一种考虑垂直水力梯度影响的细沟模拟装置的制作方法

本实用新型属于环境监测技术，具体涉及一种用于研究细沟发育过程和机理的考虑垂直水力梯度影响的细沟模拟装置。

背景技术：

细沟侵蚀是一种主要坡面土壤侵蚀类型。在降雨过程中，随着地表径流汇集的面积不断增大，同时又继续接纳沿途降雨，因而流量和流速不断增加，到一定距离后坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，引起地面凹陷，随之径流相对集中，侵蚀力相对变强，在地表上会逐渐形成细小而密集沟，形成细沟。细沟侵蚀是土壤侵蚀和水土保持学研究必不可少的内容，同时，细沟侵蚀也是是沟蚀发育过程的初期阶段。研究表明，细沟侵蚀是坡面水蚀的重要过程以及小流域泥沙的重要来源，并对流域坡面地貌的发育和演化过程具有重要的潜在影响。细沟侵蚀过程中水流侵蚀力和搬运能力远远大于雨滴打击和坡面片状水流所具有的侵蚀力和搬运力，而野外调查与实验结果证明，细沟侵蚀的发生将使坡面侵蚀产沙增加几倍至几十倍，同时细沟侵蚀量可占坡面总侵蚀量的70％。

传统的直接采用控制实验(人工降雨、放水冲刷实验)模拟坡面细沟侵蚀过程存在以下不足：1)没有考虑土壤前期水分情况(土壤排水状态、饱和状态、渗水状态)对细沟侵蚀过程的影响；2)未能够将细沟侵蚀和细沟间侵蚀有效分离。因此本专利申请人研究开发了一种能够有效模拟地下水对细沟侵蚀影响的模拟装置

技术实现要素：

针对上述背景技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种结构简单、操作方便、维护便捷、能准确模拟细沟发育过程的细沟模拟装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种考虑垂直水力梯度影响的细沟模拟装置，其特征是，包括供水系统和细沟模拟水流装置，所述的细沟模拟水流装置包括支撑装置、多个放置于所述的支撑装置顶部的冲刷槽、马氏瓶；所述的冲刷槽斜向放置于所述的支撑装置的顶面，所述的供水系统通过水管引至所述的冲刷槽较高的一端；所述的冲刷槽的两端呈V型，冲刷槽的中间呈矩形，用于充填土体进行冲刷实验，冲刷槽较高的一端宽度等于冲刷槽较低的一端的宽度，两端冲刷槽的槽深相等，冲刷槽的底部设有多个作为排水或进水用的通孔，通孔底部通过水管连至所述的马氏瓶中，马氏瓶用于给冲刷槽供水，主要用于模拟土壤饱和、渗流状态，排水状态时则不需要连接马氏瓶，径流可以自由下渗，所有通孔内通过海绵填充，海绵上方填充砾石，砾石上部覆盖一层透水纱布，防止土壤向下流失堵塞排水孔，透水纱布上布置试验土壤。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：冲刷槽上部的两端设计为三角形，中间为矩形，在中部完成填土之后，根据两端的三角形直接将土体塑形为三角形，从而实现了对细沟的模拟，同时装置的下部设计了排水孔，也可用做排水，通过马氏瓶在在炮和状态下用于饱和土体，在渗透状态下用于提供垂直方向上的水力梯度，从而最大程度地模拟地表的排水和渗水状态，因此具有较强的科学性，可以多次重复利用，材料采用普通的不锈钢制作，具有很好的经济性。本装置结构简单，操作维护便捷，且满足多需求性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的支撑装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图2所示，本实用新型包括供水系统和细沟模拟水流装置，细沟模拟水流装置包括支撑装置7、多个放置于支撑装置7顶部的冲刷槽1和马氏瓶5；冲刷槽1斜向放置于支撑装置7的顶面，供水系统通过水管引至冲刷槽1较高的一端；冲刷槽1的两端呈V型，冲刷槽1的中间呈矩形，冲刷槽1较高的一端宽度等于冲刷槽1较低的一端的宽度，两端冲刷槽1的槽深相等，冲刷槽1的底部设有多个作为排水或进水用的通孔，通孔底部通过水管连至马氏瓶5中，马氏瓶5用于给冲刷槽1供水，主要用于模拟土壤饱和、渗流状态，所有通孔内通过海绵填充，海绵上方填充砾石，砾石上部覆盖一层透水纱布，防止土壤向下流失堵塞排水孔，透水纱布上布置试验土壤。具体实施参数如下：支撑装置由不锈钢制作，防止生锈和变形。冲刷槽的两端为V形，V形槽前段横断面为10cm长×5cm深，V形槽后端横断面尺寸为40cm长×5cm深，V形槽的横断面形状为直角三角形，三角形的底部宽度为5～10cm，与冲刷槽的主体部分宽度保持一致。冲刷槽的中间主体部分横断面形状为矩形，尺寸为50cm长×5～10cm宽×20cm深，冲刷槽底部具有排水孔，也可作进水口使用，实验之前，排水孔采用透水好但能够防止土壤流失的海绵等材料进行填充，然后填充粒径为20～30mm的砾石，砾石上部之上放置一块透水纱布(50cm长×5～10cm宽)，防止土壤向下流失堵塞排水孔，然后再填充试验用土壤。支撑装置由上部四段不锈钢角钢、下部四段不锈钢角钢和垂直方向上四段角钢组成，设计为立方体，其中上部的前后两根角钢按照20cm的间距分别开数个三角形的口子(开口的个数依据冲刷槽的个数调整)，开口的尺寸与V形槽的外部尺寸一致，用于放置和固定冲刷槽，上部左右两根角钢起着固定装置的作用，垂直方向上的四根角钢的中间部分设计了一个50cm长的滑动槽，采用螺丝固定垂直方向上的角钢和上部的四段角钢，用于调节坡度，下部的四段角钢主要起着固定和稳定装置的作用。马氏瓶和水管相连，然后与冲刷槽底部的排水孔连接，然后用于给冲刷槽供水，主要用于模拟土壤饱和、渗流状态。

进一步优选地，供水系统包括供水箱2、抽水机和流量计4，供水箱2通过抽水机将水通过水管引至冲刷槽1上，流量计4设置于水管的管路中，从而方便观察供水的流量情况，流量计能够精确测定不同流量，波动范围小于5％，精度达到95％以上，水管上还设有调节开关3，用于调节水量大小。

进一步优选地，支撑装置7的顶面通过具有可调节的顶面倾斜度的调节机构调节斜度。

进一步优选地，支撑装置7包括用于支撑的底部四根四钢和组成支撑装置的顶面的顶部四根角钢，底部四根四钢和顶部四根角钢通过竖向的四根角钢连接，顶部四根角钢与竖向的四根角钢通过螺丝调节实现顶面斜度调节。

进一步优选地，冲刷槽1由不锈钢角钢制作成型，支撑装置7的顶面形成与冲刷槽1配合的V型槽，冲刷槽1配合放置在V型槽内。

进一步优选地，冲刷槽1的低位出水处设有集流瓶6。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。