等水位多坡度人工降雨径流试验系统的制作方法

本实用新型涉及等水位多坡度人工降雨径流试验系统，属于径流试验技术领域。

背景技术：

为研究降雨过程中产生径流，除了与土质本身影响外，土体的坡度也影响径流量的大小，为了研究同一区域地下水位相同不同坡度下降雨过程中径流量大小，目前许多的试验为多组单个固定坡度下的人工降雨径流试验，占据空间大、成本高，且无法控制地下水位，对于同区域地下水位相同情况下不同坡度的径流试验无法完成试验。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了等水位多坡度人工降雨径流试验系统，具体技术方案如下：

等水位多坡度人工降雨径流试验系统，包括供水箱、第一水管、马里奥特瓶、第二水管、水位平衡槽、第三水管、水位平衡管、收集箱、入渗多坡度试验区、设置在入渗多坡度试验区上方的人工降雨装置，第一水管的一端与供水箱连通，第一水管的另一端与马里奥特瓶连通，第一水管设置有电磁阀；第二水管的一端与马里奥特瓶连通，第二水管的另一端与水位平衡槽连通，第三水管的一端与水位平衡槽连通；水位平衡管的上端设置在水位平衡槽的内部，水位平衡管的下端设置在收集箱的内部；入渗多坡度试验区包括水平面投影为矩形的混凝土槽，第三水管的另一端与混凝土槽的内部连通，混凝土槽的内部安装有两块竖直的混凝土板，混凝土槽的内部被两块混凝土板分隔为具有坡度的第一分区、位于两块混凝土板之间且具有坡度的第二分区、具有坡度的第三分区，混凝土板的下端与混凝土槽的槽底之间设置有间隙；人工降雨装置包括龙门架、多个喷射方向朝下的喷头，喷头与龙门架的顶部固定连接，喷头均设置在入渗多坡度试验区的正上方。

上述技术方案的进一步优化，所述马里奥特瓶的顶部设置有气压控制阀，所述马里奥特瓶的上部设置有竖直的气压平衡管，所述气压平衡管的下端设置在马里奥特瓶的内部，气压平衡管的下端与马里奥特瓶的瓶底之间设置有间隙，所述气压平衡管的上端设置在马里奥特瓶的外部，所述气压平衡管与马里奥特瓶之间密封连接。

上述技术方案的进一步优化，所述气压控制阀包括孔塞，所述马里奥特瓶的顶部设置有与孔塞相匹配的螺孔，所述孔塞与螺孔螺纹连接，所述孔塞与马里奥特瓶的顶部之间设置有o型密封圈。

上述技术方案的进一步优化，所述第一水管与马里奥特瓶的连通处设置在马里奥特瓶的瓶底，所述第二水管与马里奥特瓶的连通处设置在马里奥特瓶的瓶底；所述第二水管与水位平衡槽的连通处设置在水位平衡槽的槽底，所述第三水管与水位平衡槽的连通处设置在水位平衡槽的槽底。

上述技术方案的进一步优化，所述马里奥特瓶的上部还设置有用来测量马里奥特瓶内部水位的水位传感器。

上述技术方案的进一步优化，所述第三水管与混凝土槽的连通处设置有过滤层。

上述技术方案的进一步优化，所述水位平衡管的上端与气压平衡管的下端处于同一水平面。

上述技术方案的进一步优化，所述第一分区坡面的坡角为40°，所述第二分区坡面的坡角为30°，所述第三分区坡面的坡角为20°。

上述技术方案的进一步优化，所述入渗多坡度试验区的外部设置有l形排水沟，所述混凝土板的上端处设置有径流集水槽，径流集水槽与排水沟之间设置有三角量水堰一，径流集水槽与排水沟之间通过三角量水堰一连通；第三分区与排水沟之间沿着混凝土槽的长度方向设置有三角量水堰二，第三分区与排水沟之间通过三角量水堰二连通。

本实用新型所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统的结构简单，占地面积小，各试验区的水位易控制，有助于减小实验误差；方便设置对照实验且对照实验结果直观，便于多坡度的对比实验。

附图说明

图1为本实用新型所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述入渗多坡度试验区的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1、2所示，所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统，包括供水箱10、第一水管11、马里奥特瓶20、第二水管21、水位平衡槽30、第三水管31、水位平衡管32、收集箱40、入渗多坡度试验区50、设置在入渗多坡度试验区50上方的人工降雨装置，第一水管11的一端与供水箱10连通，第一水管11的另一端与马里奥特瓶20连通，第一水管11设置有电磁阀12；第二水管21的一端与马里奥特瓶20连通，第二水管21的另一端与水位平衡槽30连通，第三水管31的一端与水位平衡槽30连通；水位平衡管32的上端设置在水位平衡槽30的内部，水位平衡管32的下端设置在收集箱40的内部；入渗多坡度试验区50包括水平面投影为矩形的混凝土槽52，第三水管31的另一端与混凝土槽52的内部连通，混凝土槽52的内部安装有两块竖直的混凝土板51，混凝土板51的长度方向与混凝土槽52的宽度方向平行，混凝土槽52的内部被两块混凝土板51分隔为具有坡度的第一分区50a、位于两块混凝土板51之间且具有坡度的第二分区50b、具有坡度的第三分区50c，第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c的横截面均为直角梯形，混凝土板51的下端与混凝土槽52的槽底之间设置有间隙；人工降雨装置包括龙门架71、多个喷射方向朝下的喷头72，喷头72与龙门架71的顶部固定连接，喷头72均设置在入渗多坡度试验区50的正上方。

向混凝土槽52的内部按照试验要求坡度填充同一批的原状土，最终形成第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c，所述第一分区50a坡面的坡角为40°，所述第二分区50b坡面的坡角为30°，所述第三分区50c坡面的坡角为20°。其中，混凝土板51的下端与混凝土槽52的槽底之间的间距为10-20cm，由于存在间隙，这使得第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c两两之间相互连通。

其中，所述第一水管11与马里奥特瓶20的连通处设置在马里奥特瓶20的瓶底，所述第二水管21与马里奥特瓶20的连通处设置在马里奥特瓶20的瓶底；所述第二水管21与水位平衡槽30的连通处设置在水位平衡槽30的槽底，所述第三水管31与水位平衡槽30的连通处设置在水位平衡槽30的槽底。

进一步地，马里奥特瓶20的工作原理：所述马里奥特瓶20的顶部设置有气压控制阀22，所述马里奥特瓶20的上部设置有竖直的气压平衡管23，所述气压平衡管23的下端设置在马里奥特瓶20的内部，气压平衡管23的下端与马里奥特瓶20的瓶底之间设置有间隙，所述气压平衡管23的上端设置在马里奥特瓶20的外部，所述气压平衡管23与马里奥特瓶20之间密封连接。

所述气压控制阀22的一端与马里奥特瓶20的内腔连通，气压控制阀22的另一端与外界大气连通；当马里奥特瓶20内部的气压过大时，打开气压控制阀22进行泄压，用来平衡马里奥特瓶20内外的气压。气压平衡管23为竖管结构，在马里奥特瓶20的顶部设置有用来安装气压平衡管23的通孔，气压平衡管23的下端穿过通过位于马里奥特瓶20的内部，气压平衡管23与马里奥特瓶20之间在通孔处通过胶水密封连接。根据马里奥特瓶20的物理原理可知：马里奥特瓶20内部的最高水位与气压平衡管23的下端齐平，图1中的虚线即为水位线；所述水位平衡管32的上端与气压平衡管23的下端处于同一水平面。为方便测量水位，所述马里奥特瓶20的上部还设置有用来测量马里奥特瓶20内部水位的水位传感器24。所述水位传感器24为浙江乔木电气科技有限公司生产的qm-803型水位传感器探头。

进一步地，所述气压控制阀22的具体结构为：所述气压控制阀22包括孔塞，所述马里奥特瓶20的顶部设置有与孔塞相匹配的螺孔，所述孔塞与螺孔螺纹连接，所述孔塞与马里奥特瓶20的顶部之间设置有o型密封圈。当将孔塞与螺孔螺纹连接并采用o型密封圈来密封时，此时气压控制阀22为关闭状态。当需要打开气压控制阀22，只需要将孔塞从螺孔旋开即可。

进一步地，为阻挡泥土大量倒灌进入到第三水管31；所述第三水管31与混凝土槽52的连通处设置有过滤层33。过滤层33可采用滤网制成。

进一步地，为方便排水；所述入渗多坡度试验区50的外部设置有l形排水沟80，所述混凝土板51的上端处设置有径流集水槽51a，径流集水槽51a与排水沟80之间设置有三角量水堰一60，径流集水槽51a与排水沟80之间通过三角量水堰一60连通；第三分区50c与排水沟80之间沿着混凝土槽52的长度方向设置有三角量水堰二61，第三分区50c与排水沟80之间通过三角量水堰二61连通。所述混凝土板51的上端设置有斜面，该斜面与第一分区50a的坡面或第二分区50b的坡面构成径流集水槽51a。径流集水槽51a、三角量水堰一60是为了收集第一分区50a、第二分区50b的径流，三角量水堰二61用来收集第三分区50c的径流。

所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统的工作原理是：电磁阀12打开，供水箱10供水，供水箱10内部的水通过第一水管11流入到马里奥特瓶20，马里奥特瓶20内部的水通过第二水管21流入到水位平衡槽30，水位平衡槽30内部的水通过第三水管31流入到入渗多坡度试验区50，即混凝土槽52的内部；当混凝土槽52的内部水位与气压平衡管23的水位一致时，马里奥特瓶20内部水位抬高，水位传感器24检测到的水位高度达到指定值时，电磁阀12关闭。此时，由于第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c相互之间连通，根据连通器原理，第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c三者之间的水位一致。人工降雨装置进行模拟人工降雨，具体方法如下：喷头72与水源连接，水源可选用自来水，喷头72相当于花洒，正对着第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c，根据模拟实验需求对着第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c进行喷洒降水实验，例如控制喷头72的出水流量，使得第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c的每小时降雨量为18～30毫米，如此，第一分区50a、第二分区50b和第三分区50c的地下水位相同、坡度不同，从而进行不同坡度径流试验。当入渗多坡度试验区50内部的水位降低时，马利奥特瓶20内部的水位下降，低于气压平衡管23的高度时，根据水位传感器24传输的信号，将电磁阀12打开进行供水，从而保持实验过程水位相同。

所述收集箱40和水位平衡管32的配合的作用主要是针对降雨入渗时保障入渗多坡度试验区50内部的水位不变，通过水位平衡管32的上端高度与气压平衡管23的下端高度一致，当降雨产生入渗时，雨水从水位平衡管32进入到收集箱40保障入渗多坡度试验区50内部的水位不变。

在上述实施例中，在使用时，直接在入渗多坡度试验区50内各试验区填充相同土质的原状土，且坡度不同，由于采用同一供水源，从而使得水质相同，通过气压平衡管23与大气相连，能够使水源供入到入渗多坡度试验区50后的水位一致。本实用新型将试验对象处于相同的土体中且水质相同并连通水位相同，减少了外界因素的影响，有助于降低实验误差；且各试验区的坡度不同。所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统的结构简单，占地面积小，易操作；由于各试验区的坡度不同，方便设置对照实验且对照实验结果直观，便于多坡度的对比实验。

相对于目前人工模拟降雨径流试验场主要为变坡度与固定坡度试验场地且无控制水位装置来说，其对于多坡度试验目前无法准确测算，本实用新型设计了的所述等水位多坡度人工降雨径流试验系统对测算同区域内的不同坡度的径流具有实践意义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。