[發明專利]一種坡面降雨深層入滲特征的模擬觀測裝置及方法

在審

• 申請號: 201711268706.6
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107843527A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 阿拉木薩;曹靜
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及坡面降水深層入滲過程的發生點及定量觀測，具體的說是一種坡面降雨深層入滲特征的模擬觀測裝置及方法。

背景技術

土壤水分深層入滲數量是開展土壤水分平衡研究、降雨對地下水補充過程研究、坡面水土保持研究等方面的必不可少的重要數量參數。土壤水分深層滲漏量獲得方式多年來一直未能明確，主要采用數學模型模擬方式、土壤水分含量變化過程、土壤水勢差值等方式進行估算，所獲得數值變化較大，通用性不足，僅可進行自我比較分析。坡面土壤水分入滲量直接觀測方法以為只是在某個固定點開展過獨立觀測，缺乏對整個坡面的系統性觀測方法，本方法的提出，可以系統的開展坡面土壤水分深層入滲過程的詳細觀測研究，可以獲得不同坡度、不同土壤質地、不同降雨特征條件下的不同土壤深度截面的深層水分入滲數量和特征，為相關研究工作提供了一個新的手段。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，獲得坡面不同位置的壤中水分入滲發生時間和數量。本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種坡面降雨深層入滲特征的模擬觀測裝置，包括：

坡面土體觀測單元，為上下開口的箱體，所述箱體內回填不同質地的土壤樣品并且土壤坡面角度可變；

深層土壤集水單元，設置在坡面土體觀測單元內的土壤中，為多個從坡頂到坡底依次相鄰放置的集水容器，所述每個集水容器距離坡面的高度一致，所述集水容器上端為開放結構、下底板中央設置出水口連接出水管，所述出水管穿過坡面土體觀測單元的箱體至所述坡面土體觀測單元側面的觀測溝內，所述觀測溝用于統一收集所有集水容器經出水管流出的水分；

降雨模擬單元，包括供水管線和依次設置在供水管線上的水泵、過濾器、減壓閥、球閥、噴頭；所述水泵將地下水抽出至供水管線內；所述過濾器用于濾出地下水中的雜質；所述減壓閥用于調整噴頭出水壓力；所述球閥用于控制模擬降雨時的噴頭開關；所述噴頭為多個且布置在深層土壤集水單元上方，所述每個噴頭距離坡面土體觀測單元內的土壤坡面高度一致。

所述箱體為鐵板制成。

所述坡面土體觀測單元的箱體由隔板圍成，所述隔板高度為3m。

所述深層土壤集水單元的深度設置在1.5-2.5m之間，收集地表下1.5-2.5m深度土壤截面的水分入滲數量。

所述集水容器設置在坡面土體觀測單元內的中央線上。

所述集水容器為正方形或圓形筒體。

所述降雨模擬單元的供水管線直徑為16mm；所述噴頭距坡面土體觀測單元內的土壤坡面距離為0.7-1.5m；噴頭間距為1.2m。

一種坡面降雨深層入滲特征的模擬觀測方法，包括以下步驟：

步驟1：觀測之前調整坡面土體觀測單元內的土壤含水量；

步驟2：調節降雨模擬單元的球閥、減壓閥，設置不同的降雨量、雨強參數，降水后開始水分入滲觀測；

步驟3：記錄各個集水容器的初始出水時間，并定期記錄出水數量，最終獲得坡面不同部位在相應土壤深度截面的水分入滲數量和發生時間。

所述步驟1包括：將試驗土壤進行飽和灌溉，當集水容器內有水流出時停止澆水，等到出水管不再有水流出時記錄時間，以保持土壤維持在最大持水量水平。

通過調節減壓閥使得所述噴頭工作壓力為0.25-0.3Mpa，單個噴頭雨強為36.18-37.74mm/h。

本發明具有以下優點及有益效果：

1.使用本發明的觀測裝置及方法可以直接觀測到不同坡度、不同土壤質地、不同降雨特征條件下的坡面土壤深層水分入滲數量及發生時間。

2.使用本發明的觀測裝置及方法的觀測結果較少受到環境因子的影響。

3.本發明的觀測裝置經濟實用，價格便宜，便于大量應用。

附圖說明

圖1為本發明中模擬裝置側向剖面示意圖；

圖2為本發明中模擬裝置縱向剖面示意圖；

圖3為本發明中模擬裝置平面示意圖示意圖；

圖4為本發明中模擬裝置降雨模擬單元安裝示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1-3所示，本發明的一種坡面降雨深層入滲特征的模擬觀測裝置，包括：坡面土體觀測單元、深層土壤集水單元、降雨模擬單元。

坡面土體觀測單元：采用4mm鐵板制作觀測坡面土體的四周隔板，上下面不封閉，四周封閉，箱體水平投影的寬度為3米，隔板高3米，坡面長度根據試驗需求可設置不同規格，并可形成不同坡度。箱體內可根據試驗要求回填不同質地的土壤樣品。