CN205102879U - 一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，包括：底部延伸至基岩表面的围梗、地表径流检测装置及壤中流检测装置；地表径流检测装置包括：挡土墙、地表径流导流槽、地表径流量水槽、地表径流堰板及地表径流测井；壤中流检测装置包括：按壤中流流向依次设置的壤中流过滤池、壤中流过滤钢板、壤中流集水池、壤中流导水孔、壤中流量水槽及壤中流堰板，还包括一壤中流测井。有益之处在于：本实用新型的量水堰可同时、独立地观测山坡地表径流及壤中流水位与流量，观测过程连续、固定、自动且准确性高，具有良好的推广应用前景。

Description

一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰

技术领域

本实用新型涉及一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰。适用于山坡尺度的实验研究；属于水利工程中水文预报技术领域。

背景技术

我国是一个多山的国家，山丘区面积约占国土面积的2/3，山丘区人口占全国总人口的56％，复杂的地形地质条件，多样的气候因素，加之人类活动影响导致山洪灾害频发，对人民生命财产安全构成巨大威胁。目前，我国大江大河洪水监测及防洪标准得到逐步提升，但小流域因流域面积及河道调蓄能力小，洪水涨幅大、洪峰高，加之资料短缺，情况复杂，山洪防灾相对落后。因此，有必要加大对小流域的水文研究。

流量观测是小流域水文研究的重要一环，从目前的实验进展来看，可用于小流域流量观测的设备众多，如三角堰、矩形堰、测流槽等。这些设备原理均是基于量水堰的水位流量关系，由观测到的水位转化成流量，再生成具有时间序列的流量数据。然而，这些设备通常安装在河槽或渠道中，代表着一定集水面积的总出流量，并不适用于坡地产流研究，无法同时独立观测地表径流及壤中流。因此，需要研制一种能同时观测壤中流及地表径流的量水装置。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，包括：底部延伸至基岩表面的围梗、地表径流检测装置及壤中流检测装置；所述地表径流检测装置包括：挡土墙、地表径流导流槽、地表径流量水槽、地表径流堰板及地表径流测井，所述挡土墙与地表径流量水槽邻接且其上部嵌入地表径流导流槽内，所述地表径流导流槽将地表径流汇集至地表径流量水槽内，所述地表径流堰板位于地表径流量水槽的出水一侧；所述壤中流检测装置包括：按壤中流流向依次设置的壤中流过滤池、壤中流过滤钢板、壤中流集水池、壤中流导水孔、壤中流量水槽及壤中流堰板，还包括一壤中流测井，所述壤中流过滤池和壤中流集水池均开挖至基岩表面，其中壤中流过滤池与土体剖面邻接，所述壤中流堰板位于壤中流量水槽的出水一侧；所述地表径流量水槽与壤中流量水槽之间设置一隔水墙。

此外，前述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰还包括一排水装置，所述排水装置包括：收缩槽及尾水导水槽，地表径流和壤中流分别自地表径流堰板和壤中流堰板流入收缩槽内。

优选地，前述围梗由钢板制成，高出地表至少10cm，从而防止地表径流越过围梗。

更优选地，前述地表径流导流槽的顶部与地表平齐。

再优选地，前述挡土墙和隔水墙均由混凝土浇制而成。

进一步优选地，前述围梗边缘与壤中流过滤池边缘相连并密封。

具体地，前述地表径流测井包括：设置于地表径流量水槽的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计。前述壤中流测井包括：设置于壤中流量水槽的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计。通过水位计连续定时记录相应量水槽中的水位后，求取堰上水头，即可利用Kindsvater-Shen公式换算得到流量。

进一步地，前述壤中流过滤池和壤中流集水池内均填充有鹅卵石，鹅卵石的填充高度比地表低10cm，再用混凝土浇筑在鹅卵石上直至与地表平齐。这样，就能避免地表径流进入壤中流过滤池或壤中流集水池中，使得地表径流全部进入地表径流导流槽中，进而流入地表径流量水槽中，提高检测结果的准确性。

更具体地，前述地表径流堰板和壤中流堰板均采用30°开口的三角堰板。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型的量水堰可同时、独立地观测山坡地表径流及壤中流水位与流量，观测过程连续、固定、自动且准确性高，具有良好的推广应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰的一个优选实施例的主体结构示意图；

图2是图1所示实施例在应用时的俯视剖面示意图；

图3是图1所示实施例中壤中流过滤钢板的结构示意图。

图中附图标记的含义：1、围梗，2、挡土墙，3、地表径流导流槽，4、地表径流量水槽，5、地表径流堰板，6、地表径流测井，7、壤中流过滤池，8、壤中流过滤钢板，9、壤中流集水池，10、壤中流导水孔，11、壤中流量水槽，12、壤中流堰板，13、壤中流测井，14、隔水墙，15、收缩槽，16、尾水导水槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参见图1和图2，本实用新型的同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰包括：底部延伸至基岩表面的围梗1、地表径流检测装置及壤中流检测装置，围梗1由钢板制成，高出地表至少10cm，从而防止地表径流越过围梗1。通过地表径流检测装置和壤中流检测装置实现了同时、独立地观测地表径流和壤中流。

其中，地表径流检测装置包括：挡土墙2、地表径流导流槽3、地表径流量水槽4、地表径流堰板5及地表径流测井6，挡土墙2与地表径流量水槽4邻接且其上部嵌入地表径流导流槽3内，地表径流导流槽3的顶部与地表平齐从而有效地将地表径流按照图1中箭头所示方向引流汇集至地表径流量水槽4内，地表径流堰板5位于地表径流量水槽4的出水一侧。如图1所示，地表径流测井6包括：设置于地表径流量水槽4的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计，通过水位计连续定时记录相应地表径流量水槽4中的水位，从而得到流量。

如图2所示，壤中流检测装置包括：按壤中流流向(图2中空心箭头所示方向)依次设置的壤中流过滤池7、壤中流过滤钢板8、壤中流集水池9、壤中流导水孔10、壤中流量水槽11及壤中流堰板12，壤中流过滤池7和壤中流集水池9均开挖至基岩表面，其中壤中流过滤池7与土体剖面邻接，壤中流堰板12位于壤中流量水槽11的出水一侧；围梗1边缘与壤中流过滤池7边缘相连并密封，从而使所有壤中流都汇聚至壤中流过滤池7中，提高检测结果的可靠性。与地表径流检测装置相似，壤中流检测装置也包括一壤中流测井13，具体包括：设置于壤中流量水槽11的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计，通过水位计连续定时记录壤中流量水槽11中的水位后，从而得到流量。

进一步地，壤中流过滤池7和壤中流集水池9内均填充有鹅卵石，鹅卵石的填充高度比地表低10cm，再用混凝土浇筑在鹅卵石上直至与地表平齐。这样，就能避免地表径流进入壤中流过滤池7或壤中流集水池9中，使得地表径流全部进入地表径流导流槽3中，进而流入地表径流量水槽4中，进一步提高检测结果的准确性。

为了避免地表径流与壤中流之间发生干扰，如图1和图2所示，在地表径流量水槽4旁设置一挡土墙2，在地表径流量水槽4与壤中流量水槽11之间设置一隔水墙14，挡土墙2和隔水墙14均由混凝土浇制而成。

此外，本实施的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰还包括一排水装置，排水装置具体包括：收缩槽15及尾水导水槽16，地表径流和壤中流分别自地表径流堰板5和壤中流堰板12流入收缩槽15内，最后经尾水导水槽16流出。

在本实施例中，地表径流堰板5和壤中流堰板12均采用30°开口的三角堰板，具体观测地表径流及壤中流的方法为：

(1)、地表径流通过围梗1进入该测流系统，围梗1高出地表约10cm，防止地表径流越过围梗1。地表径流导流槽3上部与土壤表面平齐；壤中流过滤池7、壤中流集水池9之间安装图3所示的壤中流过滤钢板8，并用鹅卵石填充至离地表10cm处停止填充，之上的10cm用混凝土浇筑，使地表径流能越过壤中流过滤池7、壤中流集水池9直接进入地表径流导流槽3中，进而流入地表径流量水槽4，通过PVC管中自动水位计连续定时记录水位后，求取堰上水头，利用Kindsvater-Shen公式换算流量，地表径流随三角堰板的堰口流出后进入收缩槽15，后进入尾水导水槽16流出。

(2)、壤中流先通过壤中流过滤池7过滤，经过壤中流过滤钢板8进入壤中流集水槽中，再经壤中流导水孔10进入壤中流量水槽11后，通过PVC管自动水位计连续定时记录水位后，同样利用Kindsvater-Shen公式换算流量，壤中流随三角堰口流出后进入收缩槽15，后进入尾水导水槽16流出。

三角形量水堰以Kindsvater-Shen公式进行计算，计算公式为：

$Q=C_e\frac{8}{15}tan\frac{\mathrm{\θ}}{2}\sqrt{2g}{h_e}^{2.5}$

式中：C_e为流量系数，h_e为有效水头，本实施例中，对于夹角θ为30°的量水堰，流量系数C_e＝0.585(数据来源于《明渠水流测量》)。这样，就能够计算得到地表径流与壤中流的流量。

综上，本实用新型的量水堰可同时、独立地观测山坡地表径流及壤中流水位与流量，观测过程连续、固定、自动且准确性高，具有良好的推广应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，包括：底部延伸至基岩表面的围梗、地表径流检测装置及壤中流检测装置；所述地表径流检测装置包括：挡土墙、地表径流导流槽、地表径流量水槽、地表径流堰板及地表径流测井，所述挡土墙与地表径流量水槽邻接且其上部嵌入地表径流导流槽内，所述地表径流导流槽将地表径流汇集至地表径流量水槽内，所述地表径流堰板位于地表径流量水槽的出水一侧；所述壤中流检测装置包括：按壤中流流向依次设置的壤中流过滤池、壤中流过滤钢板、壤中流集水池、壤中流导水孔、壤中流量水槽及壤中流堰板，还包括一壤中流测井，所述壤中流过滤池和壤中流集水池均开挖至基岩表面，其中壤中流过滤池与土体剖面邻接，所述壤中流堰板位于壤中流量水槽的出水一侧；所述地表径流量水槽与壤中流量水槽之间设置一隔水墙。

2.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，还包括一排水装置，所述排水装置包括：收缩槽及尾水导水槽，地表径流和壤中流分别自地表径流堰板和壤中流堰板流入收缩槽内。

3.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述围梗由钢板制成，高出地表至少10cm。

4.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述地表径流导流槽的顶部与地表平齐。

5.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述挡土墙和隔水墙均由混凝土浇制而成。

6.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述地表径流测井包括：设置于地表径流量水槽的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计。

7.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述壤中流测井包括：设置于壤中流量水槽的槽边墙内的PVC管以及安装于PVC管内的水位计。

8.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述围梗边缘与壤中流过滤池边缘相连并密封。

9.根据权利要求1所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述壤中流过滤池和壤中流集水池内均填充有鹅卵石，鹅卵石的填充高度比地表低10cm，再用混凝土浇筑在鹅卵石上直至与地表平齐。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种同时观测山坡地表径流及壤中流的量水堰，其特征在于，所述地表径流堰板和壤中流堰板均采用30°开口的三角堰板。