[發明專利]一種研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110293037.8
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113075249B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 楊汝馨;唐翔宇;王根緒;崔俊芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14;G01N25/20
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

1.一種研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗方法，包括坡式凍土凍融試驗槽和用于向其內部進行灑水的人工模擬降雨部件和用于對凍土凍融試驗槽進行冷凍的單向制冷部件以及用于對凍土凍融試驗槽中凍土進行解凍的單向光輻射加熱部件；

所述凍土凍融試驗槽包括支撐架和設置在其上端帶有保溫層（2）的不銹鋼槽體（3），所述支撐架用于調節不銹鋼槽體（3）的傾斜角度；

所述不銹鋼槽體（3）中填充有土壤層，所述土壤層自下而上依次包括礫石層（24）、低有機質礦質土（23）、高有機質表土（22），礫石層（24）、低有機質礦質土（23）和高有機質表土（22）中分別設有檢測器，所述檢測器包括土壤水分傳感器（8）和土壤溫度傳感器（9）；

礫石層（24）、低有機質礦質土（23）和高有機質表土（22）所在的不銹鋼槽體（3）較低一側分別設有地表徑流出水口（4）、側向壤中流出水口（5）、滲漏水出水口（6）；

每個出水口處都設有一個集流槽（7），集流槽（7）與自記翻斗計（21）相連接，以監測產流量；

其特征在于，利用人工模擬降雨裝置對土壤進行預降雨，結束后將土壤靜置于室內，當土壤水分狀況達到預設狀態時開始試驗，模擬坡地凍土凍結和融化過程的水分轉化時，首先將單向制冷裝置的制冷頂蓋（19）蓋在不銹鋼槽體（3）上方對土壤進行降溫，直至表層土壤溫度降到0℃以下形成設計厚度的凍土并且保持表層土壤的冷凍狀態，當形成預設深度的凍土后停止制冷，移開制冷頂蓋（19）并在土壤表面覆蓋10 cm厚的人工雪，同時將不銹鋼槽體（3）與電源連接使保溫層（2）正常工作，隨后打開單向光輻射加熱裝置按照設定的升溫速率對不銹鋼槽體（3）內的填裝物進行加熱升溫，直至覆雪與凍土完全消失后停止，以此研究坡地凍土融化過程中水分的轉化特征，模擬坡地降雨轉化時，按照試驗設計的降雨強度對不銹鋼槽體（3）內的土壤進行人工模擬降雨，實驗過程中，產生的地表徑流、側向壤中流和滲漏水將分別從地表徑流出水口（4）、側向壤中流出水口（5）和滲漏水出水口（6）流出，并經過個集流槽（7）和自記翻斗計（21）收集并記錄出流量，進而通過計算得到坡地凍土融化和雨雪的轉化特征。

2.根據權利要求1所述的研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗方法，其特征在于，所述支撐架包括一個用于支撐不銹鋼槽體（3）底部的底板和設置在底板左右兩端的支撐柱（1），左右兩側的支撐柱（1）之間通過定位桿連接固定，右側的支撐柱（1）的高度高于左側的支撐柱（1）高度，所述不銹鋼槽體（3）左側與左側的支撐柱（1）轉動連接，其右端與右側設有用于插入右側支撐柱（1）表面定位孔（10）中的插銷，所述定位孔（10）的數量設有若干個，且等間距分布在支撐柱（1）表面，這樣就可以通過插銷與定位孔（10）的配合來實現對不銹鋼槽體（3）傾斜角度進行鎖定。

3.根據權利要求1所述的研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗方法，其特征在于，所述人工模擬降雨部件包括設置在凍土凍融試驗槽上方的供水水管道（12），所述供水水管道（12）下側面設有若干個用于噴水的噴嘴（13），所述供水水管道（12）的一端連接水泵（11）的出水端，所述水泵（11）的進水端與水箱的出水端連接，所述供水水管道（12）上設有用于節流的閥門（14）。

4.根據權利要求1所述的研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗方法，其特征在于，所述單向制冷部件包括設置在凍土凍融試驗槽上方的蒸發器（20），蒸發器（20）的冷媒進口與制冷機組（18）冷媒出口連通，所述蒸發器（20）外側設有制冷頂蓋（19）。

5.根據權利要求1所述的研究坡地凍土融化和雨雪轉化特征的實驗方法，其特征在于，所述單向光輻射加熱部件包括設置在凍土凍融試驗槽上方的固定架，固定架上分布有若干個加熱燈（15），所述加熱燈（15）串聯有電源（17）和開關（16）。