專(zhuān)利名稱(chēng)：一種模擬薄層水流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模擬薄層水流裝置，該裝置能夠模擬流量、流速、坡度等 多項(xiàng)不同參數(shù)條件下的薄層水流條件。
背景技術(shù)：
坡地土壤養(yǎng)分隨地表徑流遷移是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，這一過(guò)程不僅涉 及農(nóng)用化肥高效利用、土壤質(zhì)量退化等農(nóng)業(yè)問(wèn)題，也是水體污染等環(huán)境問(wèn)題。坡面土 壤、化學(xué)物隨地表薄層水流遷移的機(jī)理研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注熱點(diǎn)。在研究過(guò)程 中，降雨條件下土壤養(yǎng)分隨地表薄層水流遷移過(guò)程涉及諸多影響因素，降雨特征本身情 況復(fù)雜，因而降雨因素的干擾很容易掩蓋了地表薄層水流對(duì)坡面土壤及化學(xué)物的作用， 也無(wú)法科學(xué)地探討薄層水流對(duì)地表土壤化學(xué)物作用機(jī)制。因此，為了揭示坡面薄層水流 對(duì)坡面土壤養(yǎng)分(溶質(zhì))流失過(guò)程作用機(jī)理，有必要在消除降雨因素影響，采用上方來(lái)水 方便地模擬薄層水流各種情況，觀(guān)測(cè)薄層水流不同水力要素對(duì)土壤養(yǎng)分浸提、釋放和遷 移的作用過(guò)程，為揭示降雨條件薄層水流土壤溶質(zhì)遷移機(jī)制提供參考。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 使用方便的模擬不同參數(shù)特征的薄層水流裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的模擬薄層水流裝置，土槽一端為固 定端，另一端為升降端，所述的土槽的底部設(shè)有孔板，四周均由透明材料組成，所述的 土槽的固定端設(shè)置出水口，所述的土槽的升降端的底部設(shè)有坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述的土槽 的升降端的上部設(shè)有水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施，所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施與所述的土槽內(nèi)連 接，所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施連接有供水系統(tǒng)。所述的供水系統(tǒng)是在所述的土槽的升降端上設(shè)有蓄水箱，在所述的蓄水箱內(nèi)設(shè) 有可控制流量水泵，所述的可控制流量水泵的出口通過(guò)輸水橡皮管與所述的水流消能簡(jiǎn) 便設(shè)施連接。所述的土槽為長(zhǎng)度為0.8m、寬度為0.3m、深度為0.45m的矩形槽，所述的土槽 四周的透明材料為厚度為3mm的有機(jī)玻璃，所述的土槽的底部的孔板為5_厚的有孔鋼 板。所述的坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)使所述的土槽坡度在0° 30°間變化，所述的坡度調(diào)節(jié) 系統(tǒng)為坡度調(diào)節(jié)套筒。所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施的結(jié)構(gòu)是臨近所述的供水系統(tǒng)的一端設(shè)有入水槽，臨 近所述的土槽的一端設(shè)有靜水槽，在所述的入水槽與所述的靜水槽之間設(shè)有溢流高壩， 所述的靜水槽與所述的土槽之間設(shè)有溢流低壩。采用上述技術(shù)方案的模擬薄層水流裝置，實(shí)驗(yàn)方法步驟如下根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求， 流量相同，設(shè)定不同的坡度值，可測(cè)定薄層水流流速、薄層水流厚度、坡面產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量以及各化學(xué)物含量流失量，同時(shí)進(jìn)行計(jì)算研究，得出相關(guān)結(jié)論；根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，坡 度相同，設(shè)定不同的流量，可測(cè)定薄層水流流速、薄層水流厚度、坡面產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量 以及各化學(xué)物含量流失量，進(jìn)行計(jì)算研究，得出相關(guān)結(jié)論；通過(guò)該裝置還可觀(guān)測(cè)在薄層 水流作用下坡面土壤水入滲過(guò)程、化學(xué)物淋溶變化，進(jìn)行計(jì)算研究，得出相關(guān)結(jié)論。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下本實(shí)用新型是人工模擬薄層水流裝置，設(shè)定一定的坡度值后，打開(kāi)可控制流量 水泵，水從蓄水箱中流經(jīng)輸水橡皮管到水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施中，水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施可形成 動(dòng)能很低、淺薄且均勻的薄層水流，均勻地導(dǎo)流到土槽內(nèi)坡面土壤表面；這樣避免了薄 層水流對(duì)坡面上坡部分過(guò)度沖刷，同時(shí)消除了降雨帶來(lái)的濺蝕作用，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加 準(zhǔn)確、可靠反映地表薄層水流的沖刷作用；土槽四周采用有機(jī)玻璃制成，便于觀(guān)測(cè)薄層 水流厚度變化、速度波動(dòng)以及土壤入滲過(guò)程；土槽下方的孔洞更好的模擬了原始土壤的 下墊面條件，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。采用上方來(lái)水模擬薄層水流，以此消除降雨影響， 觀(guān)測(cè)薄層水流不同水力要素對(duì)土壤養(yǎng)分浸提、釋放和遷移的作用過(guò)程，為揭示降雨條件 薄層水流土壤溶質(zhì)遷移機(jī)制提供參考。因而本實(shí)用新型對(duì)研究降雨條件下薄層水流土壤 溶質(zhì)遷移機(jī)制有十分重要的意義。綜上所述，本實(shí)用新型是一種獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方 便，性能可靠的模擬薄層水流裝置。

圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1和圖2，土槽1為長(zhǎng)度為0.8m、寬度為0.3m、深度為0.45m的矩形槽， 一端為固定端，另一端為升降端，土槽1的四周設(shè)有厚度為3mm的有機(jī)玻璃，土槽1的 底部為5mm厚的有孔鋼板8，土槽1的固定端設(shè)置出水口 4，土槽1的升降端的底部設(shè)有 坡度調(diào)節(jié)套筒3，坡度調(diào)節(jié)套筒3使土槽1坡度在0° 30°間變化，土槽1的升降端的 上部設(shè)有水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施5，水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施5形成初始動(dòng)能很小且均勻?qū)Я鞯酵敛?1內(nèi)，在土槽1的升降端上設(shè)有蓄水箱2，在蓄水箱2內(nèi)設(shè)有可控制流量水泵7，可控制流 量水泵7的出口通過(guò)輸水橡皮管6與水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施5連接。參見(jiàn)圖2，水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施5的結(jié)構(gòu)是臨近輸水橡皮管6的一端設(shè)有入水槽 9，臨近土槽1的一端設(shè)有靜水槽11，在入水槽9與靜水槽11之間設(shè)有溢流高壩10，靜 水槽11與土槽1之間設(shè)有溢流低壩12。參見(jiàn)圖1和圖2，坡度調(diào)節(jié)套筒3設(shè)定一定的坡度值后，打開(kāi)可控制流量水泵 7,水從蓄水箱2中流經(jīng)輸水橡皮管6到水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施5中的入水槽9，由于溢流高壩 10的阻擋，水流經(jīng)過(guò)第一次消能；當(dāng)入水槽水面高過(guò)溢流高壩10時(shí)，入水槽9中水通過(guò) 溢流高壩10緩緩地流入靜水槽11，水流經(jīng)過(guò)第二次消能，消除了薄層水流初始動(dòng)能；當(dāng) 流入靜水槽11的水位高過(guò)溢流低壩12時(shí)，這樣就使得上方來(lái)水形成均勻、淺薄水流且導(dǎo) 流在土槽1內(nèi)土壤表面上，消除了降雨帶來(lái)的濺蝕作用，使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠反映地表薄層水流的沖刷作用；土槽1下方的有孔鋼板8的孔洞更好的模擬了原始土壤的 下墊面條件，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。參見(jiàn)圖1和圖2，使用模擬薄層水流裝置實(shí)驗(yàn)方法步驟如下根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，流量相同，設(shè)定不同的坡度值，可測(cè)定薄層水流流速、薄層水 流厚度、坡面產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量以及各化學(xué)物含量流失量，同時(shí)進(jìn)行計(jì)算研究，得出相關(guān) 結(jié)論；根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，坡度相同，設(shè)定不同的流量，可測(cè)定薄層水流流速、薄層水流厚 度、坡面產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量以及各化學(xué)物含量流失量，進(jìn)行計(jì)算研究，得出相關(guān)結(jié)論；通 過(guò)該裝置還可觀(guān)測(cè)在薄層水流作用下坡面土壤水入滲過(guò)程、化學(xué)物淋溶變化，進(jìn)行計(jì)算 研究，得出相關(guān)結(jié)論。具體實(shí)施例使用本實(shí)用新型的模擬薄層水流裝置。試驗(yàn)用土采自洞庭湖流域坡耕地表層 土壤，屬于第四紀(jì)紅壤，其機(jī)械顆粒組成為粒徑小于0.001mm占44.95%，粒徑大于 0.05mm占3.58%，粒徑介于0.001mm和0.05mm之間占51.47%。試驗(yàn)用土采回后自然 風(fēng)干，然后分別過(guò)孔徑5mm和2mm的土篩；用配置好的一定濃度的溴化鉀溶液均勻噴灑 于過(guò)孔徑2mm篩的細(xì)土中，并充分?jǐn)嚢?，備用。土?填土前，在土槽1的底部鋪上透 水紗布，保證土壤充分透水性和透氣性，以免增大水分入滲阻力；試驗(yàn)土層厚為30cm， 填土?xí)r為了均勻，分三層填土，每層厚為10cm，下兩層填裝過(guò)孔徑5mm篩的粗土，表 層填裝已噴灑溴化物溶液的細(xì)土。填土完成之后，通過(guò)坡度調(diào)節(jié)套筒3將土槽1的坡度 調(diào)至設(shè)計(jì)試驗(yàn)度數(shù)，調(diào)試流量之后，開(kāi)始試驗(yàn)。產(chǎn)流開(kāi)始后，開(kāi)始記錄時(shí)間，分別在產(chǎn) 流后，按照先密后疏原則，間隔lmin或5min接一次徑流樣，每次接樣時(shí)間為20s。試驗(yàn) 結(jié)束后，稱(chēng)量泥水樣品重量，取出澄清水樣，用離子計(jì)測(cè)出水樣溴離子濃度；剩余水樣 靜止、澄清后，傾倒多余水，并用烘干法測(cè)出泥沙重量，最后計(jì)算徑流量和產(chǎn)沙量。本試驗(yàn)設(shè)定恒定流量為960ml/min ；坡度分別設(shè)置6個(gè)水平3°、5°、8°、 10°、15°和20° ；相同放水流量條件下，不同坡度初始產(chǎn)流時(shí)間不同，因此設(shè)定為產(chǎn) 流時(shí)間28min后結(jié)束試驗(yàn)；每個(gè)處理重復(fù)3次，最后所有數(shù)據(jù)取其平均值。
權(quán)利要求1.一種模擬薄層水流裝置，其特征在于土槽(1) 一端為固定端，另一端為升降 端，所述的土槽(1)的底部設(shè)有孔板，四周均由透明材料組成，所述的土槽(1)的固定端 設(shè)置出水口(4)，所述的土槽(1)的升降端的底部設(shè)有坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述的土槽(1)的 升降端的上部設(shè)有水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施(5)，所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施(5)形成薄層水流導(dǎo) 入對(duì)應(yīng)所述的土槽(1)內(nèi)，所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施(5)連接有供水系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬薄層水流裝置，其特征在于所述的供水系統(tǒng)是在所 述的土槽(1)的升降端上設(shè)有蓄水箱(2)，在所述的蓄水箱(2)內(nèi)設(shè)有可控制流量水泵 (7),所述的可控制流量水泵(7)的出口通過(guò)輸水橡皮管(6)與所述的水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施 (5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬薄層水流裝置，其特征在于所述的土槽(1)為長(zhǎng) 度為0.8m、寬度為0.3m、深度為0.45m的矩形槽，所述的土槽(1)四周的透明材料為厚 度為3mm的有機(jī)玻璃，所述的土槽(1)的底部的孔板為5mm厚的有孔鋼板⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬薄層水流裝置，其特征在于所述的坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 使所述的土槽(1)坡度在0° 30°間變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬薄層水流裝置，其特征在于所述的坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為坡度調(diào)節(jié)套筒(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬薄層水流裝置，其特征在于所述的水流消能簡(jiǎn)便 設(shè)施(5)的結(jié)構(gòu)是臨近所述的供水系統(tǒng)的一端設(shè)有入水槽(9)，臨近所述的土槽(1)的一 端設(shè)有靜水槽(11)，在所述的入水槽(9)與所述的靜水槽(11)之間設(shè)有溢流高壩(10)， 所述的靜水槽(11)與所述的土槽⑴之間設(shè)有溢流低壩(12)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種模擬薄層水流裝置，土槽(1)一端為固定端，另一端為升降端，土槽(1)的底部設(shè)有孔板，四周均由透明材料組成，土槽(1)的固定端設(shè)置出水口(4)，土槽(1)的升降端的底部設(shè)有坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，土槽(1)的升降端的上部設(shè)有水流消能簡(jiǎn)便設(shè)施(5)。該裝置能夠模擬流量、流速、坡度等多項(xiàng)不同參數(shù)條件下的薄層水流。采用上方來(lái)水模擬薄層水流，以此消除降雨影響，可研究觀(guān)測(cè)薄層水流不同水流特征及水力要素對(duì)坡面土壤養(yǎng)分浸提、釋放和遷移的作用機(jī)制，以期為揭示降雨條件薄層水流土壤溶質(zhì)遷移機(jī)制提供參考。
文檔編號(hào)G01N11/00GK201803921SQ20102050235
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者吳鳳平, 姜慧, 平李娜, 王輝 申請(qǐng)人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)