水平圆盘的内缘与所述套接部的下缘连接、外缘向上翘起并高于所述内缘。

可选的，所述恒压恒速供水设备为马氏瓶。

可选的，所述内环刀为一中空圆柱体。

可选的，所述内环刀的下缘深入所述待测土柱的顶端的土壤中。

可选的，所述内环刀的外径小于所述待测土柱的外径。

可选的，还包括金属支架，所述外环刀为多个，其中：

多个所述外环刀均匀套接在所述待测土柱的外围，所述金属支架通过螺栓分别与每个所述外环刀相连接。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，该装置包括恒压恒速供水设备、内环刀、至少一个外环刀、计量设备和计时设备。恒压恒速供水设备的出水口与内环刀的进水口通过管路相连通；内环刀设置在待测土柱的顶端，并与顶端的表层土密封；外环刀水平套接在待测土柱的预设高度的外侧，与外侧的土壤密封，并收集待测土柱在预设高度处的渗出水；计时设备用于对恒压恒速供水设备的出水时间进行测量；计量设备用于对外环刀收集的渗出水的渗水量进行测量。通过上述装置可方便对待测土柱的渗水量进行测定，从而方便地根据现有的计算公式计算得到土壤的横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。由于本装置结构简练紧凑，方便携带，因此可应用于野外环境的测定作业，从而可以实现在野外环境下测量多层土壤横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种产汇流参数的测定实验装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的多个外环刀的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的外环刀的俯视图；

图4为本申请实施例提供的外环刀的局部剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种产汇流参数的测定实验装置的结构示意图。

本实施例提供的测定实验装置用于在野外环境下对多层土壤的产汇流参数进行测定，产汇流参数是指横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。

参照图1所示，本实施例提供的测定实验装置包括恒压恒速供水设备10、内环刀20、至少一个外环刀30、计量设备和计时设备。内环刀设置在待测土柱100的顶端，并与顶端的表层土密封，以避免水从内环刀与土壤的接缝中溢出；外环刀则套接在待测土柱的外缘，用于承接从待测土柱中横向渗出的渗出水。其中，恒压恒速供水设备的出水口11与内环刀通过管路相连通。

在进行实验时，首先选取实验坡面，从该坡面上挖去直径与外环刀的内径相同的土柱作为待测土柱，待测土柱的长度与高于实验设计深度约5厘米，并将顶端削成水平面。

然后将内环刀砸入待测土柱顶端的表层土中约3厘米，从内环刀的外部将土压实，防止水渗出，内环刀的外径小于该待测土柱的外径，为一个中空圆柱体；在待测土柱的相应位置嵌套外环刀，并在外环刀与待测土柱的外缘之间充入防水型泡沫填缝剂和玻璃胶堵塞底环与土柱间的缝隙，使得从土柱中的水流能顺利进入外环刀。

架设好恒压恒速供水设备，该设备具体用于利用恒压原理向内环刀内恒速供水，其优选马氏瓶。马氏瓶的进气口阀门应该略高于待测土柱的顶端，具体来说可以高于该顶端1～3厘米。在假设好马氏瓶后，关闭进气口阀门和出水口阀门，打开马氏瓶顶端的橡胶塞，用漏斗和水勺向马氏瓶中加水。当瓶中水位超过标尺零点时，停止加水，塞进灌水口橡胶塞，待用。

微开出水口的放水阀，使马氏瓶内减压，直至放水口不连续出水为止，关掉放水阀。此时打开进气阀，则进气阀的出口可能有少量水溢出，待进气阀停止溢水，微开放水阀，进气口中水位应该下降，并有空气通过进水口进入马氏瓶中。确认后，马氏瓶即处于待用状态。

记录马氏瓶中初始水位，打开放水阀，待水流入内环刀时利用计时设备计时，同时利用计量设备对外环刀所承接的渗出水的渗水量进行计量。这里计时设备优选秒表，计量设备优选量筒。

当入渗稳定后，记录马氏瓶水头的下降速度，在设置有多个外环刀的情况下，收集每个外环的出流量，秒表记录观测时间，用量筒测定对应时间的待测土柱的渗水量，记录各项试验参数。本申请中马氏瓶的横截直径d_马＝15cm、内环刀直径d_内＝60cm,马氏瓶的水头下降速度v(cm/min),第i个外环刀收集的渗出量Q_i(cm³/min)。

在得到上述数据后，可以根据以下公式计算土壤的横向的壤中流比例系数n_i：

这里所得即为第i层土壤的横向的壤中流比例系数。还可以利用下面的公式计算垂向的深层入渗比例系数n₀：

n₀＝1-∑n_i

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，该装置包括恒压恒速供水设备、内环刀、至少一个外环刀、计量设备和计时设备。恒压恒速供水设备的出水口与内环刀的进水口通过管路相连通；内环刀设置在待测土柱的顶端，并与顶端的表层土密封；外环刀水平套接在待测土柱的预设高度的外侧，与外侧的土壤密封，并收集待测土柱在预设高度处的渗出水；计时设备用于对恒压恒速供水设备的出水时间进行测量；计量设备用于对外环刀收集的渗出水的渗水量进行测量。通过上述装置可方便对待测土柱的渗水量进行测定，从而方便地根据现有的计算公式计算得到土壤的横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。由于本装置结构简练紧凑，方便携带，因此可应用于野外环境的测定作业，从而可以实现在野外环境下测量多层土壤横向的壤中流比例系数和垂向的深层入渗比例系数。

本申请在采用多个外环刀的情况下，还包括一个金属支架40。在多个外环刀套接在待测土柱的外缘后，金属支架用于将多个外环刀固定位相互平行的状态，如图2所示。

本申请的外环刀包括一个中空圆柱状的套接部31，如图3所示，还包括一个水平圆盘32，水平圆盘的内缘与套接部的下缘相连接，如图4所示，且该水平圆盘的外缘向上翘起，从而与套接部形成承接渗出水的水槽结构。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种野外环境下产汇流参数的测定实验装置，其特征在于，包括恒压恒速供水设备、内环刀、至少一个外环刀、计量设备和计时设备，其中：

所述恒压恒速供水设备的出水口与所述内环刀的进水口通过管路相连通；

所述内环刀设置在待测土柱的顶端，并与所述顶端的表层土密封；

所述外环刀水平套接在所述待测土柱的预设高度的外侧，与所述外侧的土壤密封，并收集所述待测土柱在预设高度处的渗出水；

所述计时设备用于对所述恒压恒速供水设备的出水时间进行测量；

所述计量设备用于对所述外环刀收集的渗出水的渗水量进行测量。

2.如权利要求1所述的测定实验装置，其特征在于，所述外环刀包括中空圆柱状的套接部和渗水收集部，其中：

所述渗水收集部为一水平圆盘，所述水平圆盘的内缘与所述套接部的下缘连接、外缘向上翘起并高于所述内缘。

3.如权利要求1所述的测定实验装置，其特征在于，所述恒压恒速供水设备为马氏瓶。

4.如权利要求1所述的测定实验装置，其特征在于，所述内环刀为一中空圆柱体。

5.如权利要求4所述的测定实验装置，其特征在于，所述内环刀的下缘深入所述待测土柱的顶端的土壤中。

6.如权利要求4所述的测定实验装置，其特征在于，所述内环刀的外径小于所述待测土柱的外径。

7.如权利要求1所述的测定实验装置，其特征在于，还包括金属支架，所述外环刀为多个，其中：

多个所述外环刀均匀套接在所述待测土柱的外围，所述金属支架通过螺栓分别与每个所述外环刀相连接。