CN212904372U - 一种砒砂岩区水力冲刷实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，该实验装置包括：一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其包括：用于装载待冲刷区域的隔水机构、用于为隔水机构提供水源的供水机构以及用于收集泥沙的收集机构，所述供水机构、所述隔水机构以及所述收集机构依次可拆卸地连接。本实用新型的有益效果是：通过设计隔水机构、供水机构以及收集机构，便于直观观察水力冲刷过程，便于直观观察径流水动力特征和侵蚀产沙过程，能够重复试验，提高实验数据精准度。

Description

一种砒砂岩区水力冲刷实验装置

技术领域

本实用新型涉及径流水动力特性观测和水力侵蚀监测技术领域，尤其涉及一种砒砂岩区水力冲刷实验装置。

背景技术

水力侵蚀是在降水、地表径流、地下径流的作用下，土壤、土体或其它地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。水力侵蚀引发的水土流失和土地生产力退化等环境问题是当前国际社会亟待解决的全球性难题之一，特别是在我国西北晋陕蒙交界地带的砒砂岩区，该区降雨短缺，降雨形式以暴雨为主，加之该区基岩极易侵蚀产沙，由水力侵蚀所导致的土地退化问题严重影响着当地的农牧业可持续发展和社会经济稳定。

水力侵蚀机制的研究一直是裸露砒砂岩区水沙调控和生态环境恢复的核心问题，也是科学决策人工植被配置方案的前提。通过坡面放水冲刷试验测量水动力学特征是开展水蚀过程监测、水蚀模型验证与修订、水蚀强度与危害评估以及水蚀控制措施效果评价等工作的基础。

目前，国内和国际上暂无统一标准的针对于砒砂岩区的坡面水动力学特征测量装置和方法，现有的测量方法：野外实地冲刷法，选取典型坡面，采用砖石或铁皮等材料建造冲刷小区围墙，放水冲刷坡面，观测流速，分析径流水动力特征和侵蚀产沙过程。此类方法的极易受地形限制，不利于重复试验的开展，且测量精度较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种砒砂岩区水力冲刷实验装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其包括：用于装载待冲刷区域的隔水机构、用于为隔水机构提供水源的供水机构以及用于收集泥沙的收集机构，所述供水机构、所述隔水机构以及所述收集机构依次可拆卸地连接。

本实用新型的有益效果是：通过设计隔水机构、供水机构以及收集机构，便于直观观察水力冲刷过程，便于直观观察径流水动力特征和侵蚀产沙过程，能够重复试验，提高实验数据精准度。

进一步地，所述隔水机构为顶部开放式结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：隔水机构为顶部开放式结构，便于对待冲刷区域进行隔水处理，并对待冲刷区域的体积进行定量，提高实验数据的精准性，提高实验效率，降低实验装置的生产成本。

进一步地，所述隔水机构包括：用于装载待冲刷区域的底板以及三个用于挡水的侧板，三个所述侧板分别可拆卸地设置在底板的三个边界位置处。

采用上述进一步方案的有益效果是：底板以及侧板的设置，便于隔水机构的组装以及维护，便于隔水机构的运输以及存储，提高实验装置的便携程度。

进一步地，所述底板包括：两个用于对待冲刷区域起支撑作用的第一骨架、多个用于对待冲刷区域起支撑作用的第二骨架以及防水帆布套；两个所述第一骨架相互平行设置，多个所述第二骨架相互平行设置在两个所述第一骨架之间，所述第二骨架的两端分别一一对应地与两个所述第一骨架连接，所述防水帆布套可拆卸地包覆在所述第一骨架和第二骨架的外侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：骨架的设置，用于对待冲刷区域起支撑作用，便于实验装置对定量的待冲刷区域进行实验，并且待冲刷区域设置在骨架上，能够提高待冲刷区域与骨架的摩擦力，提高水力冲刷的仿真程度，提高实验数据的精准性。防水帆布套用于隔水，防止待冲刷区域之外的水以及土壤干扰实验数据，提高实验精准度。

进一步地，所述供水机构包括：储水桶、用于向隔水机构中溢水的溢流槽以及用于连接储水桶和所述溢流槽的供水管道，所述储水桶通过供水管道与所述溢流槽可拆卸地连接，所述溢流槽设置在所述隔水机构的上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：溢流槽的设置，用于向隔水机构中溢水，通过溢流槽向待冲刷区域溢水，模拟水力冲刷过程，提高水力冲刷实验的逼真度，提高实验数据的精准度。

进一步地，所述供水机构还包括：用于支撑储水桶的第一支架以及用于控制供水管道流量的流量控制机构，所述储水桶可拆卸地设置在所述第一支架上，所述供水管道的一端与所述储水桶可拆卸地连接，所述流量控制机构可拆卸地设置在所述供水管道的另一端。

采用上述进一步方案的有益效果是：流量控制机构的设置，用于控制供水管道流量，便于用户根据实验需要控制供水流量，便于得到不同场景下的实验数据，提高实验效率，提高实验数据精准度。

进一步地，所述储水桶包括：可折叠钢丝骨架、防水帆布以及用于控制储水桶出水的阀门，所述防水帆布可拆卸地包覆在所述可折叠钢丝骨架的外侧，所述阀门设置在所述防水帆布上，所述阀门通过供水管道与所述溢流槽可拆卸地连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：可折叠钢丝骨架、防水帆布以及阀门的设置，便于储水桶的安装以及维护，便于运输以及存储储水桶，提高储水桶的便携性，便于用户对不同地点的待冲刷区域进行实验。

进一步地，所述收集机构为折叠式桶体，所述收集机构可拆卸地设置在所述隔水机构的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：收集机构为折叠式桶体，便于收集机构的安装以及维护，便于运输以及存储收集机构，提高收集机构的便携性，便于用户对不同地点的待冲刷区域进行实验。

进一步地，还包括：用于检测隔水机构中水流流速的流速监测机构以及用于支撑所述流速监测机构的第二支架，所述第二支架与所述隔水机构可拆卸地连接，所述流速监测机构可拆卸地设置在所述第二支架上，所述流速监测机构位于所述隔水机构的上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：流速监测机构的设置，用于检测隔水机构中水流流速，便于用户准确得到隔水机构中的水流流速，便于根据水流流速分析径流水动力特征和侵蚀产沙过程，提高实验效率。

本实用新型附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的砒砂岩区水力冲刷实验装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的供水机构的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的第一支架的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的底板的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的防水帆布套的结构示意图。

图6为本实用新型实施例提供的第一骨架的结构示意图。

图7为本实用新型实施例提供的方形三通配件的结构示意图之一。

图8为本实用新型实施例提供的方形三通配件的结构示意图之二。

图9为本实用新型实施例提供的方形三通配件的结构示意图之三。

附图标号说明：1-隔水机构；2-供水机构；3-收集机构；4-底板；5- 侧板；6-第一骨架；7-第二骨架；8-防水帆布套；9-储水桶；10-溢流槽； 11-供水管道；12-第一支架；13-流量控制机构；14-可折叠钢丝骨架；15- 防水帆布；16-阀门；17-流速监测机构；18-第二支架；19-数据采集装置； 20-方形三通配件；21-支柱；22-拉链；23-钢管；24-螺丝；25-固定桩。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其包括：用于装载待冲刷区域的隔水机构1、用于为隔水机构1提供水源的供水机构2以及用于收集泥沙的收集机构3，所述供水机构2、所述隔水机构1以及所述收集机构3依次可拆卸地连接。

本实用新型的有益效果是：通过设计隔水机构、供水机构以及收集机构，便于直观观察水力冲刷过程，便于直观观察径流水动力特征和侵蚀产沙过程，能够重复试验，提高实验数据精准度。

如图1所示，具体地，本实用新型实施例提供了一种砒砂岩区便携式水力冲刷的装置，包括：便携式冲刷小区外墙(即隔水机构1)、可折叠式储水桶(即储水桶9)、可拆卸式增高架(即第一支架12)、供水管道11、流量控制装置(即流量控制机构13)、溢流槽10、可折叠式泥沙收集桶(即收集机构3)和流速监测装置(即流速监测机构17)。

其中，如图1所示，所述便携式冲刷小区外墙埋入冲刷样地周围；所述可折叠式储水桶与可拆卸增高架固定连接；所述供水管道与可折叠式储水桶上的阀门连接；所述流量控制装置安装在供水管道的底端；所述溢流槽安装在便携式冲刷小区上方；所述可折叠式泥沙收集桶安装在便携式冲刷小区下方；所述流速监测机构安装在的便携式冲刷小区的横向支架(即第二支架18)上，垂直于冲刷坡面。所述流量控制装置和流速监测装置通过数据线与数据采集装置19相连。

本实用新型结构简单，减少了土方开挖量，同时节省了人力和物力投入，最大限度的降低了对土壤的扰动作用。减少了地形对施工过程的限制，可以快速拆卸，移动安装至监测区域的任何位置，从而监测不同坡度、坡长和坡位的径流水动力参数和水蚀数据。通过方便快捷的拆卸和安装，可以在多个样地布设多个冲刷小区，开展多次试验，增加数据重复量，提升数据精度。测量结果可为土壤侵蚀学、林学和生态学领域科学研究，以及铁路、公路和工矿等水土保持工程规划方面提供数据支撑。

如图4所示，所述便携式冲刷小区外墙包括可拆卸骨和方形三通配件20。所述可拆卸骨包括横向骨架(即第一骨架6)、纵向骨架(即第二骨架7)和支柱21；所述横向骨架上留有孔径与纵向骨架一致的孔位；所述纵向骨架通过孔位与横向骨架相连；所述每组横向骨架和支柱21通过方形三通部件20相互连接。

采用上述方案的有益效果是：骨架通过采用预留孔位和方形三通部件20相连的方式，在保障稳定性的前提下，可以快速拆卸和组装。

如图5所示，所述骨架外层由防水帆布套8包裹。所述防水帆布套8 为长方形套，配有拉链22。材料为经过特殊工艺加工而成的用于防水或防湿、防潮、防寒的帆布，一般是指涂塑布系列。是由纤维织物和化工填充材料，经过浸、涂、刮、烘、冷等生产工序制作而成。涂塑系列防水帆布的标准材料成分是由高强拉力涤纶编织而成的布坯，高质树脂粉、塑化剂、稳定剂，适量的钙粉搭配其他少量的化学原料加工而成，防水效果良好。

采用上述方案的有益效果是：防水帆布套可以有效防止冲刷小区内的径流外泄，省去了砖石和铁皮结构小区繁琐的防渗工作；防水帆布套的拉链，可以实现快速装填，便于折叠携带。骨架支撑起防水帆布套，使其结构更为挺拔，作为冲刷小区的防水挡墙。

如图1所示，所述可折叠式储水桶(即储水桶9)和可折叠式泥沙收集桶(即收集机构3)均采用可折叠式结构。所述可折叠式储水桶和可折叠式泥沙收集桶的外皮为防水帆布，内部结构由韧性极强的钢丝骨架组成。

采用上述方案的有益效果是：防水帆布套可以有效防止桶内的水流失，省去了砖石和铁皮结构小区繁琐的防渗工作；内部的强韧性钢丝骨架，可以实现快速装填，便于折叠携带。

如图3所示，所述可折叠式储水桶可与可拆卸式的增高架组合安装。所述可拆卸式增高架(即第一支架)由钢管23通过螺丝24连接，增高架底部设有固定桩25。

采用上述方案的有益效果是：所述可拆卸式增高架由钢管通过螺丝连接，可以快速安装拆卸，便于携带；可拆卸式增高架高度可以自由组合，能够满足不同需要的冲刷水头高度；增高架底部设有固定桩，用于提升增高架的稳定性。

本实用新型提供了一种安装简易，操作和携带便捷，且不受地形和土壤条件限制的适用于砒砂岩区野外水力冲刷试验的装置。

防水帆布就是经过特殊工艺加工而成的用于防水或防湿、防潮、防寒的帆布，一般是指涂塑布系列。是由纤维织物和化工填充材料，经过浸、涂、刮、烘、冷等生产工序制作而成。涂塑系列防水帆布的标准材料成分是由高强拉力涤纶编织而成的布坯，高质树脂粉、塑化剂、稳定剂，适量的钙粉搭配其他少量的化学原料加工而成，防水效果良好。采用防水帆布和可拆卸骨的组合构建冲刷装置的外墙，可以快速建立冲刷试验区，从而有效节约人力物力投入，并提高坡面径流水动力学特性和水蚀监测的工作效率。

如图1所示，进一步地，所述隔水机构1为顶部开放式结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：隔水机构为顶部开放式结构，便于对待冲刷区域进行隔水处理，并对待冲刷区域的体积进行定量，提高实验数据的精准性，提高实验效率，降低实验装置的生产成本。

如图1所示，进一步地，所述隔水机构1包括：用于装载待冲刷区域的底板4以及三个用于挡水的侧板5，三个所述侧板5分别可拆卸地设置在底板4的三个边界位置处。

采用上述进一步方案的有益效果是：底板以及侧板的设置，便于隔水机构的组装以及维护，便于隔水机构的运输以及存储，提高实验装置的便携程度。

如图4所示，进一步地，所述底板4包括：两个用于对待冲刷区域起支撑作用的第一骨架6、多个用于对待冲刷区域起支撑作用的第二骨架 7以及防水帆布套8；两个所述第一骨架6相互平行设置，多个所述第二骨架7相互平行设置在两个所述第一骨架6之间，所述第二骨架7的两端分别一一对应地与两个所述第一骨架6连接，所述防水帆布套8可拆卸地包覆在所述第一骨架6和第二骨架7的外侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：骨架的设置，用于对待冲刷区域起支撑作用，便于实验装置对定量的待冲刷区域进行实验，并且待冲刷区域设置在骨架上，能够提高待冲刷区域与骨架的摩擦力，提高水力冲刷的仿真程度，提高实验数据的精准性。防水帆布套用于隔水，防止待冲刷区域之外的水以及土壤干扰实验数据，提高实验精准度。

如图1所示，进一步地，所述供水机构2包括：储水桶9、用于向隔水机构1中溢水的溢流槽10以及用于连接储水桶9和所述溢流槽10的供水管道11，所述储水桶9通过供水管道11与所述溢流槽10可拆卸地连接，所述溢流槽10设置在所述隔水机构1的上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：溢流槽的设置，用于向隔水机构中溢水，通过溢流槽向待冲刷区域溢水，模拟水力冲刷过程，提高水力冲刷实验的逼真度，提高实验数据的精准度。

如图1所示，进一步地，所述供水机构2还包括：用于支撑储水桶9 的第一支架12以及用于控制供水管道11流量的流量控制机构13，所述储水桶9可拆卸地设置在所述第一支架12上，所述供水管道11的一端与所述储水桶9可拆卸地连接，所述流量控制机构13可拆卸地设置在所述供水管道11的另一端。

采用上述进一步方案的有益效果是：流量控制机构的设置，用于控制供水管道流量，便于用户根据实验需要控制供水流量，便于得到不同场景下的实验数据，提高实验效率，提高实验数据精准度。

如图2所示，进一步地，所述储水桶9包括：可折叠钢丝骨架14、防水帆布15以及用于控制储水桶9出水的阀门16，所述防水帆布15可拆卸地包覆在所述可折叠钢丝骨架14的外侧，所述阀门16设置在所述防水帆布15上，所述阀门16通过供水管道11与所述溢流槽10可拆卸地连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：可折叠钢丝骨架、防水帆布以及阀门的设置，便于储水桶的安装以及维护，便于运输以及存储储水桶，提高储水桶的便携性，便于用户对不同地点的待冲刷区域进行实验。

如图1所示，进一步地，所述收集机构3为折叠式桶体，所述收集机构3可拆卸地设置在所述隔水机构1的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：收集机构为折叠式桶体，便于收集机构的安装以及维护，便于运输以及存储收集机构，提高收集机构的便携性，便于用户对不同地点的待冲刷区域进行实验。

如图1所示，进一步地，还包括：用于检测隔水机构1中水流流速的流速监测机构17以及用于支撑所述流速监测机构17的第二支架18，所述第二支架18与所述隔水机构1可拆卸地连接，所述流速监测机构17 可拆卸地设置在所述第二支架18上，所述流速监测机构17位于所述隔水机构1的上方。

采用上述进一步方案的有益效果是：流速监测机构的设置，用于检测隔水机构中水流流速，便于用户准确得到隔水机构中的水流流速，便于根据水流流速分析径流水动力特征和侵蚀产沙过程，提高实验效率。

具体地，本实用新型提供的一种利用所述装置自动监测风沙区土壤风蚀量的装置的使用方法如下：

第一步、将所述纵向骨架安装入所述横向骨架的预留孔位中，用所述方形三通部件将所述支柱和所述横向骨架相连接。

第二步、将所述防水帆布套包裹在骨架外，利用所述拉链收紧防水帆布套，埋入冲刷小区周围的土层中，用防水胶涂抹在便携式冲刷小区外墙与土层交界处。

第三步、将所述溢流槽安装在冲刷小区上方，用防水胶涂抹在便携式冲刷小区外墙与溢流槽交界处。

第四步、将所述钢管和螺丝组合成可拆卸式增高架；将所述可折叠式储水桶安装在可拆卸式增高架的上方；将所述供水管道下端与所述流量控制装置连接，所述供水管道上端与所述阀门相连接。

第五步、将所述流量控制装置安装在的便携式冲刷小区的横向支架上，垂直于冲刷坡面；所述流量控制装置和流速监测装置通过数据线与数据采集装置相连。

第六步、将所述可折叠式泥沙收集桶安装在冲刷小区的出水口位置。

第七步、将所述阀门打开，调节所述流量控制装置，待所述溢流槽中有水流均匀流出对小区进行冲刷，所述流速监测装置将收集到的流速信息记录在数据采集装置中，从小区的出水口收集径流泥沙样作为进一步室内试验所用。

第八步、更换试验地点，拆除仪器后，重复第一步-第七步，可获得多个样点坡面的径流水动力学特征和水力侵蚀特征数据。

因此，本实用新型通过合理的设置，能适应复杂恶劣的砒砂岩区野外环境，有效节省人力物力投入，并能精确测量坡面径流的水动力参数, 通过计算可获取到水蚀量和水蚀模数。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，包括：用于装载待冲刷区域的隔水机构(1)、用于为隔水机构(1)提供水源的供水机构(2)以及用于收集泥沙的收集机构(3)，所述供水机构(2)、所述隔水机构(1)以及所述收集机构(3)依次可拆卸地连接；

所述隔水机构(1)包括：用于装载待冲刷区域的底板(4)以及三个用于挡水的侧板(5)，三个所述侧板(5)分别可拆卸地设置在底板(4)的三个边界位置处。

2.根据权利要求1所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述隔水机构(1)为顶部开放式结构。

3.根据权利要求1所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述底板(4)包括：两个用于对待冲刷区域起支撑作用的第一骨架(6)、多个用于对待冲刷区域起支撑作用的第二骨架(7)以及防水帆布套(8)；两个所述第一骨架(6)相互平行设置，多个所述第二骨架(7)相互平行设置在两个所述第一骨架(6)之间，所述第二骨架(7)的两端分别一一对应地与两个所述第一骨架(6)连接，所述防水帆布套(8)可拆卸地包覆在所述第一骨架(6)和第二骨架(7)的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述供水机构(2)包括：储水桶(9)、用于向隔水机构(1)中溢水的溢流槽(10)以及用于连接储水桶(9)和所述溢流槽(10)的供水管道(11)，所述储水桶(9)通过供水管道(11)与所述溢流槽(10)可拆卸地连接，所述溢流槽(10)设置在所述隔水机构(1)的上方。

5.根据权利要求4所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述供水机构(2)还包括：用于支撑储水桶(9)的第一支架(12)以及用于控制供水管道(11)流量的流量控制机构(13)，所述储水桶(9)可拆卸地设置在所述第一支架(12)上，所述供水管道(11)的一端与所述储水桶(9)可拆卸地连接，所述流量控制机构(13)可拆卸地设置在所述供水管道(11)的另一端。

6.根据权利要求4所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述储水桶(9)包括：可折叠钢丝骨架(14)、防水帆布(15)以及用于控制储水桶(9)出水的阀门(16)，所述防水帆布(15)可拆卸地包覆在所述可折叠钢丝骨架(14)的外侧，所述阀门(16)设置在所述防水帆布(15)上，所述阀门(16)通过供水管道(11)与所述溢流槽(10)可拆卸地连接。

7.根据权利要求1所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，所述收集机构(3)为折叠式桶体，所述收集机构(3)可拆卸地设置在所述隔水机构(1)的下方。

8.根据权利要求1所述的一种砒砂岩区水力冲刷实验装置，其特征在于，还包括：用于检测隔水机构(1)中水流流速的流速监测机构(17)以及用于支撑所述流速监测机构(17)的第二支架(18)，所述第二支架(18)与所述隔水机构(1)可拆卸地连接，所述流速监测机构(17)可拆卸地设置在所述第二支架(18)上，所述流速监测机构(17)位于所述隔水机构(1)的上方。

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