[发明专利]一种水均衡综合实验教学观测装置

说明书

本发明公开了一种水均衡综合实验教学观测装置，包括工作台、水均衡试验箱、模拟降雨系统、坡面流系统和汇流系统，坡面流系统包括坡面槽、坡面槽填充层、坡面覆被材料以及驱动装置，坡面槽的前段底部设有出流口；驱动装置用以调节坡面槽的倾斜角度；汇流系统包括地下水集水槽、坡面流集水槽以及总集水槽。本发明的水均衡综合实验教学观测装置通过降雨模拟系统、可变角度的坡面流系统、可控流量的汇流系统等的协同，实现“降雨‑入渗‑地表径流‑地下径流”的全过程模拟，使学习者能够自己动手改变不同降雨、下垫面和土壤条件，模拟降雨‑产汇流过程，通过实测每个过程的水量，分析各个过程的均衡项，从而达到教学目的。

技术领域

本发明涉及实验教学观测装置技术领域，特别地，涉及一种水均衡综合实验教学观测装置。

背景技术

水量平衡是物质不灭定律在水文学中的具体应用，是定量研究水文现象的基本工具。应用水量平衡原理可对水文循环建立定量概念，从而了解各循环要素如江水、蒸发、径流、下渗之间的定量关系。降雨后，一部分水渗入土壤，一部分水沿地面流走。下渗水量的多少直接影响着径流量的大小，同时也决定着地表径流量和地下径流量的比例。下渗主要受降雨强度、下渗能力、地形坡度等有关，而下渗能力又与初始土壤含水率、土壤质地、结构有关。如何让学生深刻理解降雨-入渗-产流全过程，同时能够运用水均衡理论去对该过程进行计算分析，这是《水文学原理》的教学难点。目前，很多有条件的高校建立了野外水文试验场，但是对于大部分高校来说还不具备这种条件。

发明专利申请201711268706.6公开了一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法，模拟观测装置包括：可以设置不同坡度和土壤质地的坡面土体观测单元、可以收集特定深度坡面的土壤水深层渗漏的深层土壤集水单元、可以模拟不同降雨量和雨强的降雨模拟单元。方法为：建立坡面土体观测单元，单元内安装深层土壤集水单元，并利用降雨模拟单元设置不同特征的降雨事件，通过测定集水单元内的水量发生特征，包括水量和发生时间，明确不同降雨条件下，不同土壤质地、不同坡面角度、坡面特定深度的土壤水分深层渗漏数量特征，为坡面环境土壤水分平衡分析提供试验依据。但是该专利申请的模拟观测装置仅是对坡面降雨深层入渗特征的模拟，未达到“水均衡实验”教学的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水均衡综合实验教学观测装置，以解决背景技术中提出的问题，本装置能够实现对整个水文循环的模拟与水量监测。

为实现上述目的，本发明提供了一种水均衡综合实验教学观测装置，包括水均衡试验箱、模拟降雨系统、坡面流系统和汇流系统，所述水均衡试验箱为顶部开口的中空结构，所述坡面流系统包括倾斜设置在所述水均衡试验箱内的坡面槽、设置在所述坡面槽内的坡面槽填充层、覆盖在所述坡面槽填充层上的坡面覆被材料以及用于调节所述坡面槽倾斜角度的驱动装置，所述坡面槽的后端通过铰接轴铰接在所述水均衡试验箱的内侧壁上，所述坡面槽的前端向下倾斜，所述坡面槽的前端底部设有出流口；所述驱动装置设置在所述坡面槽的前端下方，用以对所述坡面槽的倾斜角度进行调节；所述模拟降雨系统包括设置于所述水均衡试验箱顶部开口上方的多个降雨喷头，多个所述降雨喷头的喷水范围能够完全覆盖所述坡面槽在水平方向上的投影；所述汇流系统包括与所述出流口相对应的用于收集先后流经坡面覆被材料和坡面槽填充层的水流的地下水集水槽、用于收集流经坡面覆被材料而不向下流动至坡面槽填充层内的水流的坡面流集水槽以及用于汇总地下水集水槽和坡面流集水槽中水流的总集水槽，所述地下水集水槽和坡面流集水槽的出水口通过出水管道连接后再与所述总集水槽的进水口相连通，所述地下水集水槽和坡面流集水槽的出水管道上以及所述总集水槽的出水管道和进水管道上这四个位置共设有至少两个流量计。

优选的，所述坡面槽填充层由壤土、砂土以及粘土中的一种或多种压制而成，以模拟不同含水层介质。

优选的，所述坡面覆被材料为由动物皮革或有孔透水泡沫压成的含有沟渠系统的三维地貌模型。