CN110208494A - 壤中流的测定方法及模拟系统 - Google Patents

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吴丽
余海静
田俊峰
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明公开一种壤中流测定方法及模拟系统，包括槽体和集流装置，所述槽体与集流装置可拆卸连接，所述槽体插入连接有挡板，所述挡板将槽体划分为注水区和若干个盛土区，所述集流装置包括不透水板，所述不透水板与槽体可拆卸连接，所述不透水板外表面固定安装集水槽，所述不透水板的底部设有排水孔，所述排水孔连接集水槽；本发明的装置简单，制作成本低，能够真实的模拟壤中流的流量及流速。

Description

壤中流的测定方法及模拟系统
技术领域
本发明土壤水动力学、坡面水文学、水土保持和农业面源污染防治模拟监测试验装置技术领域，具体涉及一种壤中流的测定方法及模拟系统。
背景技术
目前土壤污染和地下水污染日益严重，研究土壤污染物随降水入渗的动态运移、随坡面径流携带进入地表水体的过程、土壤污染物与地下水污染的关系等是目前环境地学研究的重点和热点。然而，由于天然降水的不可控制性，因此采用室内人工模拟降雨控制下的试验研究方式，作为壤中流的监测方法。但现有壤中流的模拟仍存在以下问题：进行不同坡度调节时，会导致整个土槽倾斜，土槽上部挡板及下部挡板发生相应的倾斜，整个土体结构会受到倾斜力，进而影响到坡地壤中流的运移情况；缺乏壤中流形成过程中对土体水分及壤中流运移过程的动态监测。以上问题均会对本领域技术人员模拟壤中流的真实度产生较大的影响，研究结果的参考性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种壤中流的测定方法及模拟系统，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种壤中流的模拟系统，包括槽体和集流装置，所述槽体与集流装置可拆卸连接，所述槽体插入连接有挡板，所述挡板将槽体划分为注水区和若干个盛土区，所述集流装置包括不透水板，所述不透水板与槽体可拆卸连接，所述不透水板外表面固定安装集水槽，所述不透水板的底部设有排水孔，所述排水孔连接集水槽。
优选的，所述槽体包括第一围板、第二围板、第三围板，所述第一围板的一端与不透水板的一端可拆卸连接，所述第一围板的另一端与第二围板的一端可拆卸连接，所述第二围板的另一端与第三围板的一端可拆卸连接，所述第三围板的另一端与不透水板的另一端可拆卸连接。
优选的，所述不透水板为两个，所述不透水板之间的夹角为45°-60°。
优选的，所述挡板上设有若干个通孔，所述通孔的直径为2mm-3mm。
优选的，所述槽体的底板固定安装底座，所述底座包括第一固定板，所述第一固定板与槽体的底板可拆卸连接，所述第一固定板的一端滑动连接支撑板的一端，所述支撑板的另一端铰接第二固定板，所述第一固定板与第二固定板轴接。
优选的，所述注水区上设有投放口。
一种壤中流模拟系统的测定方法，包括如下步骤：
S1、根据盛土区的容积，使用取土工具取原状土放入盛土区中；
S2、模拟人工降雨：首先按照设计的降水量在注水区内注水并开始计时，记录开始壤中流的时间、以及不同时间段壤中流产生的体积；
S3、在投放口投入示踪剂，并在盛土区插入若干个水分监测的探针；
S4、调节坡度：通过底座调节槽体的坡度，使模拟系统的装置达到试验要求；
S5、将所计算的不同坡度壤中流的流速，与壤中流流量的时空三维变化特点相结合，便可进行壤中流水动力学分析。
本发明公开了以下技术效果：本发明壤中流模拟装置制作成本低，采用该模拟装置，根据实际土壤的不同层次的容重，在盛土区分层填装土壤,填装的土体结构与实际坡面相同，可模拟近似真实自然环境下产生壤中流的状态，模拟效果真实；在注水区内注水，并在投放口放入示踪剂，示踪剂随水流进入盛土区，最后在不透水板处将壤中流汇集，通过排水孔排入集水槽中，再测量集水槽内流出的壤中流流量；底座的角度可调，能够调整不同坡度，进行多次试验；根据示踪剂随壤中流的到达位置，进而能够计算出壤中流的流速。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置结构示意图；
其中，槽体1，挡板2，注水区3，盛土区4，不透水板5，集水槽6，排水孔7，第一围板8，第二围板9，第三围板10，通孔11，底座12，第一固定板13，第二固定板14，支撑板15，投放口16,第三固定板17，凹槽18。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，本发明公开了一种壤中流的模拟系统，包括槽体1和集流装置，所述槽体，所述槽体1与集流装置可拆卸连接，所述槽体1插入连接有挡板2，方便将土壤放入盛土区4，所述挡板2将槽体1划分为注水区3和若干个盛土区4，每个所述盛土区的长宽高为1.5m*2m*0.4m，所述注水区的尺寸与盛土区的尺寸相同，所述集流装置包括不透水板5，所述不透水板5与槽体1可拆卸连接，所述不透水板5外表面固定安装集水槽6，所述不透水板5的底部设有排水孔7，所述不透水板5通过排水孔7连接集水槽6。
进一步的，所述槽体1包括第一围板8、第二围板9、第三围板10，所述第一围板8的一端与不透水板5的一端可拆卸连接，所述第一围板8的另一端与第二围板9的一端可拆卸连接，所述第二围板9的另一端与第三围板10的一端可拆卸连接，所述第三围板10的另一端与不透水板5的另一端可拆卸连接，槽体1的整个装置可拆卸连接，使本装置的使用范围更广。
进一步的，所述不透水板5为两个，所述不透水板5之间的夹角为45°-60°，对壤中流起到汇集的作用。
进一步的，所述挡板2上设有若干个通孔11，所述通孔11位于挡板2的上部，使注水区3内的水通过通孔11流入盛土区4，根据被测土壤的渗水速率调整孔径大小，以消除地表径流，所述通孔11的直径为2mm-3mm。
进一步的，所述槽体1的底板固定安装底座12，所述底座12包括第一固定板13，所述第一固定板13与槽体1的底板固定连接，所述第一固定板13的一端滑动连接支撑板15的一端，所述支撑板15另一端的第三固定板17铰接第二固定板14，所述第一固定板13与第二固定板14轴接，所述第二固定板14上设有凹槽18，所述凹槽18与第三固定板17相适配，用于调整底座的角度，进而可模拟实际地块的坡降。
进一步的，所述注水区3上设有投放口16，所述投放口16用于投放示踪剂。
一种壤中流模拟系统的测定方法，包括如下步骤：
S1、选择泰山森林生态系统的麻栎林作为研究对象，该地区土层平均厚度为0.4m，土壤类型为棕壤，选取三种地形地貌、植被覆盖条件相一致的取样样地，每个取样样地大小为1.5m*2m，厚度为0.4m，将挡板2取出，根据一个盛土区4的容积，使用取土工具切取相同体积的原状土装入盛土区4，将挡板2插入盛土区4，放置30分钟，再测定土壤容重指标，使盛土区的土壤容重接近原状土样的土壤容重值，然后进行人工模拟降雨产流试验；
表1麻栎林基本情况表
S2、在投放口16投入不溶于水的考马斯亮蓝R250示踪剂染色液，同时记录染色示踪剂投放时间、出流时间，并根据示踪剂投放到收集装置首次出现的时间，计算壤中流平均流速；另外在盛土区4插入若干个水分监测的探针，所述探针设置在盛土区不同深度处，可以用于记录壤中流产生过程中各处土壤水分含量的变化情况；
S3、模拟人工降雨：根据泰安当地近20年的降雨资料中降雨强度水平，结合模拟试验的需要，设置降雨参数：覆盖面积10m*10m，有效降雨面积1.5m*2.0m*2，降雨高度3m，降雨强度连续变化范围：35-140mm/h，按照上述设计的降水量参数，开始进行人工降雨，每降雨2h停1h，在停雨期间进行各项监测的读数，包括记录降雨开始时间、壤中流的径流量、降雨停止时间，采样直至降雨径流结束，并进行坡度调整；
S4、调节坡度：将槽体1固定安装在底座12的上表面，通过调整底座12的支撑板15的上下移动，调节第一固定板13与第二固定板槽体14的坡度，进而调节本装置的坡度，初始坡度为16°，每三个小时调整一次坡度，每次坡度调整3°，便于模拟不同坡度情况下壤中流的径流量。
S5、将所计算的不同坡度壤中流的流速，与壤中流流量的时空三维变化特点相结合，便可进行壤中流水动力学分析。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种壤中流的模拟系统，其特征在于：包括槽体(1)和集流装置，所述槽体(1)与集流装置可拆卸连接，所述槽体(1)插入连接有挡板(2)，所述挡板(2)将槽体(1)划分为注水区(3)和若干个盛土区(4)，所述集流装置包括不透水板(5)，所述不透水板(5)与槽体(1)可拆卸连接，所述不透水板(5)外表面固定安装集水槽(6)，所述不透水板(5)的底部设有排水孔(7)，所述不透水板(5)通过排水孔(7)连接集水槽(6)。
2.根据权利要求1所述的壤中流的模拟系统，其特征在于：所述槽体(1)包括第一围板(8)、第二围板(9)、第三围板(10)，所述第一围板(8)的一端与不透水板(5)的一端可拆卸连接，所述第一围板(8)的另一端与第二围板(9)的一端可拆卸连接，所述第二围板(9)的另一端与第三围板(10)的一端可拆卸连接，所述第三围板(10)的另一端与不透水板(5)的另一端可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的壤中流的模拟系统，其特征在于：所述不透水板(5)为两个，所述不透水板(5)之间的夹角为45°-60°。
4.根据权利要求1所述的壤中流的模拟系统，其特征在于：所述挡板(2)上设有若干个通孔(11)，所述通孔(11)的直径为2mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的壤中流的模拟系统，其特征在于：所述槽体(1)的底板固定安装底座(12)，所述底座(12)包括第一固定板(13)，所述第一固定板(13)与槽体(1)的底板固定连接，所述第一固定板(13)的一端滑动连接支撑板(15)的一端，所述支撑板(15)的另一端铰接第二固定板(14)，所述第一固定板(13)与第二固定板(14)轴接。
6.根据权利要求1所述的壤中流的模拟系统，其特征在于：所述注水区(3)上设有投放口(16)。
7.一种壤中流模拟系统的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据盛土区(4)的容积，使用取土工具取原状土放入盛土区(4)中；
S2、模拟人工降雨：首先按照设计的降水量在注水区(3)内注水并开始计时，记录开始壤中流的时间、以及不同时间段壤中流产生的体积；
S3、在投放口(16)投入示踪剂，并在盛土区(4)插入若干个水分监测的探针；
S4、调节坡度：通过底座(12)调节槽体(1)的坡度，使模拟系统的装置达到试验要求；
S5、将所计算的不同坡度壤中流的流速，与壤中流流量的时空三维变化特点相结合，便可进行壤中流水动力学分析。
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