CN210323007U - 土壤侵蚀观测装置及具有该装置的土壤水出流观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水分运移规律测定设备技术领域，尤其涉及一种土壤侵蚀观测装置及具有该装置的土壤水出流观测系统。该装置的箱体安装在坡度调节架上，坡度调节架能使箱体倾斜至预设坡度；箱体内设有能填装待测土壤的空间，箱体上设有疏水结构，疏水结构用于对箱体内出流的土壤水进行疏导，实现不同区域不同断面上的径流和泥沙收集，以便直观观测壤中流的形成以及土壤水分运移的动态过程；该土壤水出流观测系统装有上述装置。该装置及系统能实现不同性质土壤不同降雨强度不同坡度条件下、箱体内不同深度的径流量和泥沙量收集，并能测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程，可同时满足普通土壤以及粒径较大矿渣土的实验要求。

Description

土壤侵蚀观测装置及具有该装置的土壤水出流观测系统

技术领域

本实用新型涉及水分运移规律测定设备技术领域，尤其涉及一种土壤侵蚀观测装置及具有该装置的土壤水出流观测系统。

背景技术

随着经济建设、开发力度的加大，采矿、公路、铁路等各类生产建设项目产生的渣土越来越多，对生态环境的威胁性也越来越高。渣土的再利用研究成为热点问题，比如渣土的持水特性决定了其再利用的方向。渣土形成的土体具有颗粒大、空隙大等特性，水分进入渣土土体后迅速排出，因此，改良后土体的水分再分配特性是检验土体能否利用的重要指标。

受来水特征及土壤本身特性影响，水分进入土体中后发生水分再分配过程。水分再分配是指在自身重力势和基质水势差的驱动下土壤内的水分运移过程，该过程既包括水分的垂直运移，也包括水分在水平方向上的侧向运输过程。观测水分再分配过程既可在实验室控制条件下进行，也可在野外实地布设观测仪器。

目前通常采用人工降雨方式研究渣土的保水保土特性，具体测定方法为：在现有的室内侵蚀槽中装入一定量的待测矿渣，并在侵蚀槽所在区域内进行不同降雨强度条件下的人工降雨，进而观测侵蚀槽产生的径流及泥沙。由于矿渣本身孔隙度大，自然降雨条件下难以形成地表径流，而是以壤中流的形式下渗，然而现有的侵蚀槽难以观测壤中流的形成及流动。随着实验精度要求的提升，以及实验多样化和特色化发展，对用于测定水分再分配的土壤侵蚀装置的研发意义愈加重大。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供了一种土壤侵蚀观测装置及具有该装置的土壤水出流观测系统，该装置能够观测水分在土壤内部的动态过程，对不同特性的矿渣壤中流进行研究可以分析矿渣内部水分再分配过程，为矿渣改良利用提供依据。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种土壤侵蚀观测装置，包括箱体和坡度调节架，所述箱体安装在坡度调节架上，并能倾斜至预设坡度；所述箱体内设有能填装待测土壤的空间，所述箱体上设有疏水结构，所述疏水结构用于对填装在所述箱体内出流的土壤水进行疏导。

优选的，所述疏水结构包括出流孔和集水器，以所述箱体在倾斜时较低的一端为前端，所述箱体的各个端壁、侧壁和底板上分别排布有多个出流孔，各个所述出流孔各连接有集水器，所述集水器用于收集径流与泥沙。

优选的，所述箱体的各个端壁、侧壁和底板上分别被划分出至少一个出流区，各个所述出流区分别沿所述箱体的前端壁的高度方向顺序排布；每个所述出流区内分别排布有多个出流孔，各个所述出流孔分别连接有所述集水器。

优选的，所述疏水结构还包括挡水板，在所述箱体的侧壁和底板内分别设有侧壁夹层和底部夹层，所述侧壁夹层和底部夹层内分别插装有侧壁挡水板和底部挡水板，在各个所述挡水板的两端分别留有滑槽。

优选的，所述箱体的侧壁上安装有量角器。

优选的，其特征在于，所述箱体的一端设有铰接端，另一端设有调节端，所述箱体的铰接端和调节端分别连接在所述坡度调节架上，所述坡度调节架用于驱动所述箱体的调节端相对于铰接端升降，以使所述箱体倾斜至预设坡度。

优选的，所述坡度调节架包括箱架和升降控制机构，所述箱架的一端与所述箱体的铰接端铰接，另一端通过所述升降控制机构与所述箱体的调节端连接，所述升降控制机构用于确定所述箱体的调节端相对于铰接端的升降高度。

优选的，所述升降控制机构包括定位板，所述定位板竖立在所述箱架的一端，所述定位板上设有多个定位孔，多个所述定位孔在所述定位板上沿竖直方向顺序排列，任一所述定位孔均能与所述箱体的调解端之间可拆卸的连接。

优选的，所述升降控制机构包括液压缸，所述液压缸的套筒固定在所述箱架上，所述液压缸的活塞杆与所述箱体的调节端连接。

本实用新型还提供了一种土壤水出流观测系统，包括人工降雨装置、以及如上所述的土壤侵蚀观测装置，所述人工降雨装置连接有降雨区，所述土壤侵蚀观测装置设置在所述降雨区内。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：该土壤侵蚀观测装置能够观测水分在土壤内部的动态过程，并能测定土壤水分再分配过程，该装置包括箱体和坡度调节架，箱体安装在坡度调节架上，并能倾斜至预设坡度，利用坡度调节架可以调节箱体的倾斜坡度，从而能对不同坡度条件下的土壤水分动态过程进行观测；箱体内设有能填装待测土壤的空间，箱体上设有疏水结构，疏水结构用于对填装在箱体内出流的土壤水进行疏导，实现不同区域不同断面上的径流量和泥沙量收集，以便更加直观的观测壤中流的形成以及土壤水分的动态过程，有利于土壤水分运移过程的研究；该土壤水出流观测系统装有上述装置，能实现不同性质土壤不同降雨强度不同坡度条件下、箱体内不同深度的径流量和泥沙量收集，并能测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程，可同时满足普通土壤以及粒径较大矿渣土的实验要求，从而为更好地利用其水分调节功能提供理论基础。

附图说明

图1为本实用新型实施例的土壤侵蚀观测装置的主视图；

图2为本实用新型实施例的土壤侵蚀观测装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例的土壤侵蚀观测装置的侧视图；

其中，1、箱体；2、坡度调节架；3、外壁；4、侧壁夹层；5、侧壁挡水板；6、底部夹层；7、底部挡水板；8、侧壁出流孔；9、定位孔；10、定位板；11、滑槽；12、量角器；13、轮体；14、端壁出流孔；15、底部出流孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“左侧”、“右侧”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

本实施例所述的土壤侵蚀观测装置能够观测水分在土壤内部的动态过程，并能测定土壤水分再分配过程，从实现不同降雨强度不同坡度条件下、箱体1内不同深度的径流量和泥沙量收集，并能测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程。该装置还可同时满足普通土壤以及粒径较大矿渣土的实验要求，从而为更好地利用其水分调节功能提供理论基础。

具体的，如图1～图3所示，该装置包括箱体1和坡度调节架2，该箱体1安装在坡度调节架2上，并能倾斜至预设坡度，利用坡度调节架2调节箱体1的倾斜坡度，从而使得该装置能对不同坡度条件下的土壤水分动态过程进行观测，优选箱体1的侧壁上安装有量角器12，从而实时测定箱体1的坡度；在箱体1内设有能填装待测土壤的空间，箱体1上设有疏水结构，疏水结构用于对填装在箱体1内的出流的土壤水进行疏导，以便观测不同区域不同断面上的径流量和泥沙量，从而直观观测壤中流的形成以及土壤水分的动态过程，有利于水分再分配过程的研究。

本实施例的箱体1中，疏水结构包括出流孔和集水器，优选箱体1为长方体结构，也可以采用其他形状的箱体1，例如球体或柱体结构；为了便于观测不同断面的径流状态，则箱体1无论采用任何形状结构，均设有一前端面，且在箱体1倾斜时，该前端面上的前端壁处于箱体1上较低的一端。

以长方体箱体1为例，箱体1的外壁3合围成上方开口的空间，箱体1的外壁3被划分为前端壁、左侧壁、右侧壁、底板和后端壁，在箱体1的各个端壁、侧壁和底板上分别排布有多个出流孔，即设置在箱体1前端壁和后端壁上的出流孔为端壁出流孔14，设置在箱体1的左侧壁和右侧壁上的出流孔为侧壁出流孔8，设置在箱体1底板上的出流孔为底部出流孔15。优选该长方体箱体1的尺寸为高50cm，长120cm，宽30cm，各个位置的出流孔的排布密度分别为10cm×10cm，每个出流孔的孔径为1cm，上述各参数均可根据实验需要进行调整；各个出流孔各连接有集水器(图中未示出)，集水器用于收集径流与泥沙，优选集水器具有开关和引流功能，例如采用水龙头作为集水器。本装置的疏水结构利用集水器和出流孔相配合，能够实现不同断面的径流量和泥沙量的收集，从而实现测量不同降雨强度不同坡度条件下，箱体1内不同深度的径流量和泥沙量，以及测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程。

疏水结构还包括挡水板，在箱体1的前端壁、后端壁、左侧壁、右侧壁内分别设有侧壁夹层4，在箱体1的底板内设有底部夹层6。侧壁夹层4和底部夹层6内分别插装有侧壁挡水板5和底部挡水板7。侧壁挡水板5和底部挡水板7可以分别对应隔断左侧壁、右侧壁和底板的水流。换言之，当任一侧壁内装有侧壁挡水板5时，该侧壁上的所有出流孔被侧壁挡水板5自各个出流孔的中间完全阻断，以使该侧壁不出流；同理，当底板内装有底部挡水板7时，底板上的出流孔被底部挡水板7自中间完全阻断，以使底板不出流。在实验时可以根据需要利用挡水板直接阻断任一壁面上的所有出流孔，从而快速方便的进行正面壁面的出流阻断。为了便于插接挡水板，在各个挡水板的两端分别留有滑槽11。优选箱体1内设有至少四个滑槽11，以实现在箱体1的前端壁、后端壁、左侧壁、右侧壁和底板内均可滑入并放置挡水板5，且各个挡水板5分别与箱体1上的每个设有出流孔的外壁都能保证紧密贴合。优选滑槽11的顶部开口，底部封闭，以便于使挡水板5自滑槽11顶部的开口向下滑入。

需要说明的是，由于箱体1的五面均打有出流孔，且出流孔均匀分布在箱体1外壁的各个面上，故而根据实验需要，既可以用挡水板5挡住其中某一面的一部分出流孔或者全部出流孔，也可以实现两面或者多面的部分出流孔或全部出流孔的同时遮挡。

为了便于控制箱体1的坡度，实现对不同坡度条件下的土壤水分动态过程进行观测，优选在箱体1的一端设有铰接端，另一端设有调节端，箱体1的铰接端和调节端分别连接在坡度调节架2上，坡度调节架2用于驱动箱体1的调节端相对于铰接端升降，则箱体1以铰接端为转动圆心转动，实现箱体1坡度的可控调节，使得箱体1能倾斜至任一预设坡度，优选该铰接端为箱体1的前端，以保证箱体1的前端位于箱体1倾斜时的较低位置。

本实施例的坡度调节架2包括箱架和升降控制机构，箱架的一端与箱体1的铰接端铰接，另一端通过升降控制机构与箱体1的调节端连接，升降控制机构用于确定箱体1的调节端相对于铰接端的升降高度，优选在箱体1的底部安装有铰接轴，箱架的前端与箱体1前端底部的铰接轴铰接，以该铰接轴作为箱体1倾斜转动时的转动轴。

本实施例的升降控制机构包括定位板10，定位板10竖立在箱架的一端(优选为箱架后端)，定位板10上设有多个定位孔9，多个定位孔9在定位板10上沿竖直方向顺序排列，以保证各个定位孔9相对于箱架前端的高度不同，任一定位孔9均能与箱体1的调解端之间可拆卸的连接，利用定位板10上不同高度的定位孔9控制箱体1调节端的高度，进而调整箱体1的倾斜坡度；优选的，在箱体1的调节端固定有定位眼，定位眼的孔径与定位孔9的孔径一致，则利用定位螺栓能将定位眼连接在任一定位孔9上，从而保证实验时箱体1能固定在预定的倾斜坡度。

本实施例还提供了另一种升降控制机构的具体结构，该升降控制机构包括液压缸，液压缸的套筒固定在箱架上，液压缸的活塞杆与箱体1的调节端连接，利用液压缸的液压作用带动箱体1调节端的升降；同理的，也可利用气压缸替代液压缸。

需要说明的是，升降控制机构包括但不限于以上两种结构，也可以将上述的两种结构部分结合，即在液压缸上安装定位板，双重控制箱体的倾斜坡度，或者还可以采用其他控制机构，只要满足能够控制箱体1调节端的高度，从而根据实验需要调整箱体1倾斜坡度的结构均可作为升降控制机构。

本实施例的装置中，坡度调节架的底部安装有便于移动的轮体13，以便于移动装置，具体的，在箱架的底部分别安装有至少三个轮体13，以保证装置移动的稳定性强，本实施例中轮体13的数量为四个。

根据上述内容，结合不同的实验目的，本实施例提供以下两个实验方案具体描述利用本装置进行实验的过程，需要说明的是，实验方案包括但不限于以下两种：

方案1：将箱体1上的出流孔进行分区控制，即箱体1优选划分出至少三个出流区，各个出流区分别设置在箱体1的前端壁上，且沿箱体1的前端壁的高度方向顺序排布，每个出流区内分别排布有多个出流孔14，各个出流孔14分别连接有集水器，以设置三个出流区为例，箱体1的前端被分为上中下三区，分别开启所属不同区的集水器，并在开启任一区域内的集水器时关闭其余两区的集水器，即可利用该装置测量不同坡度条件下、箱体1内不同深度的径流量和泥沙量；

方案2：在实验时将箱体1上所有位置的集水器同时打开，从而观测不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程。

基于上述内容，本实施例还提供了一种土壤水出流观测系统，该系统包括人工降雨装置、以及如上所述的土壤侵蚀观测装置，人工降雨装置连接有降雨区，土壤侵蚀观测装置设置在降雨区内，该系统能够实现不同降雨强度不同坡度条件下、箱体1内不同深度的径流量和泥沙量收集，并能测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程，可同时满足普通土壤以及粒径较大矿渣土的实验要求，从而为更好地利用其水分调节功能提供理论基础。

以下给出该系统的具体实验过程：

步骤A1：在箱体1内铺设无纺布，在无纺布内填装待测土壤(亦可为矿渣等)，该无纺布可以防止土壤自箱体1内漏出，即保证箱体1的外壁仅透水不漏土；

步骤A2：利用坡度调节架2将箱体1倾斜至实验所需坡度；

步骤A3：根据实验需要分别开关各个集水器；

步骤A4：利用人工降雨装置在降雨区内模拟人工降雨，并将土壤侵蚀测定装置放在降雨区内，以使该装置处于人工降雨环境中，记录降雨强度；

步骤A5：收集各个集水器采集的径流和泥沙；

步骤A6：配合使用计时器，以记录各个出流孔开始产流和停止产流的时间；

步骤A7：停止人工降雨装置，以停止人工降雨；

步骤A8：测量并记录各个集水器采集的径流量和/或泥沙量；

步骤A9：采用烘干法，计算土壤流失量。

综上所述，本实施例的土壤侵蚀观测装置能够观测水分在土壤内部的动态过程，并能测定土壤水分再分配过程，该装置包括箱体1和坡度调节架2，箱体1安装在坡度调节架2上，并能倾斜至预设坡度，利用坡度调节架2可以调节箱体1的倾斜坡度，从而能对不同坡度条件下的土壤水分动态过程进行观测；箱体1内设有能填装待测土壤的空间，箱体1上设有疏水结构，疏水结构用于对填装在箱体1内出流的土壤水进行疏导，实现不同区域不同断面上的径流量和泥沙量收集，以便更加直观的观测壤中流的形成以及土壤水分的动态过程，有利于水分再分配过程的研究；该土壤水出流观测系统装有上述装置，以使该装置和系统能实现不同降雨强度不同坡度条件下、箱体1内不同深度的径流量和泥沙量收集，并能测量不同降雨强度、不同坡度条件下的水分再分配过程，可同时满足普通土壤以及粒径较大矿渣土的实验要求，从而为更好地利用其水分调节功能提供理论基础。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种土壤侵蚀观测装置，其特征在于，包括箱体和坡度调节架，所述箱体安装在坡度调节架上，并能倾斜至预设坡度；所述箱体内设有能填装待测土壤的空间，所述箱体上设有疏水结构，所述疏水结构用于对填装在所述箱体内出流的土壤水进行疏导；

所述疏水结构包括出流孔和集水器，以所述箱体在倾斜时较低的一端为前端，所述箱体的各个端壁、侧壁和底板上分别排布有多个出流孔，各个所述出流孔均连接有集水器，所述集水器用于收集径流与泥沙。

2.根据权利要求1所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述箱体的各个端壁、侧壁和底板上分别被划分出至少一个出流区，各个所述出流区分别沿所述箱体的高度方向顺序排布；每个所述出流区内分别排布有多个出流孔，各个所述出流孔分别连接有所述集水器。

3.根据权利要求1所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述疏水结构还包括挡水板，在所述箱体的侧壁内和底板内分别设有侧壁夹层和底部夹层，所述侧壁夹层和底部夹层内分别插装有侧壁挡水板和底部挡水板，在各个所述挡水板的两端分别留有滑槽。

4.根据权利要求1所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述箱体的侧壁上安装有量角器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述箱体的一端设有铰接端，另一端设有调节端，所述箱体的铰接端和调节端分别连接在所述坡度调节架上，所述坡度调节架用于驱动所述箱体的调节端相对于铰接端升降，以使所述箱体倾斜至预设坡度。

6.根据权利要求5所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述坡度调节架包括箱架和升降控制机构，所述箱架的一端与所述箱体的铰接端铰接，另一端通过所述升降控制机构与所述箱体的调节端连接，所述升降控制机构用于确定所述箱体的调节端相对于铰接端的升降高度。

7.根据权利要求6所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述升降控制机构包括定位板，所述定位板竖立在所述箱架的一端，所述定位板上设有多个定位孔，多个所述定位孔在所述定位板上沿竖直方向顺序排列，任一所述定位孔均能与所述箱体的调解端之间可拆卸的连接。

8.根据权利要求6所述的土壤侵蚀观测装置，其特征在于，所述升降控制机构包括液压缸，所述液压缸的套筒固定在所述箱架上，所述液压缸的活塞杆与所述箱体的调节端连接。

9.一种土壤水出流观测系统，其特征在于，包括人工降雨装置、以及如权利要求1-8任一项所述的土壤侵蚀观测装置，所述人工降雨装置连接有降雨区，所述土壤侵蚀观测装置设置在所述降雨区内。

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