[發明專利]一種土壤近地表水流流速測定系統及方法

有效

• 申請號: 201710596143.7
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107228953B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 陳曉燕;韓珍;黃鈺涵;黃永超;邢行;李彥海
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01P5/18
• 分類號: G01P5/18;G01N33/24
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

1.一種土壤近地表水流流速測定方法，其特征在于，所述土壤近地表水流流速測定方法包括以下步驟：

步驟一：將試驗槽放置移動式液壓升降車之上，坡度范圍為0-30°，坡度調節步長為5°；

步驟二：試驗土槽全長3m，每1m設置1個近地表水流供水單元，共布設3個供水單元；

步驟三：蠕動泵泵管一端分別插入3根供水管中模擬水流分層運動，泵管另一端分別插入相應顏色的供水容器中；

步驟四：利用照相機每十分鐘拍照，記錄每一層水流經過時間段內通過的相應距離計算孔隙水流流速，同時測定不同顏色水層的厚度計算達西流速；

步驟五：計算水流流速和達西流速；

所述步驟二具體包括：在3m長的土槽底部填入3cm厚的黏土，壓實以模擬不透水層，防止水流滲漏；再將土槽分為1m長的3段后，在每一段的上游端30cm的長度上鋪上粒徑為1cm的碎石，作為近地表水流供水段；在其下游70cm的長度上，填充2cm厚的黏土，以抬高近地表水流供水段的水位，便于供水；在已經填充好的碎石層和黏土層之上覆蓋土工布，之后，分層裝填土樣；填土完畢后，利用移動式液壓升降車將試驗槽升至不同坡度，經坡度測定系統測定讀數后；打開試驗槽下部放水口，靜置試驗槽直至無明顯出水時用標準環刀在坡面上、中、下三個部位分別采樣，在試驗室中測定土樣含水率、容重，采用干土測量法測定土樣的比重，計算得到土樣孔隙率的基礎數據。

2.如權利要求1所述的土壤近地表水流流速測定方法，其特征在于，所述步驟五計算達西流速公式為：

U_D＝AQ/(WH)

其中，U_D代表達西流速，cms^-1；Q代表水流給定流量，Lh^-1；W代表試驗槽寬度，cm；H代表水層厚度，cm；A代表單位轉換系數。

3.如權利要求1所述的土壤近地表水流流速測定方法，其特征在于，所述步驟五計算土層孔隙水流流速公式為：

V_M＝S/dt；

其中，V_M代表沙層孔隙水流流速，cmh^-1；S代表水流流過的距離，cm；dt代表流過S距離的時間，h。

4.一種如權利要求1所述土壤近地表水流流速測定方法的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，所述土壤近地表水流流速測定裝置設置有：

透明有機玻璃槽；

供水蠕動泵通過供水管連接注水管的一端，所述注水管貼合在所述透明有機玻璃槽的內壁上；

所述注水管的另一端插入近地表水流供水單內，所述近地表水流供水單元的一側鋪有水位平衡單元。

5.如權利要求4所述的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，所述水位平衡單元、近地表水流供水單元的一側鋪設有黏土防滲層。

6.如權利要求4所述的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，測量標尺粘結在所述透明有機玻璃槽的側壁外側。

7.如權利要求4所述的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，計時裝置粘結在所述透明有機玻璃槽的內側側壁上。

8.如權利要求4所述的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，所述透明有機玻璃槽每1m設置1個近地表水流供水單元，共布設3個近地表水流供水單元；在3m長的透明有機玻璃槽底部填入3cm厚的黏土防滲層。

9.如權利要求4所述的土壤近地表水流流速測定裝置，其特征在于，所述透明有機玻璃槽分為1m長的3段后，在每一段的上游端30cm的長度上鋪上粒徑為1cm的碎石；下游70cm的長度上，填充2cm厚的黏土；

所述水位平衡單元在碎石下游與黏土連接處布設，為20cm×30mm×2mm不銹鋼片，上端制成平直的刀刃裝，水位平衡單元布置與水槽水流方向垂直。