CN112485149B - 用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，属于土壤侵蚀物理模型研究领域，用于土壤冲刷深度测定，其中浸没槽的底部连通有槽体出水管，浸没槽在其顶部设置有外套管，外套管的底端加工有与其内部贯通的喷嘴，挡片位于喷嘴的一侧，在外套管的内部还设置有与之同轴的内套管，内套管中安装有与之同轴的测量杆，测量杆的外径与喷嘴的内径相同；所述测量杆的底端伸出内套管的底端，测量杆的顶端与杆体调节部连接，杆体调节部位于外套管的顶端；所述外套管上设置有与其内部贯通的套管进水口，套管进水口通过送水管与供水出口连接，供水出口位于供水管体的底部。本申请能够连续测定土壤冲刷深度，为计算土壤可蚀性与临界剪切力提供基础数据。

Description

用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置

技术领域

本申请属于土壤侵蚀物理模型研究领域，具体地说，尤其涉及一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置。

背景技术

细沟的发育是坡地侵蚀加剧的重要阶段和标志，其引起的侵蚀量可占到坡地总侵蚀量的70%，导致土层变薄、土壤质量降低。因此，研究细沟发育的影响因素，进而模拟发育过程，有助于揭示细沟发育过程与机理。

细沟发育的影响因素包括降雨、地形、植被、耕地措施、土壤性质等，其中土壤性质是内在因素，受到耕作、植被等因素的影响，具有时空异质性，影响着降雨产流过程和土壤抵抗侵蚀的能力。土壤侵蚀阻力包括土壤可蚀性与临界剪切力，可综合反映土壤质地、含水量、团聚体等土壤性质所决定的土壤抗侵蚀的能力。

目前常用的土壤侵蚀阻力参数的测定及估算方法主要包括：变坡水槽试验法、侵蚀细沟长度极限法、WEPP模型估算法等。上述方法测定的参数是沟头溯源、沟底下切和沟壁扩张等多种侵蚀方式的集总性表征，但较难解释各个侵蚀方式的发生和演变过程。沟头溯源是沟头跌坎在径流侵蚀动力和土壤侵蚀阻力综合作用下逆径流方向发展的侵蚀过程。测定沟头跌坎土壤冲刷深度的时间变化序列，可用于计算土壤可蚀性与临界剪切力。目前国内尚无连续测定土壤冲刷深度的装置，限制了对土壤侵蚀阻力的理解与模拟。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其能够连续测定土壤冲刷深度，为计算土壤可蚀性与临界剪切力提供基础数据。

为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：

本申请中所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，包括供水部和测定部，所述供水部包括供水管体，供水管体为顶端开口、底端封堵的管体结构，所述供水管体在靠近其底端的位置处设置有供水出口；所述测定部包括浸没槽，浸没槽的底部连通有槽体出水管，浸没槽在其顶部设置有外套管、挡片，外套管的底端与浸没槽的底端之间留有足够样品放置的空间；所述外套管的底端加工有与其内部贯通的喷嘴，挡片位于喷嘴的一侧，在外套管的内部还设置有与之同轴的内套管，内套管中安装有与之同轴的测量杆，测量杆的外径与喷嘴的内径相同；所述测量杆的底端伸出内套管的底端，测量杆的顶端与杆体调节部连接，杆体调节部位于外套管的顶端；所述外套管上设置有与其内部贯通的套管进水口，套管进水口通过送水管与供水出口连接。

进一步地讲，本申请中所述的供水管体放置于三脚架上。本申请中所述的三脚架能够用于调节供水管体相对于测定部的高度，同时用于放置供水管体。

进一步地讲，本申请中所述的供水管体的顶端开口位置处设置有溢流槽，溢流槽连通有溢流管。溢流槽能够用于承接采用溢流方式供水的供水管体所溢流的水体，防止水资源浪费。

进一步地讲，本申请中所述的测量杆包括光轴及加工有刻度的齿条，齿条位于光轴的顶端且与光轴连接为一体，所述测量杆的短轴穿过内套管的底端，所述测量杆通过顶端的齿条与杆体调节部内的传动齿轮啮合传动，杆体调节部的传动齿轮与旋钮连接。本申请中所述的光轴能够实现相对于内套管、外套管上喷嘴的稳定运动，又能够实现喷嘴的封堵作业，便于调节。同时采用的带有刻度的齿条结构能够在传动齿轮的啮合作用下实现上下运动的精确调节，继而便于后续刻度的读取。

进一步地讲，本申请中所述的内套管在测量杆穿过的位置处设置有密封圈。密封圈的设置能够有效防止内套管与测量杆之间的密封性，防止水体从外套管进入到内套管中。

进一步地讲，本申请中所述的送水管为钢丝管。钢丝管具有较高的使用寿命，能够反复使用且降低使用成本。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请结构简单、易于组装定制，能够方便快捷、低成本的测定沟头溯源侵蚀方式下土壤冲刷深度，为计算土壤可蚀性与临界剪切力提供基础数据。

附图说明

图1是本申请的原理结构示意图。

图中：1、浸没槽；2、挡片；3、外套管；4、内套管；5、测量杆；6、送水管；7、套管进水口；8、杆体调节部；9、喷嘴；10、样品；11、槽体出水管；12、溢流槽；13、供水管体；14、供水出口；15、三脚架；16、溢流管。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是，在下述段落可能涉及的方位名词，包括但不限于“上、下、左、右、前、后”等，其所依据的方位均为对应说明书附图中所展示的视觉方位，其不应当也不该被视为是对本申请保护范围或技术方案的限定，其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解本申请创造所述的技术方案。

在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，包括供水部和测定部，所述供水部包括供水管体13，供水管体13为顶端开口、底端封堵的管体结构，所述供水管体13在靠近其底端的位置处设置有供水出口14；所述测定部包括浸没槽1，浸没槽1的底部连通有槽体出水管11，浸没槽1在其顶部设置有外套管3、挡片2，外套管3的底端与浸没槽1的底端之间留有足够样品10放置的空间；所述外套管3的底端加工有与其内部贯通的喷嘴9，挡片2位于喷嘴9的一侧，在外套管3的内部还设置有与之同轴的内套管4，内套管4中安装有与之同轴的测量杆5，测量杆5的外径与喷嘴9的内径相同；所述测量杆5的底端伸出内套管4的底端，测量杆5的顶端与杆体调节部8连接，杆体调节部8位于外套管3的顶端；所述外套管3上设置有与其内部贯通的套管进水口7，套管进水口7通过送水管6与供水出口14连接。

实施例2

一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其中所述的供水管体13放置于三脚架15上；所述供水管13的顶端开口位置处设置有溢流槽12，溢流槽12连通有溢流管16；所述测量杆5的顶端为齿条，测量杆5通过顶端的齿条与杆体调节部8内的传动齿轮啮合传动，杆体调节部8的传动齿轮与旋钮连接；所述内套管4在测量杆5穿过的位置处设置有密封圈；所述送水管6为钢丝管。其余部分的结构及连接关系与前述实施例中任意一项所述的结构及连接关系相同，为避免行文繁琐，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，本申请继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本申请中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解本申请的技术方案并且予以重现。

如图1所示，本申请中所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置包括供水部和测定部，各部分之间的结构采用组装式连接，当其中一部分发生损坏时，可通过拆卸实现替换，有利于低成本批量生产。其中供水部包括供水管体13，供水管体13的顶端开口、底端封堵，且供水管体13安装于三脚架15上，通过调节三脚架15可实现供水管体13相对于水平面高度的调节，继而实现供水高度的调节。

在本申请中，所述的供水管体13在其顶端开口位置处设置有溢流槽12，用于盛放供水管体13顶端开口溢流的水体，溢流槽12底端连通有溢流管16。供水管体13采用溢流方式保持水头恒定，有助于后期测定部试验结果的测定。供水管体13顶端开口为溢流口，溢流口直径可选择为50mm，供水管体13的长度可选择为300mm~1000mm，上述尺寸关系能够与后续段落中所述的测定部中的尺寸配合。

在本申请中，所述的测定部主要包括浸没槽1，浸没槽1为顶端开口、底端封闭的中空圆柱体结构，在浸没槽1的底端中心位置处加工有槽体出水管11。槽体出水管11上安装有排水阀，以在浸没槽1内实现自由下渗和非下渗两种土壤水文条件，并用于试验完成后的排水和排放所冲刷的物质。在浸没槽1的中部位置处设置有样品10，样品10的高度为100mm~150mm，可通过在样品底部增加垫片的方式实现对不同高度样品的适应性。

在本申请中，所述的浸没槽1的顶端固定有外套管3，外套管3的底端加工有喷嘴9，初始状态下，喷嘴9被其一侧的挡片2封堵。本申请中所述的外套管3可通过固定于浸没槽1顶端开口处的板体进行固定，同时在该板体上可通过轴体连接有挡片2，轴体可在板体上转动，以使得挡片2与喷嘴9接触和脱离。当然，本领域的技术人员可通过其他固定件实现外套管3相对于浸没槽1的位置固定，挡片2也可设置于外套管3的底端，连接方式以本领域技术人员在常规技术手段下实现为宜。所述浸没槽1的内部设置有与其同轴的内套管4，内套管4与外套管3之间留有足够水体流通的间隙，所述外套管3上设置有套管进水口7，套管进水口7通过送水管6与供水出口14连接。供水出口14能够将供水管体13内的水体经送水管6送入至外套管3中，且经过喷嘴9送入至浸没槽1内。

在本申请中，所述内套管4的底端与外套管3的底端之间留有足够的距离，以满足外套管3内水体进入到喷嘴9中。在内套管4中设置有与其同轴的测量杆5，测量杆5可穿过内套管4的底端伸入至喷嘴9中，且经过喷嘴9进入到浸没槽1内。为了防止外套管3内的水体进入到内套管4中，通常可在测量杆5穿过内套管4的位置处加装密封圈实现。初始状态下，测量杆5的底端应当伸出内套管4的底端但与喷嘴9之间留有足够的距离，例如40mm~80mm。

在本申请中，所述的测量杆5的顶部为齿条结构，其能够通过齿条结构与外套管3顶部的杆体调节部8连接，并且在杆体调节部8的作用下实现下降或升起。所述测量杆5包括光轴及位于光轴顶端的齿条，其中光轴采用的材质为铝或不锈钢，齿条采用同等材质的方齿条或圆齿条，例如可在测量杆5顶部的齿条上加工有用于计量下降高度的刻度，齿条的模数选择为1；所述杆体调节部8至少包括旋钮，并且旋钮与模数为1的直齿轮连接，通过旋钮带动直齿轮转动，继而直齿轮带动与之啮合的测量杆5在固定套内上下运动。

在本申请中，所述的浸没槽1可选用直径200mm~500mm，高度为200mm~500mm的中空圆柱体结构，优选直径为300mm，高度为300mm，其顶部开口，底部在中心位置处加工有槽体出水管11。所述外套管3为外径为50mm~100mm，壁厚为3mm~5mm的塑料管，其底端加工的喷嘴9的内径为3mm~10mm。所述内套管4采用外径为20mm~40mm，壁厚为3mm~5mm的塑料管，在其与测量杆5穿过的位置处设置有直径为3mm~10mm的密封圈，用于测量杆5末端铝光轴在其中上下往复运动且阻隔水体从外套管3进入到内套管4中。本申请中所述的测量杆5包括底部的铝光轴以及顶部连接的铝方齿条，测量杆5底部的铝光轴直径为3mm~10mm，顶部的铝方齿条为带有刻度的模数为1的方齿条。所述测量杆5被安装于外套管3顶端的杆体调节部8驱动，并通过杆体调节部8所设置的直径30mm~50mm的旋钮带动模数为1的直齿轮啮合实现在固定套内的上下运动。本申请中的测量杆5的测量进度为0.1mm，其主要作用在于测量与读取样品的冲刷深度数据。

本申请的操作方法如下：1）、首先需要将样品10放置于浸没槽1的中心位置处，打开或关闭槽体出水管11上的排水阀以设定为自由下渗或封闭条件，当排水阀打开时为自由下渗，当排水阀关闭时为封闭条件。

2）、试验开始时，需要将喷嘴9与挡片2配合，在挡片2的作用下实现喷嘴9的封闭，同时打开供水出口14处的排水阀。

3）、当外套管3上的喷嘴9被浸没后，打开挡片2，水体经由喷嘴9进入到浸没槽1内并对样品10进行冲刷。

4）、在通过测量杆5进行读数测定前需要通过挡片2关闭喷嘴9，阻挡水流继续冲刷样品10，通过杆体调节部8上的旋钮及直齿轮等部件调节测量杆5向下运动，直至测量杆5进入至喷嘴9中将喷嘴9封闭。

5）、打开阻挡喷嘴9的挡片2，继续通过杆体调节部8上的旋钮及直齿轮等部件调节测量杆5向下运动，直至测量杆5与样品10的土壤表面接触，读取测量杆5顶部的刻度尺数值，读数结束后，上调测量杆5的末端至与喷嘴9平齐，移动挡片2封闭喷嘴9后继续向上调节测量杆5至测量杆5的末端脱离喷嘴9，测量杆5的末端与喷嘴9之间的距离为40mm~80mm。

6）、等待外套管3上的喷嘴9被浸没后，再次重复步骤3）至步骤5）。

在上述操作过程中，根据冲刷深度的变化速度来控制读数的间隔，变化速度越慢，读数间隔越大，当测定深度为60mm~100mm左右时，连续3次测得深度无明显变化时停止冲刷，粘粒含量较高的情况下深度可至150mm。

最后，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，包括供水部和测定部，其特征在于：所述供水部包括供水管体（13），供水管体（13）为顶端开口、底端封堵的管体结构，所述供水管体（13）在靠近其底端的位置处设置有供水出口（14）；所述测定部包括浸没槽（1），浸没槽（1）的底部连通有槽体出水管（11），浸没槽（1）在其顶部设置有外套管（3）、挡片（2），外套管（3）的底端与浸没槽（1）的底端之间留有足够样品（10）放置的空间；所述外套管（3）的底端加工有与其内部贯通的喷嘴（9），挡片（2）位于喷嘴（9）的一侧，在外套管（3）的内部还设置有与之同轴的内套管（4），内套管（4）中安装有与之同轴的测量杆（5），测量杆（5）的外径与喷嘴（9）的内径相同；所述测量杆（5）的底端伸出内套管（4）的底端，测量杆（5）的顶端与杆体调节部（8）连接，杆体调节部（8）位于外套管（3）的顶端；所述外套管（3）上设置有与其内部贯通的套管进水口（7），套管进水口（7）通过送水管（6）与供水出口（14）连接。

2.根据权利要求1所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其特征在于：所述供水管体（13）放置于三脚架（15）上。

3.根据权利要求1所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其特征在于：所述供水管体（13）的顶端开口位置处设置有溢流槽（12），溢流槽（12）连通有溢流管（16）。

4.根据权利要求1所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其特征在于：所述测量杆（5）包括光轴及加工有刻度的齿条，齿条位于光轴的顶端且与光轴连接为一体；所述测量杆（5）的光轴穿过内套管（4）的底端，所述测量杆（5）通过顶端的齿条与杆体调节部（8）内的传动齿轮啮合传动，杆体调节部（8）的传动齿轮与旋钮连接。

5.根据权利要求1所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其特征在于：所述内套管（4）在测量杆（5）穿过的位置处设置有密封圈。

6.根据权利要求1所述的用于土壤冲刷深度连续测定的试验装置，其特征在于：所述送水管（6）为钢丝管。

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