CN1218179C - 用于建立室内水土保持模型的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的用于建立室内水土保持模型的装置，属于农业水利技术领域。该装置中降雨器置于支架的顶部，挡雨篷置于支架的中部，下垫面模型置于支架的底部，降雨器由主管和支管组成，主管的一侧设有进水管，相对的另一侧设有排污管。下垫面模型包括坡面、边墙、可移动侧隔板和可移动后隔板，坡面为模型的底部，模型的四个侧面分别为侧边墙、可移动后隔板、可移动侧隔板和前边墙。取样器置于模型前边墙的一侧，前边墙的下方设有导流沟，径流桶置于导流沟的一端。本发明的装置，其中的降雨器的主管和支管均由轻便、廉价、易于加工的PVC管组成，极大地节省了设备的成本，且易于安装，降雨器的雨强均匀度高，适于较大面积的室内降雨模拟模型试验。

Description

用于建立室内水土保持模型的装置

技术领域

本发明涉及一种用于建立室内水土保持模型的装置，属于农业水利技术领域。

背景技术

图1是已有的一种室内水土保持试验装置，图中1是降雨模拟器，2是下垫面模型，参见“The effect of soil air entrapment on soil erosion during simulatedrainfall，Transactions of the ASAE，1985，28卷，第1598-1601页。该降雨器的缺点是有效喷洒面积很小，无法完成尺度较大的降雨模拟模型试验，如图中所示，下垫面模型投影面积只有0.67m×0.4m。

在室内比尺模型试验中，降雨因素只能采用人工模拟方法来解决。目前水土保持试验用的降雨模拟器分成两种基本形式：(1)雨滴以起始速度从喷头喷出，如喷头下喷式和侧喷式降雨模拟器；(2)雨滴没有初速滴落，如垂线式及针头上喷式降雨模拟器等。

已有的单喷头的锥形喷头下喷式降雨模拟器，参见“黄土高原小流域侵蚀产沙过程与模拟”，科学出版社，1998，第218-217页，其结构如图2所示，图中3是锥形喷头，4是支架，这是一种结构最简单的降雨模拟设施，其最基本的构件是供水管和锥形喷头。该类型降雨的均匀度不是很理想；另外随着雨强的变化，单个喷头的喷洒范围有较大变化。如果要在喷头根部装上微型马达以实现喷头的转动来改善均匀度，则造价又将大大提高。

发明内容

本发明的目的是提出一种运用于室内水土保持模型的装置，通过该试验装置，观测多种尺度的小流域比尺模型的次降雨产沙和产流情况，并测量小流域模型的瞬时产沙浓度。

本发明提出的用于建立室内水土保持模型的装置，包括降雨器、挡雨蓬、下垫面模型、取样器和径流桶；所述的降雨器置于支架的顶部，挡雨蓬置于支架的中部，下垫面模型置于支架的底部；所述的降雨器由主管和支管组成，主管为四方形，多根支管平行排列于主管中，主管和支管相互连通，主管的一侧设有进水管，相对的另一侧设有排污管；所述的下垫面模型包括坡面、边墙、可移动侧隔板和可移动后隔板，坡面为模型的底部，模型的四个侧面分别为侧边墙、可移动后隔板、可移动侧隔板和前边墙；所述的取样器置于模型前边墙的一侧，前边墙的下方设有导流沟，径流桶置于导流沟的一端。

本发明提出的用于建立室内水土保持模型的装置，具有以下特点和优点：

1、该降雨模拟器的主管和支管均由轻便、廉价、易于加工的PVC管组成，极大地节省了设备的成本，且易于安装；另一方面，由于PVC管易于加工，降雨器的喷孔可以加工得很精细，所以其模拟的雨滴可以比常规铁管制降雨器产生的雨滴更均匀、粒径可以更小。

2、该降雨模拟器包含一根排污管，通过尾管可以排出降雨器内的杂质；另外还可以通过加大管内的压力，由降雨器支管上的喷孔排出杂质，以达到清洗降雨器的目的。

3、该降雨器的雨强均匀度高，可以适于较大面积的室内降雨模拟模型试验。本发明实例的降雨有效投影面积为2.5m×3.5m。

4、该降雨系统中集流斗和取样器相结合，可以测量出模型出口的瞬时含沙浓度。水土保持试验中，一般只能测量指定流域的平均产沙量。然而通过本发明中的集流斗，可以将模型出口处的浑水迅速收集起来；然后通过取样器，将所取水样采入到密度瓶中，进而测得浑水的含沙浓度。由于本发明的集流斗能收集较大范围内的水流，因此能实现瞬时产沙量的取样；由于本发明的取样器中除了包含常规的取样瓶以外，还包括一根搅拌针、一个带漏斗的支架，因此能将包含粗沙的高含沙水流的含沙浓度也能测量出来。

5、即使径流桶放置不平整，也可以直接、方便地测量出产流的体积。由于试验现场淤泥杂质较多，地面高低不平，且测量产流量是本试验的主要内容之一，观测量非常大，所以该径流桶的研制成功大大地提高了工作效率。这种径流桶由塑料桶改制，根据所测水流体积的多少不同，可以有多种规格。

附图说明

图1是已有的一种降雨模拟装置的结构示意图。

图2是已有的一种降雨器的结构示意图。

图3是本发明提出的用于建立室内水土保持模型的装置的结构示意图。

图4是本发明装置中降雨器的仰视图。

图5是本发明装置中所用的径流桶的示意图。

图1～图5中，1是降雨模拟器，2是下垫面模型，3是锥形喷头，4是支架，11是降雨器，12是进水管，13是支架，14是挡雨蓬，15是下垫面模型，16是径流桶，17是导流沟，18是模型前边墙，19是取样器，20是坡面，21是可移动侧隔板，22是模型侧边墙，23是模型后隔板，24是挡雨蓬控制绳，25是排污管，26是降雨器主管，27是降雨器支管，28是降雨器喷水孔，29是标尺。

具体实施方式

本发明提出的用于建立室内水土保持模型的装置，其结构如图3所示，包括降雨器11、挡雨蓬14、下垫面模型15、取样器19和径流桶16。降雨器11置于支架13的顶部，挡雨蓬14置于支架13的中部，下垫面模型15置于支架13的底部。降雨器11由主管26和支管27组成，主管为四方形，多根支管平行排列于主管中，主管和支管相互连通。主管26的一侧设有进水管12，相对的另一侧设有排污管25。下垫面模型15包括坡面20、边墙、可移动侧隔板21和可移动后隔板23，坡面20为模型的底部，模型的四个侧面分别为侧边墙22、可移动后隔板23、可移动侧隔板21和前边墙18。取样器19置于模型前边墙的一侧，前边墙的下方设有导流沟17，径流桶16置于导流沟17的一端。

本发明的装置以PVC管材料制作的管网下喷式降雨器为主体，调节降雨器的控水阀门，可以向降雨器提供压力稳定、压力大小可控的水源。经试验研究证实，在降雨器的放置位置不变的条件下，降雨器进水管内的水压力与雨强的大小呈线性相关。降雨器11和挡雨蓬14构成降雨系统。降雨器包括主管26和支管27两部分，其结构如图4所示，主管直径5cm，支管直径1.6cm。支管互相平行，面向下垫面模型一侧的管壁钻有直径为1mm的喷水孔28，所有喷水孔在一个水平面上均匀分布。在本试验中，雨滴以一定的速度下喷，其下落高度超过2.5m，且最大粒径小于4mm，所以可认为本降雨器的雨滴击溅下垫面的速度基本达到了终点速度。在降雨模拟试验中，初始雨强不稳定。为避免这部分降雨对水土流失量的影响，可用帆布挡雨蓬14将初始降雨挡住，等降雨稳定后才将挡雨蓬拉开，使降雨作用在下垫面模型上；降雨试验结束时，迅速收拢挡雨蓬控制绳24，挡住雨水，然后关闭电闸，以避免降雨器内残余水流对水土流失的影响。排污管25可以排除降雨器内积存的杂质，以免降雨器的喷孔被堵塞。

模型区由模型边墙22和下垫面模型组成。模型的边墙由砖和砂浆砌筑，水泥抹面以防模型渗水。模型的侧隔板21和后隔板23可以移动，以制得不同尺度的坡面模型。

取样系统分观测产沙总量取样系统和观测瞬时产沙浓度取样系统两部分。前者主要包括导流沟17、径流桶16和接流池。降雨模拟试验开始以后，将坡面侵蚀模型产生的浑水都收集到径流桶中(如果产流体积太大可以分批测量)，通过径流桶的读数，可以测出次降雨的产流体积；如果再用密度瓶法测出各相应体积浑水对应的含沙浓度，则可测出次降雨的产沙量。

本装置中所用的径流桶由普通塑料桶改制，其结构如图5所示。塑料桶的内壁上粘贴有两段钢卷尺29，其连线通过塑料桶的中心，这样不管径流桶怎么倾斜，两边刻度尺水面读数的平均值始终为径流桶中心的水位值。径流桶的水位-容积关系事先已通过率定，只要读出两边刻度尺的读数，就已确定出了桶内水流的体积。

取样器19为一个三角形的扁平漏斗，固定于模型出流口的边墙18上，它可以将较大范围内的水流集中起来，以加快取样速度。取样器中的水沙倒入密度瓶中，电子天平称重后，用密度瓶法即可计算出水样的含沙浓度。

Claims (1)

1、一种用于建立室内水土保持模型的装置，其特征在于该装置包括降雨器、挡雨蓬、下垫面模型、取样器和径流桶；所述的降雨器置于支架的顶部，挡雨蓬置于支架的中部，下垫面模型置于支架的底部；所述的降雨器由主管和支管组成，主管为四方形，多根支管平行排列于主管中，主管和支管相互连通，主管的一侧设有进水管，相对的另一侧设有排污管；所述的支管互相平行，面向下垫面模型一侧的管壁钻有直径为1mm的喷水孔，所有喷水孔在一个水平面上均匀分布；所述的下垫面模型包括坡面、边墙、可移动侧隔板和可移动后隔板，坡面为模型的底部，模型的四个侧面分别为侧边墙、可移动后隔板、可移动侧隔板和前边墙；所述的取样器置于模型前边墙的一侧，前边墙的下方设有导流沟，径流桶置于导流沟的一端。

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