一种可调式坡面流试验装置

摘要

本发明提供了一种可调式坡面流试验装置，包括坡面水槽，坡面水槽通过支柱支撑形成坡面倾斜结构，还包括带伸缩式支撑脚的土壤固定格栅和带伸缩式支撑脚的面板，且坡面水槽是由基本水槽与其出水端相连的表面流收集槽组成的一体式凹槽，其中基本水槽的进水端开口、出水端封闭，在出水端水槽底部设置有第一尾水收集孔，表面流收集槽的进水端开口、出水端封闭，进水端底板与基本水槽出水端封闭竖板的顶端相接，底板上设有第二尾水收集孔；土壤固定格栅放置在基本水槽底板上，面板放置在基本水槽出水端一侧的底板上，其一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽的底板相接；基本水槽出水端底板与带伸缩式支撑脚的面板之间设置有第一筛网。

说明书

技术领域

本发明属于坡面流试验装置技术领域，特别涉及一种可调式坡面流试验装置。

背景技术

坡面土壤侵蚀是水土流失过程中的重要环节，野外监测和室内试验是研究坡面水流特性 及土壤侵蚀机理的主要手段。坡面土壤受成土原因、地貌特性、水流条件等多种因素的影响， 实际的坡面土壤以及坡度沿坡向常呈现沿程变化，其土壤组成、堆积厚度及坡面覆盖特征亦 有所差异。为了深入了解坡面水流运动特性及其土壤侵蚀输运机理，坡面流试验是目前最主 要的研究手段。由于野外监测受自然条件的影响，试验影响因素的重复性难以得到保证，而 室内坡面流试验则具有良好的重复性，故室内坡面流试验是目前研究坡面水流运动特性及其 土壤侵蚀输运机理的主要手段。

现有的坡面流试验装置为倾斜设置的水槽，该水槽的进水端和出水端均呈开口，水槽的 底板形成整体式坡面，通过在水槽底板上铺设土壤并在土壤中种植植被后，即可在真实植被 覆盖条件下进行坡面流试验。现有坡面流试验装置存在以下不足：第一，由于试验时是直接 将土壤铺设在光滑的水槽底板上，因而土壤在底板上的稳定性差，土壤很容易被水流带走， 导致坡面流试验过程中坡面上土壤的堆积厚度、坡度以及植被覆盖特性等发生的变化与实际 环境中的相差甚远，从而影响坡面流试验结果的准确性；第二，由于现有坡面流试验装置没 有设计尾水分类收集的结构，因此使用其进行坡面流试验，收集尾水时只能将表面流和壤中 流一起收集，而表面流和壤中流的水流特性及对土壤的侵蚀机理是不同的，使得现有坡面流 试验装置因这方面的原因也会影响坡面流试验结果的准确性；第三，因实际坡面上的土壤分 布特性随坡向常呈现沿程变化，而现有坡面流试验装置不能实现多坡度的自由组合，因而在 坡面流试验中难以实现多坡度变化的土壤空间分布特性模拟，故而不能真实地反映实际坡面 土壤空间分布特性对坡面流试验结果的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可调式坡面流试验装置，该装置可以 进行真实植被覆盖条件下的坡面流试验，土壤不易被水流带走，坡面条件能够稳定保持，还 能实现壤中流和表面流的分类收集，提高坡面流试验的准确性，通过多个土壤固定格栅的组 合还能实现多坡度的自由组合。

本发明提供的可调式坡面流试验装置，包括坡面水槽，坡面水槽通过支柱支撑形成坡面 倾斜结构，带伸缩式支撑脚土壤固定格栅和带伸缩式支撑脚的面板，且所述坡面水槽是由基 本水槽与其出水端相连的表面流收集槽组成的一体式凹槽，其中基本水槽的进水端开口、出 水端封闭，在出水端水槽底部设置有第一尾水收集孔，表面流收集槽的进水端开口、出水端 封闭，进水端底板与基本水槽出水端封闭竖板的顶端相接，底板上设有第二尾水收集孔；所 述土壤固定格栅放置在基本水槽底板上，所述面板放置在基本水槽出水端一侧的底板上，其 一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽的底板相接；基本水槽出水端底板与带伸 缩式支撑脚的面板之间设置有第一筛网，该筛网位于第一尾水收集孔前。

上述可调式坡面流试验装置中，所述基本水槽的槽板上开设有水位显示管安装孔，其中 安装有水位显示管，水位显示管安装孔的内侧设置有第二筛网。通常基本水槽的侧板上每隔 30～50cm设置一个水位显示管安装孔，根据实际坡面流试验的需要，可以在基本水槽一侧或 者两侧的槽板上设置水位显示管安装孔和安装水位显示管。

上述可调式坡面流试验装置中，所述土壤固定格栅的数量至少为2块，并通过各块土壤 固定格栅的伸缩式可调支撑脚在坡面水槽的底板上形成坡度不同的组合式坡面。

上述可调式坡面流试验装置中，所述伸缩式支撑脚由外套管和内套管组成，外套管的壁 上设置有与紧固螺钉相匹配的螺钉孔，内外套管相互套合后通过紧固螺钉固定，支撑脚的下 端设置有防滑底座。

上述可调式坡面流试验装置还包括给水槽和稳流槽，所述给水槽的出水一端通过溢流隔 板连接稳流槽，稳流槽的出水一端与坡面水槽的进水端相连通，且稳流槽的底板低于基本水 槽进水端的底板，给水槽和稳流槽通过支柱支撑形成水平结构。

上述可调式坡面流试验装置中，所述第一筛网和第二筛网均由耐水流和土壤腐蚀的材料 制作，优选不锈钢网。

上述可调式坡面流试验装置中，所述带伸缩式支撑脚的土壤固定格栅和带伸缩式支撑脚 的面板均由耐水流和土壤腐蚀的材料制作，其中，格栅和面板优选塑料制作，伸缩式支撑脚 优选塑料或者不锈钢制作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明提供的可调式坡面流试验装置中设置有土壤固定格栅，在坡面流试验时， 铺设土壤和种植植被后可实现天然坡面水流运动特性的模拟，坡面上的土壤在植被和土壤固 定格栅的双重作用下，其稳定性更高，不易被水流带走，因而试验过程中坡面上土壤的堆积 厚度、坡度以及植被覆盖等特性条件能够更稳定地保持，从而提高坡面流试验的准确性。

2、由于本发明提供的可调式坡面流试验装置设置有尾水收集组件和测压管，因而在坡面 流试验中可实时测量壤中流的水位以及壤中流水位随水槽沿程的变化情况，而且能实现表面 流和壤中流的分开收集，并得到表面流和壤中流的水流特性数据，从而有助于更真实地了解 表面流和壤中流对坡面土壤的影响，提高坡面流试验的准确性。

3、由于本发明提供的可调式坡面流试验装置坡面水槽的底板上铺设的土壤固定格栅的支 撑脚为可伸缩式的，因而可通过对支撑脚高度的调整，自由改变坡面的坡度，且再通过多个 土壤固定格栅的组合和伸缩式支撑脚的配合，可在同一坡面水槽中形成不同坡度的自由组合， 填充土壤后即形成随坡向呈沿程变化的土壤空间分布特性，从而能更真实地反映坡面土壤空 间分布特性对坡面流试验的影响。

4、由于本发明所述坡度可调式坡面流试验装置还设置有稳流槽，稳流槽能够平顺坡面水 流，因而能避免室内试验进口来流段长度的限制而出现的坡面水流不稳定的情况，从而达到 更好的试验效果。

附图说明

图1为本发明可调式坡面流试验装置的(第一种)结构示意图；

图2为本发明坡面水槽的局部剖视结构示意图；

图3为本发明水位显示管在坡面水槽侧板上的安装示意图；

图4为本发明水位显示管的结构示意图；

图5为本发明带伸缩式支撑脚的土壤固定格栅的结构示意图；

图6为本发明土壤固定格栅的伸缩式支撑脚的结构示意图；

图7为本发明带伸缩式支撑脚的面板的结构示意图；

图8为本发明可调式坡面流试验装置尾部的局部剖视结构示意图；

图9为本发明图1所述坡面流试验装置种植植被后的示意图；

图10为本发明可调式坡面流试验装置的第二种结构示意图。

图中，1—坡面水槽、1-1—基本水槽、1-2—表面流收集槽，2—土壤固定格栅，3—面板， 4—伸缩式支撑脚、4-1—外套管、4-2—内套管、4-3—防滑底座，5—第一尾水收集孔，6—第 二尾水收集孔，7—第一筛网，8—水位显示管安装孔，9—水位显示管，10—第二筛网，11— 给水槽，12—稳流槽，13—溢流隔板，14—支柱。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明所述可调式坡面流试验装置的结构与使用方法作进 一步说明。下述各实施例中，为了避免水流和土壤的腐蚀，所述水位显示管为玻璃管，第一 筛网和第二筛网为不锈钢网，格栅和面板由塑料制作，格栅和面板下方的伸缩式支撑脚由不 锈钢制作，所述坡面水槽、给水槽和稳流槽由有机玻璃制作。

实施例1

如图1所示，本实施例给出的可调式坡面流试验装置的结构包括坡面水槽1，带伸缩式 支撑脚4的土壤固定格栅2、带伸缩式支撑脚4的面板3，且所述坡面水槽1是由基本水槽 1-1与其出水端相连的表面流收集槽1-2组成的一体式凹槽，坡面水槽的局部剖视结构示意图 见图2，其中基本水槽1-1的进水端开口、出水端封闭，在出水端水槽底部设置有第一尾水收 集孔5，表面流收集槽1-2的进水端开口、出水端封闭，进水端底板与基本水槽出水端封闭竖 板的顶端相接，底板上设有第二尾水收集孔6。所述基本水槽1-1一侧的槽板上每隔30cm开 设一个水位显示管安装孔9，L形水位显示管9(见图4)通过带通孔的橡皮塞安装在水位显 示管安装孔9中，水位显示管安装孔的内侧设置有第二筛网10，水位显示管在坡面水槽侧板 上的安装示意图见图3。所述土壤固定格栅2放置在基本水槽底板上，其结构如图5所述， 所述伸缩式支撑脚4由外套管4-1和内套管4-2组成，外套管的壁上设置有与紧固螺钉相匹 配的螺钉孔，内外套管相互套合后通过紧固螺钉固定，支撑脚的下端设置有防滑底座4-3，如 图6所示。所述带伸缩式支撑脚4的面板3的结构如图7所示，其伸缩式支撑脚4的结构与 土壤固定格栅的伸缩式支撑脚相同，带伸缩式支撑脚4的面板3放置在基本水槽出水端一侧 的底板上，其一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽的底板相接；基本水槽出水 端底板与带伸缩式支撑脚的面板之间设置有第一筛网7，该筛网位于第一尾水收集孔前，如 图8所示；坡面水槽通过支柱14支撑形成坡面倾斜结构。

本实施例中，坡面水槽上共放置了9个土壤固定格栅2，通过调整土壤固定格栅的伸缩 式支撑脚的高度，在坡面水槽上形成了多个坡度段的组合，调整面板3的伸缩式支撑脚的高 度，使面板3的一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽的底板相接，向土壤固定 格栅中填充土壤并种植植被后(如图9所示)即可实现真实植被覆盖条件下的坡面流试验。

所述第一筛网和第二筛网的孔径应满足坡面流试验时铺设在土壤固定格栅下方的土壤不 会从筛网漏出。

实施例2

本实施例中，所述可调式坡面流试验装置的结构如图10所示，包括坡面水槽1，带伸缩 式支撑脚4的土壤固定格栅2和带伸缩式支撑脚4的面板3，给水槽11和稳流槽12。所述坡 面水槽1是由基本水槽1-1与其出水端相连的表面流收集槽1-2组成的一体式凹槽，坡面水 槽的局部剖视结构示意图见图2，其中基本水槽1-1的进水端开口、出水端封闭，在出水端水 槽底部设置有第一尾水收集孔5，表面流收集槽1-2的进水端开口、出水端封闭，进水端底板 与基本水槽出水端封闭竖板的顶端相接，底板上设有第二尾水收集孔6。所述基本水槽1-1 一侧的槽板上每隔50cm开设一个水位显示管安装孔8，L形水位显示管9(见图4)通过带 通孔的橡皮塞安装在水位显示管安装孔8中，水位显示管安装孔8的内侧设置有第二筛网10， 水位显示管在坡面水槽侧板上的安装示意图见图3。所述土壤固定格栅2放置在基本水槽底 板上，其结构如图5所述，所述伸缩式支撑脚4由外套管4-1和内套管4-2组成，外套管的 壁上设置有与紧固螺钉相匹配的螺钉孔，内外套管相互套合后通过紧固螺钉固定，支撑脚的 下端设置有防滑底座4-3，如图6所示。所述带伸缩式支撑脚4的面板3的结构如图7所示， 其伸缩式支撑脚4的结构与土壤固定格栅的伸缩式支撑脚相同，带伸缩式支撑脚的面板3放 置在基本水槽出水端一侧的底板上，其一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽1-2 的底板相接；基本水槽出水端底板与带伸缩式支撑脚的面板之间设置有第一筛网7，该筛网 位于第一尾水收集孔5前，如图8所示。所述给水槽11的出水一端通过溢流隔板13连接稳 流槽12，稳流槽12的出水一端与坡面水槽1的进水端相连通，且稳流槽12的底板低于基本 水槽1-1进水端的底板，给水槽和稳流槽通过支柱14支撑形成水平结构，坡面水槽1通过支 柱14支撑形成坡面倾斜结构。

本实施例中，坡面水槽上共放置了9个土壤固定格栅2，通过调整土壤固定格栅2的伸 缩式支撑脚的高度，在坡面水槽上形成了多个坡度段的组合，调整面板3的伸缩式支撑脚的 高度，使面板3的一端与土壤固定格栅相接，另一端与表面流收集槽1-2的底板相接，向土 壤固定格栅2中填充土壤并种植植被后即可实现真实植被覆盖条件下的坡面流试验。

所述第一筛网和第二筛网的孔径应满足坡面流试验时铺设在土壤固定格栅下方的土壤不 从筛网漏出。