[发明专利]含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置及实验方法

说明书

本发明公开了含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置，主要包括箱体，箱体顶面为斜坡，坡面倾斜度30度，箱体的两端面以及底板和一侧面为水泥外墙，两端面分别位于顶面斜坡的上下端，另外一侧面为玻璃观测墙；箱体从最高一端到最低一端依次分段，每段的深度依次逐渐加大；箱体每段的最低处底部留有出水口，出水口设设有出流液收集器；箱体内每段设有回填土层；每段的回填土层内设有土壤水分探头和土壤溶液采集器；回填土层表面种植有地表植被，玻璃观测墙外依次设有高清照相机。

技术领域

本发明涉及土壤坡面水文技术领域，特别是含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置及实验方法。

背景技术

在多年植被覆盖的坡面，植物根孔是形成土壤优先流通道的主要生物因素，石砾分布和形态的强空间异质性增加土壤水运动过程的复杂性。传统土壤水文学研究的范式对根石结构的影响研究尚不足，但含根石岩土体水分运动过程复杂，是影响山区溶质运移和生态环境的主要过程。因此，研究含根石土体的水分运动尤其是优先流成为森林土壤水文学研究的重点和难点。与此同时，在降雨充沛山区，尤其是我国西南山区，高植被覆盖区域也是山地灾害(如泥石流、滑坡等)高发区。植物根系对松散岩土体的水分入渗、优先流发生及饱和带形成的影响，对这些自然灾害的发生发展至关重要。因此，要突破高植被盖度山地水文过程研究的瓶颈，需要在充分认识含根石土体水分运动特点尤其是及优先流形成机制的基础上，发展精细刻画山区岩土体水分运移过程的新方法体系，也为山地土壤水文过程研究提供物理模型和研究思路与方法。

发明内容

本发明专利的目的在于为含根石土体水分运动尤其是优先流研究提供经济可行、设计科学合理的野外大型水文物理模型和试验方法与步骤，实验数据可为山地水文过程研究和山地生态水文模型提供参考。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

含根石结构的岩土体坡面水分运动模拟装置，主要包括箱体，

箱体顶面为斜坡，坡面倾斜度30度，箱体的两端面以及底板和一侧面为水泥外墙，两端面分别位于顶面斜坡的上下端，另外一侧面为玻璃观测墙；

箱体从最高一端到最低一端依次分段，每段的深度依次逐渐加大；箱体每段的最低处底部留有出水口，出水口设设有出流液收集器；

箱体内每段设有回填土层；每段的回填土层内设有土壤水分探头和土壤溶液采集器；回填土层表面种植有地表植被，玻璃观测墙外依次设有高清照相机。

每段的回填土层两端的上、中、下三个不同深度均安装土壤水分探头和土壤溶液采集器。

该装置可以使用的模拟实验方法有以下几种：

坡面水分运动的降雨事件响应模拟实验，实验步骤包括：

1)按5mm/h降雨量进行人工降雨事件模拟；

2)试验中，用安装的土壤水分探头自动监测各土层含水量；

3)收集各土层出流液；

4)分别绘制随降雨事件，坡面岩土体水分动态变化图和各层出流液动态图；

5)按照以上步骤可分别进行20mm/h、50mm/h降雨量条件下的坡面水分运动过程研究。

(2)结合示踪实验进行斜坡体内大孔隙优先流模拟实验，实验步骤包括：

1)在坡面顶部20cm位置设置宽度为10cm、长度同土槽宽度的示踪剂投放区，用宽10cm钢板做边界隔离，钢板插入地表5cm；