RU2788322C2 - Device for study of processes of water erosion of soils - Google Patents
Device for study of processes of water erosion of soils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788322C2 RU2788322C2 RU2021118560A RU2021118560A RU2788322C2 RU 2788322 C2 RU2788322 C2 RU 2788322C2 RU 2021118560 A RU2021118560 A RU 2021118560A RU 2021118560 A RU2021118560 A RU 2021118560A RU 2788322 C2 RU2788322 C2 RU 2788322C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tray
- water
- soil
- legs
- hydraulic
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003628 erosive Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 9
- 125000001145 hydrido group Chemical group *[H] 0.000 claims description 12
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 238000004162 soil erosion Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 2
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000005442 atmospheric precipitation Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству для моделирования процессов водной эрозии почвогрунтов в лабораторных условиях и может быть использовано в мелиорации, почвоведении и гидрологии.The invention relates to a device for modeling the processes of water erosion of soils in the laboratory and can be used in land reclamation, soil science and hydrology.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство для исследования эрозионных процессов, представляющее собою лоток, имеющий рабочую часть, в которой размещены образец почвогрунта и съемная рабочая камера с устройством для учета инфильтрации, выполненным в виде съемного водопоглощающего элемента, состоящего из отдельных пористых блоков с гидрофизическими показателями соответствующими показателям образца почвогрунта. Для обеспечения работы схемы в нее включен успокоитель, гидравлически сообщенный с питателем через регулятор расхода воды, установленный в головной части лотка, и устройство для учета смыва почвы на выходной части лотка [1].A device for studying erosion processes is known, which is a tray having a working part in which a soil sample and a removable working chamber are placed with a device for accounting for infiltration, made in the form of a removable water-absorbing element, consisting of separate porous blocks with hydrophysical indicators corresponding to those of the soil sample. To ensure the operation of the circuit, it includes a damper hydraulically connected to the feeder through a water flow regulator installed in the head part of the flume, and a device for accounting for soil flushing at the outlet part of the flume [1].
Недостатком этого устройства является необходимость в подборе пористого водопоглощающего материала, имеющего гидрофизические показатели, равные соответствующим показателям образца почвогрунта. Помимо этого использование пористого материала позволяет определять только количество инфильтрационной воды, не давая представления о ее качественном составе, при этом прочность приведенного пористого водопоглатителя, такого как гипс, падает в зависимости от водонасыщения, что может затруднять его повторное использование в опытной установке и требует его утилизации после использования.The disadvantage of this device is the need to select a porous water-absorbing material having hydrophysical parameters equal to the corresponding indicators of the soil sample. In addition, the use of a porous material makes it possible to determine only the amount of infiltration water, without giving an idea of its qualitative composition, while the strength of the reduced porous water absorber, such as gypsum, decreases depending on water saturation, which can make it difficult to reuse it in a pilot plant and require its disposal. after use.
Известно устройство для исследования эрозионных процессов, которое содержит гидролоток, состоящий из двух продольных секций, шарнирно соединенных между собой и снабженных гидромеханизмами для установки их под различными углами, что осуществляется за счет обустройства дна лотка в виде каркаса с полыми эластичными элементами, которые соединены с нагнетателем газа или жидкости [2].A device for the study of erosion processes is known, which contains a hydraulic tray, consisting of two longitudinal sections, hinged to each other and equipped with hydraulic mechanisms for installing them at different angles, which is carried out by arranging the bottom of the tray in the form of a frame with hollow elastic elements that are connected to the supercharger gas or liquid [2].
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности сбора инфильтрата.The disadvantage of this device is the inability to collect infiltration.
Известно устройство оценки эрозионной стойкости масс грунта при ветровой, водной и деформационной эрозий, включающий горизонтально расположенное основание, на котором расположен ящик для образцов почвы с устроенным на одном конце впуском для поступления воздуха из воздуходува или для впуска воды из водоподающего источника, на другом конце с выходом, снабженным датчиком, соединенным с системой сбора и обработки информации [3].A device for evaluating the erosion resistance of soil masses during wind, water and deformation erosion is known, including a horizontally located base on which a box for soil samples is located with an inlet arranged at one end for air from a blower or for water inlet from a water supply source, at the other end with output equipped with a sensor connected to the system for collecting and processing information [3].
Недостатком этого устройства является невозможность сбора инфильтрата и оценки выноса химических веществ.The disadvantage of this device is the inability to collect the infiltrate and assess the removal of chemicals.
Наиболее близким техническим решением является испытательное устройство для эрозии почв, предназначенное для моделирования почвенной эрозии, генерируемой атмосферными осадками, состоящее из конструкции с размещенными на ней подвижной и регулируемой дождевой установкой и лотками для исследуемого почвогрунта, снабженными резервуаром для переливной воды и поддоном для ее отвода [4J.The closest technical solution is a test device for soil erosion, designed to simulate soil erosion generated by atmospheric precipitation, consisting of a structure with a movable and adjustable rain plant placed on it and trays for the studied soil, equipped with a reservoir for overflow water and a tray for its removal [ 4J.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности изучения состава инфильтрата.The disadvantage of this device is the inability to study the composition of the infiltrate.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является повышение точности учета инфильтрации воды в почву и выноса биогенов и взвешенных веществ с различных видов почвогрунтов (с вариативностью различных жизненных циклов травянистой растительности) посредством моделирования поверхностного стока.The objective of the invention is to improve the accuracy of accounting for water infiltration into the soil and the removal of nutrients and suspended solids from various types of soils (with variability in different life cycles of herbaceous vegetation) by modeling surface runoff.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является:The technical result of the invention is:
- возможность определения интенсивности выноса почвы и химических веществ с различных видов почвогрунтов, в том числе, при наличии травянистой растительности,- the ability to determine the intensity of removal of soil and chemicals from various types of soils, including, in the presence of grassy vegetation,
- возможность моделирования интенсивности подачи воды и ее химического состава для оценки последствий орошения и атмосферных осадков на развитие поверхностной эрозии почв,- the possibility of modeling the intensity of water supply and its chemical composition to assess the effects of irrigation and precipitation on the development of surface soil erosion,
- получение данных о выносе химических веществ с инфильтрационным стоком из ризосферы сельскохозяйственных травенистых растений,- obtaining data on the removal of chemicals with infiltration runoff from the rhizosphere of agricultural herbaceous plants,
- возможность апробации способов предотвращения эрозии почв.- the possibility of approbation of ways to prevent soil erosion.
Технический результат достигается за счет выполнения гидравлического лотка (гидролотка) особой формы из акрилового пластика (полиметилметакрилат - ПММА) или иного подходящего материала (стеклопластика, металла) со съемной перегородкой для размещения почвогрунта и днищем в виде пирамиды, а так же установки его на специальной конструкции, позволяющей регулировать угол наклона лотка и размещать необходимый для лабораторных исследований технический инвентарь. В нижней части гидравлического лотка устраивается дно в виде конуса с устройством для отвода инфильтрата. Для предотвращения вымывания почвы в инфильтрационный сток, почвогрунт укладывается на дренирующую подложку, уложенную на перфорированную перегородку, состоящую из слоя гравия с размером фракций 20-25 мм, толщина слоя ~5 см, слоя песка (~5 см) и иглопробивного нетканого геотекстиля, уложенного на нижнюю перегородку. С трех сторон по периметру гидравлического лотка размещаются лотковые водоотводы, выполненные из металла или иного пластичного материала, предназначенные для отвода воды, попавшей за пределы конструкции гидравлического лотка. Со стороны забора проб устраивается треугольный отвод для поверхностного стока, расположенный под углом в ~30° вниз, и, снабженный водонаправляющими стенками.The technical result is achieved by making a hydraulic tray (hydro tray) of a special shape made of acrylic plastic (polymethyl methacrylate - PMMA) or other suitable material (fiberglass, metal) with a removable partition for placing soil and a bottom in the form of a pyramid, as well as installing it on a special structure , which allows you to adjust the angle of the tray and place the technical equipment necessary for laboratory research. In the lower part of the hydraulic tray, a bottom is arranged in the form of a cone with a device for removing infiltration. To prevent soil leaching into the infiltration runoff, the soil is placed on a drainage substrate laid on a perforated partition, consisting of a gravel layer with a fraction size of 20-25 mm, a layer thickness of ~ 5 cm, a layer of sand (~ 5 cm) and needle-punched non-woven geotextile, laid to the bottom baffle. On three sides along the perimeter of the hydraulic flume there are flume drains made of metal or other plastic material, designed to drain water that has fallen outside the design of the hydraulic flume. From the side of sampling, a triangular outlet for surface runoff is arranged, located at an angle of ~30° downwards, and equipped with water-guiding walls.
Гидравлический лоток устанавливается на специальную металлическую конструкцию в виде стола (без столешницы) с горизонтальной металлической рамкой, соответствующей размеру гидролотка, опирающуюся на четыре опоры (ножки), с кронштейном для размещения дождевальной установки и воздуходува для имитации ветра. С одной стороны конструкции в обе ножки вмонтированы гидравлические домкраты, с другой стороны верхние части обеих ножек соединены цилиндрическим шарниром, позволяющим изменять угол наклона гидролотка.The hydraulic tray is installed on a special metal structure in the form of a table (without a tabletop) with a horizontal metal frame corresponding to the size of the hydraulic tray, supported by four supports (legs), with a bracket to accommodate the sprinkler and blower to simulate wind. On one side of the structure, hydraulic jacks are mounted in both legs, on the other side, the upper parts of both legs are connected by a cylindrical hinge, which allows changing the angle of inclination of the hydro tray.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что часть воды, поступившей на поверхность почвогрунта 1, стекает в виде поверхностного стока и отводится через треугольный водосток с водонаправляющими стенками 2 для отбора проб. Вода, попавшая за пределы периметра лотка 3 в процессе его дождевания, отводится посредством системы лоткового водостока 4 через оголовок, снабженный съемным сетчатым фильтром 5 в водоотводящую трубу. Воды, профильтровавшаяся через слой почвогрунта 1, попадает в дренажный слой из гравия 6 с размером фракций 20-25 мм толщиной ~5 см, крупнофракционного песка 7 (слоем ~5 см) и иглопробивного нетканого геотекстиля 8. Почвогрунт и дренажный слой расположены на перфорированной или сетчатой перегородке 9 выше днища гидролотка, выполненной в виде пластиковой или металлической решетки с размером отверстий до 5 мм. Сетчатая перегородка 9 опирается на продольные планки 10, прикрепленные к стенкам лотка. Дно лотка 1, выполненное в виде пирамиды внизу снабжено отверстием 11 для отвода инфильтрата в пробоотборник 12, выполненный в виде измерительной воронки со съемным сетчатым фильтром 13. Дно измерительной воронки 12 сопряжено с водоотводящей трубой 14 посредством крана 15.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that part of the water that has entered the surface of the
Гидролоток устанавливается на специальную конструкцию, выполненную в виде стола без столешницы, где по периметру с трех сторон удерживается уголками 16 и четырьмя опорами - ножками 17. В двух опорах вмонтирован гидравлический домкрат 18, а верх противоположных двух опор соединен между собой поворотной конструкцией в виде цилиндрического шарнира 19. За счет изменения длины двух опор посредством гидравлических домкратов 18 и поворота конструкции вокруг цилиндрического шарнира 19 производится варьирование угла наклона гидролотка в соответствии с углом уклона изучаемой местности. На противоположной от цилиндрического шарнира стороне расположен кронштейн 20, предназначенный для прикрепления дождевальной установки с системой дождевальных насадок 21 с подводящей трубой 22. Водоподводящая труба 23 снабжена расходомером 24. Далее по системе устанавливается инжектор 25, в который по трубе 26 подается раствор из бака 27. Бак 27 снабжен воронкой для подачи раствора 28. После инжектора 25 далее по системе расположен насос 29 и водопроводящий шланг 30. На кронштейн дополнительно крепится воздуходув 31 с поворотным устройством.The hydrotray is installed on a special structure made in the form of a table without a table top, where along the perimeter on three sides it is held by
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Устройство для моделирования диффузного стока работает следующим образом. Исследуемый почвогрунт 1 уложен и утрамбован в соответствии с его природной (полевой) плотностью. Для приближения к полевым исследованиям в различных вариациях на него может быть предварительно высажена растительность, что позволяет производить исследование последствий диффузного стока в разные стадии ее развития. Толщина почвогрунта в лабораторной установке должна соответствовать глубине природной ризосферы сельскохозяйственных растений (~30 см). На него посредством дождевания подается вода, часть которой стекает по поверхности грунта и через водосток 2 отбирается в пробоотборный сосуд для проведения дальнейших лабораторных исследований. Часть воды, попавшей за пределы периметра лотка 3 в процессе его дождевания отводится посредством системы лоткового водостока 4 через оголовок, снабженный съемным сетчатым фильтром 5 в водоотводящую трубу (фиг. 1). Часть воды, попавшей на поверхность почвогрунта фильтруется через его слой и через дренажный слой гравия 6 с размером фракций 20-25 мм толщиной ~5 см (в результате чего задерживаются почвенные частицы, вынесенные инфильтратом), далее фильтруется через слой крупнофракционного песка 7 (~5 см) и иглопробивной нетканый геотекстиль 8, расположенный на сетчатой перегородке 9 выше дна гидролотка. Крупнофракционный песок будет доочищать инфильтрат от мелких взвешенных веществ и защищать геотекститль от кольматации (фиг. 2).Device for modeling diffuse runoff works as follows. The investigated
Почвогрунт и дренажный слой расположены на сетчатой перегородке 9 выше дна гидролотка. Сетчатая перегородка 9 опирается на продольные планки 10, прикрепленные к стенкам лотка. Далее инфильтрат попадает на наклонные стенки дна лотка 1 и отводится через отверстие 11 в пробоотборник 12, выполненный в виде измерительной воронки через съемный сетчатый фильтр 13 для задержки остаточного количества взвешенных веществ, попавших в инфильтрат. Откуда инфильтрат может забираться для лабораторных исследований, а избыток будет отводиться в водоотводящую трубу 14 посредством открытия крана 15 (фиг. 3). Дно гидролотка 3, выполненное в виде пирамиды с отводящим отверстием 11 позволяет осуществлять забор инфильтрата при имитации даже малых уклонов местности.The soil and the drainage layer are located on the
Для размещения гидролотка предусмотрена специальная металлическая конструкция (фиг. 4) с удерживающими уголками 16. С помощью представленной конструкции гидролотку в процессе исследований можно придавать любой уклон регулируя высоту ножек 17 посредством гидравлических домкратов 18 и поворотного механизма в виде цилиндрического шарнира 19. Дождевальная установка, через которую будет осуществляться разбрызгивание воды или водного раствора на поверхность почвогрунта 1, закрепляется на кронштейне 20. На систему дождевальных насадков 21, представляющих собой дождевальную установку, через трубу 22 подается вода или раствор для дождевания гидролотка. Регулирование рабочей площади системы дождевальных насадок производится посредством кранов 15. Через водоподводящую трубу 23 с известным расходом, который замеряется расходомером 24, вода поступает в инжектор 25, где смешивается с раствором заданной концентрации, поданным по трубе 26 из бака 27. Для подачи раствора в бак 27 предусмотрена воронка 28. Раствор изготавливается определенной концентрации соответствующих химических веществ для имитации состава осадков или поливной воды. Через инжектор 25 имитационный водный раствор через насос 29 и водопроводящий шланг 30 поступает в трубу 22 и на систему дождевальных насадков 21 через которую осуществляется дождевание исследуемого почвогрунта 1. Для имитации взаимодействия факторов дождя и ветра на кронштейн крепится воздуходув 31 с поворотным устройством.A special metal structure (Fig. 4) with
Список использованных источниковList of sources used
1. RU №2013941, C1 A01G 27/00 от 15.06.1994. Сироткин, В.М., Максимов, И.И. Устройство для исследования эрозионных процессов.1. RU No. 2013941,
2. RU №2093809, C1 G01M 10/00 от 20.10.1997. Зыков И.Г., Аверьянов О.А., Помещиков С.П. Устройство для исследования эрозионных процессов.2. RU No. 2093809,
3. CN 104502259 от 15.12.2017.3. CN 104502259 dated 12/15/2017.
4. KR 1020160085990 от 19.07.2016.4. KR 1020160085990 dated 07/19/2016.
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021118560A RU2021118560A (en) | 2022-12-23 |
RU2788322C2 true RU2788322C2 (en) | 2023-01-17 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093809C1 (en) * | 1993-05-25 | 1997-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации | Gear examining erosion processes |
KR101270559B1 (en) * | 2012-10-09 | 2013-06-03 | 부산대학교 산학협력단 | Smart lid-nps simulator |
KR101354452B1 (en) * | 2013-06-24 | 2014-01-27 | (주)웸스 | Small-multiset rainfall-runoff simulator for lid technology experiment |
KR101475470B1 (en) * | 2014-04-29 | 2014-12-22 | 충남대학교산학협력단 | Rainfall mode provision for debris flow or slope erosion flume |
CN104502259A (en) * | 2014-12-17 | 2015-04-08 | 榆林学院 | Evaluation instrument of soil mass corrosion resistance under wind erosion, water erosion and coupling erosion |
KR20160085990A (en) * | 2015-01-08 | 2016-07-19 | 강릉원주대학교산학협력단 | Experiment device for earthflow |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093809C1 (en) * | 1993-05-25 | 1997-10-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации | Gear examining erosion processes |
KR101270559B1 (en) * | 2012-10-09 | 2013-06-03 | 부산대학교 산학협력단 | Smart lid-nps simulator |
KR101354452B1 (en) * | 2013-06-24 | 2014-01-27 | (주)웸스 | Small-multiset rainfall-runoff simulator for lid technology experiment |
KR101475470B1 (en) * | 2014-04-29 | 2014-12-22 | 충남대학교산학협력단 | Rainfall mode provision for debris flow or slope erosion flume |
CN104502259A (en) * | 2014-12-17 | 2015-04-08 | 榆林学院 | Evaluation instrument of soil mass corrosion resistance under wind erosion, water erosion and coupling erosion |
KR20160085990A (en) * | 2015-01-08 | 2016-07-19 | 강릉원주대학교산학협력단 | Experiment device for earthflow |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102980988B (en) | Slope Cropland with Purple Soil contaminant transportation conversion process analogue means | |
CN201556340U (en) | Movable type adjustable rainfall simulator | |
CN109668809A (en) | Valley plain band accumulation of soluble substances and Migration Simulation experimental provision and method | |
CN208999271U (en) | A kind of test device of pervious concrete blocking test infiltration coefficient | |
CN101556269A (en) | Trough for simulating groundwater pollution | |
CN208334139U (en) | A kind of soil-column test device of simulation solute migration conversion | |
KR20110094778A (en) | Nonpoint Pollution Rainwater Treatment System | |
Duke et al. | Vacuum Extractors to Assess Deep Percolation Losses and Chemical Constitutents of Soil Water | |
DE69939185D1 (en) | PROCESS AND DEVICE FOR IRRIGATION THROUGH FLOODING | |
KR102093077B1 (en) | Nonpoint pollution source reducing apparatus capable of remote monitoring with improved treating efficiency | |
CN108918384A (en) | Earth pillar seepage inflow erosion experimental provision and soil-water separate experimental method under a kind of rain infiltration | |
CN204644072U (en) | Urban rainfall runoff water quality multimedium classification diafiltration clean simulator | |
CN109406363A (en) | A kind of silting experimental provision of tailings material and its geotextile | |
RU2788322C2 (en) | Device for study of processes of water erosion of soils | |
CN104829059B (en) | Urban rainfall runoff water quality multimedium classification diafiltration clean simulation system | |
CN211603181U (en) | Farmland salinity drip washing analogue means under concealed conduit drainage | |
CN210322718U (en) | Real-time measuring device for simulating real working environment and water permeability coefficient change of water permeable brick | |
CN107572726A (en) | A kind of Integral rain processing unit | |
CN209513546U (en) | Large scale pervious concrete blocks simulator | |
CN215066661U (en) | Detachable simulation side slope rainfall infiltration device | |
CN210604627U (en) | Simulation device for simulating side infiltration migration of potted pollutant under condition of artificial rainfall | |
KR101128993B1 (en) | Structure for bridge post having reduction of non-point pollutant and landscaping function | |
CN107806171A (en) | A kind of enhanced Rain Garden of integration | |
CN211553983U (en) | Device for simulating soil pesticide migration condition under rainfall condition | |
CN207817239U (en) | A kind of woodland penetrates rain synthesis measuring device |