CN219830771U - 一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水土流失研究领域，具体地说是一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，土槽内放有研究区域的土壤，安装架的侧面安装有对土壤吹风的风力制造器，安装架的顶部安装有向土壤实现降雨的降雨模拟器；土槽上连接有可开关的槽盖，槽盖上安装有对土壤进行冻融的制冷器；土槽与安装架底面之间设有角度调节装置，土槽在试验时通过角度调节装置调节与安装架底面之间的坡度。本实用新型通过降雨模拟器、风力制造器和制冷器的控制、土槽角度的调节，实现对不同坡度土壤复合侵蚀退化特征的模拟研究，技术方案实用、有效，克服了传统单一侵蚀因子和现有复合侵蚀研究的不足，能够更好地模拟现实中土壤复合侵蚀的过程，揭示土壤复合侵蚀机理。

Description

一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置

技术领域

本实用新型属于水土流失研究领域，具体地说是一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置。

背景技术

土壤侵蚀是土壤或母质在水力、风力、重力、冻融等内外营力作用下被破坏、剥离和搬运的过程，这一过程可以是其中一种力引起的，也有可能是多种力引起的；而多种力的作用关系往往比较复杂，如可以是复合关系、交替关系，亦或是交互关系，由此形成了不同的侵蚀类型，从广义上讲，均可称之为复合侵蚀。侵蚀过程及其调控机制的研究对土壤退化的阻控具有重要的实践意义，是土地资源保护与可持续利用需要重点关注的方面之一。复合侵蚀强度高，会严重导致生态环境退化，是水土保持与生态治理研究中的重点问题。

目前，复合侵蚀研究最大的难点之一是缺乏适宜的复合侵蚀研究装置。国内外的研究，通常都是分隔开来，将单一侵蚀因子作为独立的过程分别测量；如于2016年11月30日公告、授权公告号为CN205749231U的实用新型专利“坡面水蚀监测装置”，公开了一种能够提高测量土壤迁移量准确性的坡面水蚀监测装置；如于2018年5月4日公告、授权公告号为CN106813892B的发明专利“一种土壤风蚀圈内土壤风蚀量的测量方法”。近几年来，出现了一些复合侵蚀的研究方法和装置，但其仍是对单一侵蚀因子研究装置的简单叠加，并不能真正实现土壤的复合侵蚀研究。例如，于2021年2月23日公告、授权公告号为CN111504891B的发明专利“一种复合侵蚀作用对水土流失影响的模拟”，只是通过铺设轨道的方式，将单一侵蚀的装置简单组合，无法实现真正的复合侵蚀；于2020年12月4日公告、授权公告号为CN212083190U的实用新型专利“一种野外复合侵蚀观测小区构造”，也是将传统的径流小区坡面进行了改进，能够对坡面冻融、冻融+风蚀、冻融+风蚀+水蚀的同步观测。

因此，如何能够克服传统单一侵蚀因子和现有复合侵蚀研究的不足，更好的模拟现实中土壤复合侵蚀的过程，以便揭示土壤复合侵蚀机理，已成为亟需解决的问题。

实用新型内容

为了解决土壤复合侵蚀研究中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置。该复合侵蚀研究装置实用、有效，克服了传统单一侵蚀因子和现有复合侵蚀研究的不足，能够更好地模拟现实中土壤复合侵蚀的过程，揭示土壤复合侵蚀机理。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括安装架、风力制造器、制冷器及土槽，其中土槽内放有研究区域的土壤，所述安装架的侧面安装有对土壤吹风的风力制造器，所述安装架的顶部安装有向土壤实现降雨的降雨模拟器；所述土槽上连接有可开关的槽盖，所述槽盖上安装有对土壤进行冻融的制冷器；所述土槽与安装架底面之间设有角度调节装置，所述土槽在试验时通过角度调节装置调节与安装架底面之间的坡度。

其中：所述土槽一侧或两侧的安装架侧面上安装有风力制造器。

所述安装架包括底座及垂直于底座设置且相互平行的两个侧板，两个所述侧板的顶部之间安装有降雨模拟器，所述土槽及角度调节装置均位于两个侧板之间。

两个所述侧板中的一个或两个安装有风力制造器。

当所述风力制造器为两个时，两个所述风力制造器的安装高度存在高度差。

所述土槽的一端与安装架底面之间设有角度调节装置，或所述土槽的两端与安装架底面之间均设有角度调节装置。

所述槽盖的一侧与土槽枢接，所述槽盖的另一侧可开关。

所述安装架的侧面还安装有自动风速采集器。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型通过有机整合降雨模拟器、风力制造器、制冷器等，实现了与可调节土槽的联合运用，构成了土壤复合侵蚀研究装置，保留了复合侵蚀系统的完整性。

2.为了更好的研究复合侵蚀形成过程和发展特征，通过复合侵蚀和有机无机配施等手段，能够更好的控制风力、水力、冻融等复合侵蚀因子，有效缩短试验进程，提升试验效率和观测精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构主视图；

图2为本实用新型的立体结构示意图；

其中：1为降雨模拟器，2为风力制造器，3为制冷器，4为土槽，5为槽盖，6为角度调节装置，7为侧板，8为底座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型包括安装架、风力制造器2、制冷器3及土槽4，其中土槽4内放有研究区域的土壤，安装架的侧面安装有对土壤吹风的风力制造器2，安装架的顶部安装有向土壤实现降雨的降雨模拟器1；土槽4上连接有可开关的槽盖5，槽盖5上安装有对土壤进行冻融的制冷器3；土槽4与安装架底面之间设有角度调节装置6，土槽4在试验时通过角度调节装置6调节与安装架底面之间的坡度。

本实施例的安装架包括底座8及垂直于底座8设置且相互平行的两个侧板7，底座8为方形，方形两对的两侧各设置一个侧板7。两个侧板7的顶部之间安装有降雨模拟器1，土槽4及角度调节装置6均位于两个侧板7之间。

本实施例的降雨模拟器1为市购产品，购置于北京北信未来电子仪器有限公司，型号为HJ03-NLJY-10。该降雨模拟器1包括一条主管道，主管道上沿长度方向连通了多条支管道，每条支管道的两端均设有喷头，喷头距离底座8上表面为1.5m；主管道通过管路与水源相连，在管路上设置了水泵、压力表及调节阀。

本实施例的土槽4是一个长方体结构，可以用不锈钢焊接或者有机玻璃胶粘而成，土槽内放置研究区域的土壤，高度与土槽4的表面齐平，长宽高根据试验需求，可以是3×2×0.5m。

土槽4的一端与安装架底面之间设有角度调节装置6，或土槽4的两端与安装架底面之间均设有角度调节装置6。本实施例是在土槽4一端的下部安装有角度调节装置6，通过角度调节装置6可实现坡度变化范围为0～30℃之间。本实施例的角度调节装置6为现有技术，可为气弹簧，气弹簧的两端分别与土槽4的底部及底座8铰接；土槽4的下表面开设有凹槽，当土槽4呈水平状态时，气弹簧可容置于凹槽内。或，角度调节装置6包括带有螺丝的圆环，套在螺杆上，螺杆的两端分别与土槽4的底部及底座8铰接，通过提升和下降，然后螺丝固定，实现土槽4的不同角度。

本实施例的槽盖5的一侧与土槽4枢接，槽盖5的另一侧可开关；槽盖5打开后可保持在所需角度，此为现有技术，如可像门一样通过百叶固定，在此不再赘述。

土槽4一侧或两侧的安装架侧面上安装有风力制造器2。本实施例是在两个侧板7上各安装了一个风力制造器2，两个风力制造器2的安装高度存在高度差。本实施例的风力制造器2为现有技术，可为风力强弱可调节的风机，实现对自然风的模拟。本实施例在侧板7上还安装了自动风速采集器，该自动风速采集器为市购产品，购置于广东新兴禅云物联网科技有限公司生产的风速采集器(RS485输出)。

本实施例的槽盖5上安装了两个制冷器3，制冷的方式为蒸汽压缩式。本实施例的制冷器3为市购产品，选用普泰克PTLD系列低温制冷机。

本实施例的降雨模拟器1、风力制造器2、制冷器3及自动风速采集器分别与控制器相连，控制器为现有技术，通过控制器控制降雨模拟器1中调节阀的开关时间及开关程度，进而控制降雨时间和降雨强弱；自动风速采集器采集到的风力强弱信号传递给控制器，通过控制器控制风机吹风的强弱；通过控制器控制制冷器3的制冷时间和制冷温度。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型的复合侵蚀，是通过对风力、水力、冻融三种单一侵蚀因子的组合，通过调节降雨模拟器1、风力制造器2和制冷器3的开关顺序和数量，得到风蚀+水蚀、水蚀+冻融、风蚀+冻融、水蚀+风蚀+冻融的多种复合侵蚀模式的试验研究。具体为：

(1)坡面模型制作：将土样风干、过直径为10mm的筛，以去除杂草和石块，采用分层填土、分层压实、随机测容重的方法将土样填入土槽4中，每层填土厚度为10cm；通过角度调节装置6调节土槽4的坡面为一个所需的设定角度，开始复合侵蚀试验。

(2)风蚀+水蚀试验：打开槽盖5，将降雨模拟器1打开，设定80mm/h的雨强，对坡面持续降雨1h；同时，将风力制造器2打开，调节风速达20m/s，对准土槽4内的土壤持续吹风。

(3)水蚀+冻融：槽盖5为关闭状态，打开制冷器3，进行冻融循环试验，通过调节土壤冷冻温度，使温度控制在0℃～10℃，循环10次；打开槽盖5，制冷器3继续工作，将降雨模拟器1打开，设定80mm/h的雨强，对坡面持续降雨1h。

(4)风蚀+冻融：槽盖5为关闭状态，打开制冷器3，进行冻融循环试验，通过调节土壤冷冻温度，使温度控制在0℃～10℃，循环10次；打开槽盖5，制冷器3继续工作，将风力制造器2打开，调节风速达20m/s,对准土槽4内的土壤持续吹风。

(5)水蚀+风蚀+冻融：首先，槽盖5为关闭状态，先打开制冷器3，通过调节土壤冷冻温度，使温度控制在0℃～10℃；打开槽盖5，制冷器3继续工作，将风力制造器2打开，调节风速达20m/s,对准土槽4内的土壤持续吹风；最后，将降雨模拟器1打开，设定80mm/h的雨强，对坡面持续降雨1h；完成一次复合侵蚀试验过程。

以上的实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围。

Claims (8)

1.一种土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：包括安装架、风力制造器(2)、制冷器(3)及土槽(4)，其中土槽(4)内放有研究区域的土壤，所述安装架的侧面安装有对土壤吹风的风力制造器(2)，所述安装架的顶部安装有向土壤实现降雨的降雨模拟器(1)；所述土槽(4)上连接有可开关的槽盖(5)，所述槽盖(5)上安装有对土壤进行冻融的制冷器(3)；所述土槽(4)与安装架底面之间设有角度调节装置(6)，所述土槽(4)在试验时通过角度调节装置(6)调节与安装架底面之间的坡度。

2.根据权利要求1所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：所述土槽(4)一侧或两侧的安装架侧面上安装有风力制造器(2)。

3.根据权利要求1所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：所述安装架包括底座(8)及垂直于底座(8)设置且相互平行的两个侧板(7)，两个所述侧板(7)的顶部之间安装有降雨模拟器(1)，所述土槽(4)及角度调节装置(6)均位于两个侧板(7)之间。

4.根据权利要求3所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：两个所述侧板(7)中的一个或两个安装有风力制造器(2)。

5.根据权利要求2或4所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：当所述风力制造器(2)为两个时，两个所述风力制造器(2)的安装高度存在高度差。

6.根据权利要求1所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：所述土槽(4)的一端与安装架底面之间设有角度调节装置(6)，或所述土槽(4)的两端与安装架底面之间均设有角度调节装置(6)。

7.根据权利要求1所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：所述槽盖(5)的一侧与土槽(4)枢接，所述槽盖(5)的另一侧可开关。

8.根据权利要求1所述的土壤风力—水力—冻融复合侵蚀研究装置，其特征在于：所述安装架的侧面还安装有自动风速采集器。