專利名稱：一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及在季節性凍融地區研究降雨或融雪條件下水文過程-營養物運移規律的野外觀測的技術領域，尤其是涉及一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施。
背景技術：
徑流實驗場是定量研究流域或坡地水文過程和土壤侵蝕過程的關鍵科研設施和觀測手段，由此得到的基礎觀測資料對于小尺度水土流失規律的研究進而擴展到區域水土、流失的防治具有重要作用。徑流實驗場的修建受地形、氣候等條件的約束，因而不同地區徑流實驗場的設計方案也不盡相同。傳統的徑流實驗場設計中邊界、集流槽、集水箱采用混凝土材料，由于存在凍脹變形現象，很難滿足我國北方季節性凍融地區的使用條件，而其多空膠凝的結構又不可避免造成水分滲漏損失，使觀測數據誤差增加。傳統的徑流實驗場大多關注坡面徑流的觀測，而對滲透進入包氣帶后水的橫向遷移關注較少，有的實驗場在土壤剖面對側滲水進行了集總式收集，但缺乏必要的分層取樣處理，由于隨著土層深度增加土壤微結構的變化會影響到土壤水的運移過程，這就需要針對不同深度的土壤側滲水運移的研究進行區別對待。一般的徑流實驗場的觀測項目集中在降雨、地表產流、土壤侵蝕、徑流沖刷等，而很少涉及到土壤中營養物在水文過程驅動下的運移和流失。隨著我國生態農業的發展以及農業非點源污染狀況的持續惡化，在傳統徑流實驗場觀測實驗中增加農田景觀單元尺度營養物遷移規律的相關觀測項目勢在必行。
發明內容
本發明的目的在于設計一種新型的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，解決上述問題。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，包括至少一級坡面實驗場系統；每級所述坡面實驗場系統包括坡面實驗場、地表徑流及土壤側滲水收集裝置、分流池和集水箱；所述坡面實驗場的邊界上設有橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和左右兩列縱向圍墻，所述橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和所述左右兩列縱向圍墻閉合圍攏成實驗農田；所述橫向圍墻位于所述坡面實驗場的上緣，所述縱向圍墻沿所述坡面實驗場的坡面延伸至所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置；所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置與所述坡面實驗場的地表徑流流向垂直，設置于所述坡面實驗場的下緣，并且與所述坡面實驗場同寬；所述分流池和所述集水箱位于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的下坡向。所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置包括地表徑流集流槽和土壤側滲水收集槽，所述地表徑流集流槽經由地表徑流出流口和連接硬管與所述分流池和所述集水箱連通。
所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置多層設計，層數及每層深度根據實驗要求和現場條件設定，第一層為所述地表徑流集流槽，以下各層為所述土壤側滲水收集槽，所述土壤側滲水收集槽通過土壤側滲水出流口與承接容器連通。所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的層與層的連接采用卡扣設計，對土壤橫向和縱向凍脹起緩沖作用。所述橫向圍墻和所述縱向圍墻由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm ；所述分流池使用5孔分流設計，所述分流池與所述集水箱底部均安裝用于排水的球型閥門。所述分流池設置5個同高度同流量的分流孔，其中一個連通到所述集水箱，所述分流池內液面高于所述分流孔的下沿時，承接的地表徑流的1/5進入所述集水箱。
還包括底座，所述分流池和所述集水箱并排設置在所述底座上，所述分流池的墻壁、所述集水箱的墻壁和所述底座的內部均加設不同密度的起加固作用的鋼筋網，并且對土壤垂向凍脹作用起緩沖作用。所述底座中設置兩層鋼筋，所述兩層鋼筋網狀布置并設置分縫；所述分流池的墻壁和所述集水箱的墻壁中設置單層鋼筋網，內襯單層防水布。所述分流池和所述集水箱均設置蓋板，防止雨水或融雪混入。本發明涉及一種適用于季節性凍融地區研究降雨或融雪條件下水文過程-營養物運移規律的野外觀測徑流實驗場的設施，主要應用于在凍融循環存在的區域進行田間水文過程和營養物運移的觀測實驗。本發明針對傳統徑流實驗場存在的不足和問題，結合我國北方凍土區特殊的自然條件，提出一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，以實現在上述區域開展土壤流失、生態水文過程及營養物運移等研究工作。本發明的有益效果如下I.本發明提供了一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，同時滿足降雨和融雪條件下的水文過程、水土流失的野外觀測，可以有效抵抗土壤凍脹損害，保證實驗場的正常運行。2.本發明提供了一種分層收集土壤側滲水樣的裝置，層數及每層深度可根據實驗要求和現場條件進行設定，便于對壤中流進行實時觀測研究。3.本發明提供了一種研究農田尺度土壤營養物運移規律的有效手段，通過對地表徑流及土壤側滲水的收集，可以實現對表層土壤營養物溶出和次表層土壤營養物運移的觀測。
圖I為本發明的示意圖；圖2為圖I的A-A視圖；圖3為圖I的B局部放大圖；圖4為圖3的A-A視圖；圖5為圖3的B-B視圖6為本發明的配筋表。其中，I、邊界2、實驗農田3、地表徑流及土壤側滲水收集裝置4、分流池5、集水箱6、地表徑流出流口 7、分流池與集水箱連接硬管8、地表徑流集流槽9、土壤側滲水收集槽10、分流孔11、球型閥門12、土壤側滲水出流口 13、鋼筋網。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。 如圖I至圖5所示的一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，包括至少一級坡面實驗場系統；每級所述坡面實驗場系統包括坡面實驗場、地表徑流及土壤側滲水收集裝置、分流池和集水箱；所述坡面實驗場的邊界上設有橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和左右兩列縱向圍墻，所述橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和所述左右兩列縱向圍墻閉合圍攏成實驗農田；所述橫向圍墻位于所述坡面實驗場的上緣，所述縱向圍墻沿所述坡面實驗場的坡面延伸至所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置；所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置與所述坡面實驗場的地表徑流流向垂直，設置于所述坡面實驗場的下緣，并且與所述坡面實驗場同寬；所述分流池和所述集水箱位于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的下坡向；所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置包括地表徑流集流槽和土壤側滲水收集槽，所述地表徑流集流槽經由地表徑流出流口和連接硬管與所述分流池和所述集水箱連通；所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置多層設計，層數及每層深度根據實驗要求和現場條件設定，第一層為所述地表徑流集流槽，以下各層為所述土壤側滲水收集槽，所述土壤側滲水收集槽通過土壤側滲水出流口與承接容器連通。在更加優選的實施例中，所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的層與層的連接采用卡扣設計，對土壤橫向和縱向凍脹起緩沖作用；所述橫向圍墻和所述縱向圍墻由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm ;所述分流池使用5孔分流設計，所述分流池與所述集水箱底部均安裝用于排水的球型閥門；所述分流池設置5個同高度同流量的分流孔，其中一個連通到所述集水箱，所述分流池內液面高于所述分流孔的下沿時，承接的地表徑流的1/5進入所述集水箱。在更加優選的實施例中，所述適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施還包括底座，所述分流池和所述集水箱并排設置在所述底座上，所述分流池的墻壁、所述集水箱的墻壁和所述底座的內部均加設不同密度的起加固作用的鋼筋網，并且對土壤垂向凍脹作用起緩沖作用；所述底座中設置兩層鋼筋，所述兩層鋼筋網狀布置并設置分縫；所述分流池的墻壁和所述集水箱的墻壁中設置單層鋼筋網，內襯單層防水布；所述分流池和所述集水箱均設置蓋板，防止雨水或融雪混入。詳細說如圖I所示，一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，主要由實驗場邊界、地表徑流及土壤側滲水收集裝置、分流池、集水箱組成。其中邊界由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cm，橫向圍墻位于坡面上緣，縱向圍墻沿實驗場坡面延伸至地表徑流及土壤側滲水收集裝置，相鄰實驗場圍墻順坡度呈階梯狀；地表徑流及土壤側滲水收集裝置與地表徑流流向垂直，設置于坡面下緣，與實驗場同寬，多層設計，地表徑流集流槽經由出流口和硬管與分流池和集水箱連接；分流池與集水箱位于地表徑流及土壤側滲水收集裝置的下坡向，并排設置，分流池使用5孔分流設計，分流池與集水箱底部均安裝球型閥門用于排水。如圖2所示，地表徑流及土壤側滲水收集裝置多層設計，層數及每層深度可根據實驗要求和現場條件設定，第一層為地表徑流集流槽，通過出流口與分流池、集水箱連接，以下多層為土壤側滲水收集裝置，通過出流口與承接容器連接，地表徑流及土壤側滲水收集裝置層與層的連接采用卡扣設計，對土壤橫向和縱向凍脹起緩沖作用。如圖3、4、5、6所示，分流池和集水箱容器壁均加筋處理，底座兩層鋼筋網狀布置并設置分縫，墻體單層鋼筋網，內襯單層防水布，分流池和集水箱均設置木質蓋板，防止雨水或融雪混入。
以上通過具體的和優選的實施例詳細的描述了本發明，但本領域技術人員應該明白，本發明并不局限于以上所述實施例，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于，包括至少一級坡面實驗場系統； 每級所述坡面實驗場系統包括坡面實驗場、地表徑流及土壤側滲水收集裝置、分流池和集水箱；所述坡面實驗場的邊界上設有橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和左右兩列縱向圍墻，所述橫向圍墻、所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置和所述左右兩列縱向圍墻閉合圍攏成實驗農田；所述橫向圍墻位于所述坡面實驗場的上緣，所述縱向圍墻沿所述坡面實驗場的坡面延伸至所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置；所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置與所述坡面實驗場的地表徑流流向垂直，設置于所述坡面實驗場的下緣，并且與所述坡面實驗場同寬；所述分流池和所述集水箱位于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的下坡向。
2.根據權利要求I所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置包括地表徑流集流槽和土壤側滲水收集槽，所述地表徑流集流槽經由地表徑流出流口和連接硬管與所述分流池和所述集水箱連通。
3.根據權利要求2所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置多層設計，層數及每層深度根據實驗要求和現場條件設定，第一層為所述地表徑流集流槽，以下各層為所述土壤側滲水收集槽，所述土壤側滲水收集槽通過土壤側滲水出流口與承接容器連通。
4.根據權利要求3所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述地表徑流及土壤側滲水收集裝置的層與層的連接采用卡扣設計，對土壤橫向和縱向凍脹起緩沖作用。
5.根據權利要求I所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述橫向圍墻和所述縱向圍墻由加筋C25混凝土修筑，地上部分20cm，地下部分30cmo
6.根據權利要求I所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述分流池使用5孔分流設計，所述分流池與所述集水箱底部均安裝用于排水的球型閥門。
7.根據權利要求6所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述分流池設置5個同高度同流量的分流孔，其中一個連通到所述集水箱，所述分流池內液面高于所述分流孔的下沿時，承接的地表徑流的1/5進入所述集水箱。
8.根據權利要求I所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于還包括底座，所述分流池和所述集水箱并排設置在所述底座上，所述分流池的墻壁、所述集水箱的墻壁和所述底座的內部均加設不同密度的起加固作用的鋼筋網，并且對土壤垂向凍脹作用起緩沖作用。
9.根據權利要求8所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述底座中設置兩層鋼筋，所述兩層鋼筋網狀布置并設置分縫；所述分流池的墻壁和所述集水箱的墻壁中設置單層鋼筋網，內襯單層防水布。
10.根據權利要求I所述的適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，其特征在于所述分流池和所述集水箱均設置蓋板，防止雨水或融雪混入。
全文摘要
一種適用于季節性凍融地區野外觀測徑流實驗場的設施，坡面實驗場的邊界上設有橫向圍墻、地表徑流及土壤側滲水收集裝置和左右兩列縱向圍墻，橫向圍墻、地表徑流及土壤側滲水收集裝置和左右兩列縱向圍墻閉合圍攏成實驗農田；橫向圍墻位于坡面實驗場的上緣，縱向圍墻沿坡面實驗場的坡面延伸至地表徑流及土壤側滲水收集裝置；地表徑流及土壤側滲水收集裝置與坡面實驗場的地表徑流流向垂直，設置于坡面實驗場的下緣，并且與坡面實驗場同寬；分流池和集水箱位于地表徑流及土壤側滲水收集裝置的下坡向。本發明同時滿足降雨和融雪條件下的水文過程、水土流失的野外觀測，可以有效抵抗土壤凍脹損害，保證實驗場的正常運行。
文檔編號G01N33/24GK102680661SQ201210126668
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者丁兆亮, 王東利, 程紅光, 蒲曉, 路路, 郝芳華 申請人:程紅光