[发明专利]一种模拟薄层径流的装置

说明书

技术领域

本发明属于环境科研领域的一种实验装置，具体涉及一种模拟薄层径流的装置。

背景技术

水土流失是全球性的重大生态环境问题，坡地耕作是造成水土流失的重要原因。坡面侵蚀其实质是土壤的分离与搬运。其主要动力是降雨和径流。由于降雨的搬运能力有限，侵蚀泥沙主要由径流搬运流出坡面，因此，径流的侵蚀搬运作用对坡面侵蚀过程至关重要。根据径流是否汇聚成股流，坡面径流可以分为薄层径流和细沟流。尽管薄层径流造成的侵蚀通常较小，但由于薄层径流分布面积大，搬运的泥沙却是坡面侵蚀的主要部分，因此对薄层径流进行模拟是研究薄层径流侵蚀和搬运规律的基础。

目前坡面水蚀过程研究中常采用两种办法模拟薄层径流。一种是利用人工模拟降雨在坡面加透水网垫覆盖消除雨滴打击作用模拟径流；第二种是直接模拟径流。第一种能够较好的模拟降雨产生的径流侵蚀，但操作性差，且透水覆盖一般很难完全消除降雨对地面的打击作用，同时不易模拟较大流量的径流侵蚀；第二种方法简单易行，常被用来研究径流侵蚀动力过程和特征，如实验室常用的水槽放水侵蚀实验。但在模拟薄层径流时，难以实现径流的均匀，无法达到模拟效果。特别是当需要模拟的径流较宽时，径流往往形成局部均匀，整体不均匀的情况。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种产生不同流量的均匀薄层径流的装置，其关键是薄层径流在一定的宽度上都能够比较均匀。

本发明是这样实现的：

一种模拟薄层径流的装置，所述的装置由消能室、稳流室、片流槽及出流槽组成，消能室有前后两个挡板，消能室与稳流室通过消能室前挡板隔开，稳流室与片流槽通过稳流室前挡板隔开，片流槽与出流槽之间有一个分流板，消能室前挡板底部与消能室池底有一个缝隙，稳流室前挡板上有出水孔，出水孔按梅花形间插均匀分布在稳流室前挡板上，片流槽的长度不超过20cm。

更进一步的方案是：所述的片流槽长度为15cm。

更进一步的方案是：所述的出水孔直径为5mm，出水孔的中心间距为15mm。

更进一步的方案是：所述的分流板上有并排连接在一起的半圆形分流孔。

更进一步的方案是：所述的分流孔直径为5mm。

本发明设计了一种模拟薄层径流的装置，该装置能够容纳一定的径流，并使径流经过该装置后成为在一定宽度下均匀的薄层径流。该装置可以直接通过管道连接水源。装置改变进入径流成为均匀薄层径流，并保证流量与进入的流量相同，因此通过控制入水的流量，该装置可以产生不同流量的均匀薄层径流。径流首先进入该装置的消能室，由于消能室四周均被挡板拦住，只能通过狭窄的消能室前挡板下部的缝隙流出，因此径流的动能基本被吸收，避免了径流的冲击造成薄层径流的不均匀。径流在消能室一边不断蓄积导致水面上升，一边通过缝隙缓慢进入稳流室，在这里径流得到进一步稳定。稳流室前挡板上开有均匀的出水孔，出水孔的直径为5mm，并按梅花形间插分布在稳流室前挡板上，孔的中心间距为15mm，径流通过稳流室后将初步均匀化，从稳流室流出的径流在片流槽经过一段距离的加速，成为薄层径流。片流槽的长度不能太大，否则会产生径流的汇聚，影响其均匀性，根据反复测试，当片流槽长度在20cm以下，一般不会发生径流汇聚，尤其是当片流槽的长度为15cm时，径流分布十分均匀。薄层径流到达分流板，通过分流板的分流孔进行再次分流，实现二次均匀化，最后产生均匀薄层径流进入实验土槽。

通过本发明，能够模拟出具有一定宽度的均匀薄层径流，同时可以根据试验需要，在一定范围内实现径流流量的调节，从而为研究薄层径流的侵蚀和搬运过程，构建坡面侵蚀土壤物理模型提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明纵剖面图；

图3为稳流室的出水板结构示意图；

图4为分流板横截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如附图1、2、3所示，一种模拟薄层径流的装置，由消能室1、稳流室2、片流槽3及出流槽4组成，所述的消能室、稳流室、片流槽及出流槽宽度相同；消能室有消能室前挡板6和消能室后挡板5，消能室1与稳流室2通过消能室前挡板6隔开，稳流室2与片流槽3通过稳流室前挡板7隔开，片流槽3与出流槽4之间有一个分流板8，消能室前挡板底部与消能室池底有一个缝隙，稳流室前挡板上有出水孔9，出水孔按梅花形间插均匀分布在稳流室前挡板上，片流槽的长度为15cm，片流槽长度为15cm，出水孔直径为5mm，出水孔的中心间距为15mm。

如附图4所示，在分流板上有并排连接在一起的半圆形分流孔10，分流孔直径为5mm。