[实用新型]一种“二元”结构孔隙流的模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及孔隙流模拟装置领域，具体涉及一种“二元”结构孔隙流的模拟装置。

背景技术

大孔隙流的研究是目前土壤水运动机理的研究热点，标志着土壤物理学研究由均质走向非均质领域。大孔隙流是一种优先流，土壤大孔隙中的水流可以绕过周围大部分土壤基质并且短时间内到达土壤深层，产生大孔隙流，此时的非均质流不再符合达西定律，土壤水分的流速和流量远大于达西定律描述下的运动特性。

在青藏高原区域，土壤往往由大块卵砾石和沙土组成，而这种土壤类型易形成土壤大孔隙，这也是导致高原区洪水频发的根本原因，因此对于青藏高原区土壤的模拟为青藏高原区易形成洪水的原因提供理论支撑。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的“二元”结构孔隙流的模拟装置提供了对青藏高原区易形成洪水的原因的理论支撑。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种“二元”结构孔隙流的模拟装置，其包括透明箱、设置在透明箱正上方的人工模拟降雨器，设置在透明箱旁的高速摄像机，以及设置在透明箱内的“二元”结构土柱。

进一步地，“二元”结构土柱包括填充在透明箱底部的破碎基岩层，破碎基岩层上的砂砾层，以及砂砾层上的植被土壤层。

进一步地，透明箱为1x1x1.5m的有机玻璃箱，透明箱的上端无盖，箱底设置有排水孔。

进一步地，破碎基岩层的填充厚度为48-52cm。

进一步地，砂砾层的填充厚度为28-32cm。

进一步地，植被土壤层的填充厚度为18-22cm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型可以模拟青藏高原区域的土壤分层结构，利用染色示踪与剖面图像解译相结合的方法，探讨“二元”土壤结构空隙中的水流运动模式，为青藏高原区易形成洪水的原因提供理论支撑。与现有技术相比，本实用新型结构简单，便于操作，可实现“二元”土壤结构空隙中的水流运动的全过程实时动态观测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为透明箱的剖视图。

其中：1、透明箱；11、植被土壤层；12、砂砾层；13、破碎基岩层；2、人工模拟降雨器；3、高速摄像机。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，该“二元”结构孔隙流的模拟装置包括透明箱1、设置在透明箱1正上方的人工模拟降雨器2，以及设置在透明箱1旁的高速摄像机3；透明箱1设置成1x1x1.5m的有机玻璃箱，透明箱1的上端无盖，箱底设置有排水孔，透明箱1的底部填充有破碎岩石并形成破碎基岩层13，破碎基岩层13的填充厚度为48-52cm，且优先设置为50cm；破碎基岩层13上填充有砂砾并形成砂砾层12，砂砾层12的填充厚度为28-32cm，且优先设置为30cm；砂砾层12上填充有土壤并形成植被土壤层11，植被土壤层11的填充厚度为18-22cm，优先设置为20cm，其土壤采用青藏高原野外原状土。

在具体实施过程中，人工降雨模拟器2的有效降雨面积不小于2x2m，其雨强连续变化范围为20-150mm/h，人工模拟降雨器2设置在透明箱1的正上方，与有机玻璃1保持5m左右的间距（可根据实际需要调节）。

高速摄像机3设置在透明箱1的侧面，并保证高速摄像机3能同时摄录植被土壤层11、砂砾层12和破碎基岩层13。

本实用新型在使用时，先将人工降雨模拟器2所喷洒的液体使用染色剂染色（染色剂可以选用亮蓝、罗丹明B、荧光素、亚甲基蓝或碘离子等），当染色后的溶液均匀喷洒在透明箱1内，溶液将下渗，下渗的同时会对植被土壤层11、砂砾层12和破碎基岩层13进行染色，并在透明箱1的边缘显示出颜色变化，高速摄像机3将该颜色的变化过程拍摄下来，并利用电脑技术和图像分析技术确定空隙中水流的运动模式，进而模拟青藏高原地区土壤中雨水的运动模式。

综上所述，本实用新型可以模拟青藏高原区域的土壤分层结构，探讨“二元”土壤结构空隙中的水流运动模式，为青藏高原区域易形成洪水的原因提供理论支撑。本实用新型结构简单，便于操作，可实现“二元”土壤结构空隙中的水流运动的全过程实时动态观测。