CN214668345U - 便携式野外径流冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式野外径流冲刷装置，包括：过水槽，其底部埋设在坡面内，具有位于上游的稳流区和位于下游的溢流区，两者之间设置有与水流向相垂直的隔板，隔板的底部与过水槽间隔设置，溢流区的出口侧设置有出水沿；径流小区，位于过水槽下游，径流小区的边沿设置有与过水槽相连的径向围堰，径向围堰由围堰单元依次连接而成，围堰单元的底部插装在坡面内；集流槽，位于径流小区的出口处，集流槽包括与径向围堰相连的收集筒，收集筒为缩口式结构，收集筒的进口端底部设置有用于埋设在坡面内的插接板，收集筒的出口端连接有导流筒。本实用新型结构简单，安装方便，便于拆装、运输和储存，提高了提高径流小区的实用性和监测准确性。

Description

便携式野外径流冲刷装置

技术领域

本实用新型涉及野外径流冲刷试验装置技术领域，尤其是涉及一种用于观测降雨或径流冲刷条件下原位坡面水文过程-径流泥沙运移规律的便携式野外径流冲刷装置。

背景技术

在自然侵蚀下，全球每年有0.02～0.06 mm土壤受侵蚀而流失。其中，土壤水力侵蚀造成的土壤退化、土层变薄、耕地减少、土地生产力下降，对人类生存和发展构成了威胁，严重制约着社会、经济、生态可持续发展。全球受水力侵蚀影响的土壤面积达11 亿hm²，每年受土壤侵蚀影响的经济损失近4 000 亿美元。因此，在学科发展和社会需求的双重驱动下，土壤水蚀过程一直是土壤侵蚀研究领域关注的焦点和热点。加强水力侵蚀发生、发展动力机制与过程的深入系统研究，是制定合理的水土保持措施、阻控土壤退化、维持土地生产力、改善水体质量、提升生态系统服务功能的基础和前提。

径流小区法是土壤侵蚀研究的经典方法，是从微观尺度上定量研究和探索水文过程-径流泥沙运移规律的主要手段之一。自1915年诞生至今，径流小区法已在水土保持监测、科研示范、科普宣传等方面做出了重要贡献。传统的野外径流小区一般采用混凝土材料在野外不同下垫面搭建封闭坡地，用于收集降雨、径流和泥沙的监测工作，其在建设和应用上存在一定的局限性，主要表现在：(1)受地形、气候等因素的限制，径流小区设计方案缺乏统一标准，易使不同地区的监测数据造成误差；(2)径流小区工程周期较长，整体建造成本偏高；(3)混凝土材料常年暴露，极易损坏，导致水沙渗漏损失、径流受阻，造成观测数据误差，且维护成本较高；(4)径流小区的建设会对下垫面造成破坏，建成后需要恢复期，短期内无法开展监测工作；(5)对于不同的下垫面状况，长期固定的径流小区建设成本较高，不适用于临时监测位点，不便携。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种可为科研工作者在不同环境、下垫面条件下开展野外观测试验提供便利的便携式野外径流冲刷装置，具体可采取如下技术方案：

本实用新型所述的便携式野外径流冲刷装置，沿坡面倾斜设置，所述冲刷装置包括

过水槽，其底部埋设在坡面内，所述过水槽具有位于上游的稳流区和位于下游的溢流区，所述稳流区和溢流区之间设置有与水流向相垂直的隔板，所述隔板的底部与过水槽间隔设置用于连通稳流区和溢流区，所述溢流区的出口侧设置有出水沿；

径流小区，位于过水槽下游，所述径流小区的边沿设置有与过水槽相连的径向围堰，所述径向围堰由围堰单元依次连接而成，所述围堰单元的底部插装在坡面内；

集流槽，位于径流小区的出口处，所述集流槽包括与径向围堰相连的收集筒，所述收集筒为缩口式结构，收集筒的进口端底部设置有用于埋设在坡面内的插接板，收集筒的出口端连接有导流筒。

所述冲刷装置还包括贮水箱和与其相连的导流软管，所述导流软管上设置有阀门，导流软管的出口端则延伸至所述过水槽的稳流区内；冲刷装置还包括位于导流筒出口处的集流桶，所述集流桶位于在坡面上开设的安装槽内。

所述过水槽为上开口式水槽，所述隔板和过水槽的顶面平齐，所述出水沿则低于过水槽顶面设置。

所述径向围堰分别设置在过水槽的两端，所述出水沿位于径向围堰之间且向径流小区方向延伸设置，出水沿的下表面上则设置有与过水槽外壁相连的支撑斜肋；所述收集筒包括间隔设置的上底板和下底板，所述上底板和下底板为大小相等的倒梯形结构，且上底板和下底板的斜边通过侧板相连；所述侧板的进口端、过水槽与径向围堰的连接处、以及每一围堰单元的两端均设置有连接件和止水件。

所述连接件为设置在侧板/过水槽/围堰单元外侧的连接板，所述连接板上开设有用于穿设连接螺栓的通孔，所述止水件为设置在连接板接合面一侧的聚乙烯防渗垫。

所述集流槽/过水槽/围堰单元均由不锈钢板制成，所述连接板为沿侧板/过水槽/围堰单元端部竖边外翻的一体化折边板。

所述收集筒的上底板上设置有置物槽。

所述过水槽和径向围堰的顶部外侧均设置有方便按压的受力沿。

本实用新型提供的便携式野外径流冲刷装置，结构简单，安装方便，便于拆装、运输和储存，提高了提高径流小区的实用性和监测准确性。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型为不锈钢材料，各组件可进行现场拼装、拆卸，相比于传统混凝土径流小区可以减少施工周期，节省材料、人工和运输成本。本装置的制作可在工厂完成，制作工艺简单，可以集中生产，适合大范围的推广。

2、本实用新型的不锈钢材质可以防止冻裂，避免渗漏，提高监测精度，也可以降低后期维护成本；同时，不锈钢材质保证了表面光滑，减少径流在冲刷过程中所受的外界干扰，也可减少样品在集流槽内残留，提高监测精度。

3、本实用新型的各组件可进行拼装、拆卸，现场操作简单，避免了复杂施工对坡面原始状态的破坏，建成后即可监测；如遇不规则坡面，研究人员可以根据实际情况增加或减少径流小区的围堰单元数量；同时，本装置可以重复使用，当实验结束后，可以拆下本装置，在异地快速安装。

4、本实用新型采用20mm的方钢作为过水槽和径向围堰顶部外侧的受力沿，方便研究人员用外力将装置嵌入土壤，可以不对野外坡面产生额外扰动，保持小区边界整齐，减少小区面积误差。

5、本实用新型的过水槽为包含稳流区-溢流区的整体箱体，两区之间用钢隔板隔开，且底部连通，使径流能以稳定流的形式流出；同时，溢流区的出口处有外伸的出水沿，其紧扣地表坡面，防止落差较大，增加水流势能，增大侵蚀动力。

6、本实用新型的集流槽进口端有下伸20mm的插接板，可以使装置插入地下与坡面在一个水平线；同时，包围结构的收集筒，在降雨实验中可以防止雨滴或其他外物对径流和泥沙产生影响，其上底板上可以设置置物槽，用于放置秒表，记录本等实验工具，方便监测。

7、本实用新型的过水槽、径向围堰的围堰单元和集流槽的接接处均设置有外伸20mm的连接板，且装有高性能的聚乙烯防渗垫，既方便了各组件的拼装和拆卸，而且可以防止径流外渗，减少实验误差。

8、撤去本实验新型的过水槽，并将其中的隔板作为径流小区围板，同时增加模拟降雨仪器，即可变为野外模拟降雨实验装置。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中过水槽的结构示意图。

图3是图1中围堰单元的结构示意图。

图4是图1中集流槽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1-4所示，本实用新型所述的便携式野外径流冲刷装置，沿坡面倾斜设置，包括贮水箱1、过水槽2、径流小区3、集流槽4和集流桶5。

具体地，贮水箱1位于坡面上，其为直径1000mm，高1000mm的PVC材质圆桶，底部连接有带有阀门的20mm导流软管，可根据水流量要求调节阀门开度。

过水槽2为不锈钢材质的上开口式不规则箱体，中部焊接有与水流向相垂直的隔板201，隔板201上游为稳流区202，隔板201下游为溢流区203，隔板201的顶部与稳流区202的顶面平齐，底部与过水槽2间隔设置从而使稳流区202和溢流区203底部连通。为了方便出水，溢流区203出口侧的顶面低于其余各处100mm，并设置有向下游延伸20mm的出水沿204。进一步地，出水沿204的下表面上安装有与过水槽2外壁相连的支撑斜肋。上述贮水箱1导流软管的出口端延伸至稳流区202内，水流依次经过稳流区-溢流区，并在出水沿204处形成均匀的薄层水流，可见，其可以将上游不稳定的高速径流均匀地稳流至低速径流，实现径流流速匀稳，有效防止水流不稳定所导致的侵蚀动力增加，减少上游高速径流对实验径流小区3的重力冲刷。

径流小区3位于过水槽2下游，其左右两侧安装有径向围堰，将经过出水沿204下泄的水流围于径流小区3内。出水沿204的设置，可以减少径流在溢流区与径流小区3接合处的下渗，保证出口径流全部匀稳地进入径流小区3。每个径向围堰均与过水槽2的端部相连，其为由围堰单元301依次连接而成的组合式结构。上述径向围堰由矩形不锈钢钢板制成，其底部插装在坡面内进行固定，前后两端分别设置有连接件302和止水件303。上述连接件302为不锈钢钢板向外侧翻折20mm的连接板，连接板上开设有用于穿设连接螺栓的通孔，止水件303为粘贴在连接板接合面一侧的高密度聚乙烯防渗垫。通过上述连接件302，相邻围堰单元301可以连接在一起，同时，止水件303可防止渗漏情况的发生。相应地，过水槽2出口一侧的两端部也焊接有上述外翻式的连接件302和位于其上的止水件303，用于连接围堰单元301。为了便于向下按压固定，上述过水槽2和围堰单元301的顶部外侧均焊接有20mm方钢构成的受力沿205。

集流槽4位于径流小区的出口处，其由收集筒401和导流筒402组成。其中，收集筒401与末段围堰单元301相连，其为缩口式结构，包括间隔设置的上底板4.1和下底板，上底板4.1和下底板为大小相等的倒梯形结构，且上底板4.1和下底板的斜边通过两个侧板4.2相连；下底板的进口端底部设置有向下翻折并埋设于坡面内的插接板4.3，用于固定集流槽4；侧板4.2的进口端同样焊接有上述外翻式的连接件302和位于其上的止水件303，用于连接围堰单元301；上底板4.1的设置使收集筒401构成包围结构，既可以防止雨滴或其他外物对实验产生扰动，同时其上还可以设置置物槽，用于放置实验用品，方便实验的进行。上述导流筒402为四面体结构，其与上底板4.1、下底板和两个侧板4.2的出口端焊接相连。导流筒402的出口处设置有集流桶5，该集流桶5位于在坡面上开设的安装槽内。

利用本实用新型进行原位坡面水文过程-径流泥沙运移规律研究的方法按照以下步骤进行：

首先，在坡面顶端挖一个长×宽×高大约为1500mm×400mm×300mm的固定槽，紧贴坡面放置过水槽2，并用土填塞实缝隙；接着在过水槽2上游安置能够保持恒定水位的贮水箱1，并用导流软管连接贮水箱1和过水槽2的稳流区；然后将径流小区3的径向围堰沿坡面两侧边界插入土层，通常需保持地下150mm、地上150mm，控制小区边界条件一致；最后在径流小区3下游设置集流槽4，并在集流槽4下方开挖一个直径与径流小区3宽度相等的空间，用以放置收集泥沙样品的集流桶5。上述过水槽2、各围堰单元301、集流槽4的衔接处均通过螺栓固定相互拼合的连接件302。进行测试时，调节贮水箱1的阀门开度，水流进入过水槽2的稳流区202，再经底部连通处进入溢流区203，然后由溢流区203出口处的出水沿204均匀流至径流小区3，上述水流通过坡面最终由集流槽4的收集筒401将径流和泥沙汇集，并经导流筒402进入集流桶5。进一步地，本实用新型还可用于模拟降雨试验，此时，撤去贮水箱1和过水槽2，将隔板201作为径流小区3的顶部围板，并增加模拟降雨仪器即可。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是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。

Claims (8)

1.一种便携式野外径流冲刷装置，沿坡面倾斜设置，其特征在于：所述冲刷装置包括

过水槽，其底部埋设在坡面内，所述过水槽具有位于上游的稳流区和位于下游的溢流区，所述稳流区和溢流区之间设置有与水流向相垂直的隔板，所述隔板的底部与过水槽间隔设置用于连通稳流区和溢流区，所述溢流区的出口侧设置有出水沿；

径流小区，位于过水槽下游，所述径流小区的边沿设置有与过水槽相连的径向围堰，所述径向围堰由围堰单元依次连接而成，所述围堰单元的底部插装在坡面内；

集流槽，位于径流小区的出口处，所述集流槽包括与径向围堰相连的收集筒，所述收集筒为缩口式结构，收集筒的进口端底部设置有用于埋设在坡面内的插接板，收集筒的出口端连接有导流筒。

2.根据权利要求1所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述冲刷装置还包括贮水箱和与其相连的导流软管，所述导流软管上设置有阀门，导流软管的出口端则延伸至所述过水槽的稳流区内；冲刷装置还包括位于导流筒出口处的集流桶，所述集流桶位于在坡面上开设的安装槽内。

3.根据权利要求1所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述过水槽为上开口式水槽，所述隔板和过水槽的顶面平齐，所述出水沿则低于过水槽顶面设置。

4.根据权利要求1所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述径向围堰分别设置在过水槽的两端，所述出水沿位于径向围堰之间且向径流小区方向延伸设置，出水沿的下表面上则设置有与过水槽外壁相连的支撑斜肋；所述收集筒包括间隔设置的上底板和下底板，所述上底板和下底板为大小相等的倒梯形结构，且上底板和下底板的斜边通过侧板相连；所述侧板的进口端、过水槽与径向围堰的连接处、以及每一围堰单元的两端均设置有连接件和止水件。

5.根据权利要求4所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述连接件为设置在侧板/过水槽/围堰单元外侧的连接板，所述连接板上开设有用于穿设连接螺栓的通孔，所述止水件为设置在连接板接合面一侧的聚乙烯防渗垫。

6.根据权利要求5所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述集流槽/过水槽/围堰单元均由不锈钢板制成，所述连接板为沿侧板/过水槽/围堰单元端部竖边外翻的一体化折边板。

7.根据权利要求4所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述收集筒的上底板上设置有置物槽。

8.根据权利要求1所述的便携式野外径流冲刷装置，其特征在于：所述过水槽和径向围堰的顶部外侧均设置有方便按压的受力沿。

Images