一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置

本技术涉及人工降雨条件下的坡面径流观测，具体是一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置。

背景技术：

1、山洪灾害因其突发性强、分布广和破坏力大的特点，给国民经济和人民生命财产造成了严重危害。山区强降雨及持续降雨引起洪水汇集，洪水输移诱发滑坡、泥石流等复杂的链生灾害，从而使人类活动区受灾。研究强降雨及持续降雨条件下山区小流域的产流机理和过程，对山区山洪灾害防御技术提升有重要意义。

2、关于强降雨和持续降雨条件下的产流机理研究，目前采用较多的方法是室内人工模拟降雨试验，利用土槽收集不同降雨条件下的产流进行相关分析研究。但目前降雨试验所采用土槽在设计上仍具有一定的局限性，并不能较好地代表山区小流域坡面的典型特点。山区小流域地形起伏大、土壤厚度分布不均、基岩渗透性存在较大差异。现有的土槽大多只能模拟相同土壤厚度分布、相同基岩渗透性条件下的产流过程。同时，一场降雨试验往往只能设置单一雨强、单一下垫面条件，不同降雨场次条件下的试验，往往会因降雨器调节、重新填土、场地条件变化而造成试验误差。另外，土槽多使用不透明材质制造，在降雨过程中无法实时观察土壤中湿润锋运移情况。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，该装置在同一土槽中实现不同土壤厚度分布、不同基岩渗透性条件设置，并通过不同雨强的连续降雨，收集到不同降雨条件下的连续产流过程，可降低因降雨强度率定、重新填土、场地变化等外在条件引起的试验误差，同时还可以实时观测土壤中湿润锋运移情况，从而实现降雨条件下的坡面产流过程精确记录与分析。

2、为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

3、一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，包括土槽、位于土槽一端的径流收集槽、设于土槽中部的土槽隔板、置于土槽内的底板以及位于土槽下方的土槽底座，所述径流收集槽用于收集地表径流、壤中流和基流；所述土槽隔板将土槽分为左右两个容积大小相等的透水小土槽和不透水小土槽，所述底板包括分别置于透水小土槽和不透水小土槽内的透水支撑板和不透水支撑板，透水支撑板和不透水支撑板下方设有两侧为直角梯形的支撑架，调整支撑架的放置方向可实现土槽内不同的土壤厚度分布设计；所述土槽底座用于平移土槽和对土槽进行不同坡度调整。

4、进一步的，所述径流收集槽包括从上至下依次设于土槽一侧的地表径流收集槽、中部壤中流收集槽、下部壤中流收集槽，土槽一侧从上至下依次设有地表径流出水口、中部壤中流出水口以及下部壤中流出水口，地表径流收集槽、中部壤中流收集槽、下部壤中流收集槽分别与地表径流出水口、中部壤中流出水口以及下部壤中流出水口连通。

5、进一步的，所述地表径流出水口位于土槽一侧顶部，地表径流出水口底部与土槽中所填土壤表面平齐；当支撑架的放置方向使得土层设计为坡底土薄坡顶土厚时，中部壤中流出水口底部与土层底部的反滤层的底部平齐，当支撑架的放置方向使得土层设计为坡底土厚坡顶土薄时，中部壤中流出水口需要被堵住，下部壤中流出水口与土槽底部平齐。

6、进一步的，所述土槽的侧壁为可视侧板，所述可视侧板为透明有机玻璃材质。

7、进一步的，所述透水小土槽底部靠近下部壤中流出水口处设有挡水条，挡水条一侧设有底部基流出水口，另一侧与下部壤中流出水口间隔5cm，挡水条用于挡住基流，防止基流继续往下流动从下部壤中流出水口流出。

8、进一步的，所述径流收集槽还包括底部基流收集槽，与设于土槽底部的底部基流出水口连接。

9、进一步的，所述透水支撑板、不透水支撑板上平铺有反滤层，反滤层叠加覆盖有两层钢丝网，两层钢丝网中间设有无纺布过滤网。

10、进一步的，所述支撑架底部为矩形，两侧的直角梯形内部设有垂直支撑杆以及水平支撑杆，支撑架底部矩形中间无支撑杆。

11、进一步的，所述土槽底座包括底座支撑架、液压升降机，底座支撑架为矩形钢架结构，底部长宽与土槽长宽相等；在土槽底部设有重型铰链将土槽底部与底座支撑架一端的顶部连接，土槽可绕重型铰链转动；液压升降机固定在底座支撑架上，液压升降机的支柱与土槽底部通过重型铰链连接，调节液压升降机支柱升降可使土槽坡度在0°～30°范围内变化。

12、进一步的，所述底座支撑架底部四角设有4个万向轮。

13、本实用新型和现有的技术相比，具有如下显著有益效果：

14、1、本实用新型改变了传统土槽中单一土壤厚度设计、单一基岩渗透性设计，改用可调节的活动支撑架和透水及不透水支撑板，实现不同土壤厚度分布、不同基岩渗透性变化设计，可更加真实地反映山区小流域坡面土壤厚度分布和基岩渗透性的差异性特点，使试验更加符合实际；

15、2、本实用新型改变了现有降雨径流收集试验中同一场降雨试验只能设置单一雨强、单一下垫面的设计，采用大土槽分隔成两个小土槽，可在同一土槽内实现不同的下垫面条件设置，可同时采用4种设计雨强对同一土槽连续降雨，减小因雨强调节、重新填土、场地条件变化而引起的试验误差，使试验结果更精确；

16、3、本实用新型除依照常见的土槽设置地表径流和壤中流收集槽外，本实用新型还设置了基流收集槽，可更加完整地收集降雨过程中土样产生的所有径流成分；

17、4、本实用新型通过可视侧板实时观测降雨过程中湿润锋运移过程，可以更加直观、精确地了解土壤中水分运移过程。

技术特征：

1.一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：包括土槽(1)、位于土槽(1)一端的径流收集槽(3)、设于土槽(1)中部的土槽隔板(2)、置于土槽内的底板(4)以及位于土槽(1)下方的土槽底座(5)，所述径流收集槽(3)用于收集地表径流、壤中流和基流；所述土槽隔板(2)将土槽(1)分为左右两个容积大小相等的透水小土槽(101)和不透水小土槽(102)，所述底板(4)包括分别置于透水小土槽(101)和不透水小土槽(102)内的透水支撑板(401)和不透水支撑板(402)，透水支撑板(401)和不透水支撑板(402)下方设有两侧为直角梯形的支撑架(405)，调整支撑架(405)的放置方向可实现土槽(1)内不同的土壤厚度分布设计；所述土槽底座(5)用于水平移动土槽(1)和调整土槽(1)实现不同坡度设计。

2.根据权利要求1所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述径流收集槽(3)包括从上至下依次设于土槽(1)一侧的地表径流收集槽(301)、中部壤中流收集槽(302)、下部壤中流收集槽(303)，土槽(1)一侧从上至下依次设有地表径流出水口(104)、中部壤中流出水口(105)以及下部壤中流出水口(106)，地表径流收集槽(301)、中部壤中流收集槽(302)、下部壤中流收集槽(303)分别与地表径流出水口(104)、中部壤中流出水口(105)以及下部壤中流出水口(106)连通。

3.根据权利要求2所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述地表径流出水口(104)位于土槽(1)一侧顶部，地表径流出水口(104)底部与土槽(1)中所填土壤表面平齐；当支撑架(405)的放置方向使得土层设计为坡底土薄坡顶土厚时，中部壤中流出水口(105)底部与土层底部的反滤层(403)的底部平齐，当支撑架(405)的放置方向使得土层设计为坡底土厚坡顶土薄时，中部壤中流出水口(105)需要被堵住，下部壤中流出水口(106)与土槽(1)底部平齐。

4.根据权利要求1所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述土槽(1)的侧壁为可视侧板(103)，所述可视侧板(103)为透明有机玻璃材质。

5.根据权利要求2所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述透水小土槽(101)底部靠近下部壤中流出水口(106)处设有挡水条(107)，挡水条(107)一侧设有底部基流出水口(108)，另一侧与下部壤中流出水口(106)间隔5cm，挡水条(107)用于挡住基流，防止基流继续往下流动从下部壤中流出水口(106)流出。

6.根据权利要求5所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述径流收集槽(3)还包括底部基流收集槽(304)，与设于土槽(1)底部的底部基流出水口(108)连接。

7.根据权利要求1所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述透水支撑板(401)、不透水支撑板(402)上平铺有反滤层(403)，反滤层(403)叠加覆盖有两层钢丝网(404)，两层钢丝网(404)中间设有无纺布过滤网。

8.根据权利要求1所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述支撑架(405)底部为矩形，两侧的直角梯形内部设有垂直支撑杆以及水平支撑杆，支撑架(405)底部矩形中间无支撑杆。

9.根据权利要求1所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述土槽底座(5)包括底座支撑架(501)、液压升降机(503)，底座支撑架(501)为矩形钢架结构，底部长宽与土槽(1)长宽相等；在土槽(1)底部设有重型铰链将土槽(1)底部与底座支撑架(501)一端的顶部连接，土槽(1)可绕重型铰链转动；液压升降机(503)固定在底座支撑架(501)上，液压升降机(503)的支柱与土槽(1)底部通过重型铰链连接，调节液压升降机(503)支柱升降可使土槽(1)坡度在0°～30°范围内变化。

10.根据权利要求9所述的一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，其特征在于：所述底座支撑架(501)底部四角设有4个万向轮(502)。

技术总结
一种考虑土壤厚度分布和基岩渗透性差异性的径流收集装置，包括土槽、位于土槽一端的径流收集槽、设于土槽中部的土槽隔板、置于土槽内的底板以及位于土槽下方的土槽底座，径流收集槽用于收集地表径流、壤中流和基流；土槽隔板将土槽分为透水小土槽和不透水小土槽，底板包括分别两个小土槽内的透水支撑板和不透水支撑板，以实现不同基岩渗透性设计，支撑板下方设有支撑架，调整支撑架放置方向可实现土槽内不同土壤厚度分布设计；土槽底座用于平移土槽和进行不同坡度调整。本技术可利用连续人工降雨试验实现对不同土壤厚度分布、不同基岩渗透性条件下的径流过程收集，更准确地模拟和分析典型山区坡面不同下垫面形态条件下的连续降雨径流产流过程。

技术研发人员：童晓霞,丁文峰,唐文坚,路良伟,刘纪根,许文盛,王一峰,李建明,周彦辰,聂文婷,李力,张志华
受保护的技术使用者：长江水利委员会长江科学院
技术研发日：20230728
技术公布日：2024/2/21