一種便捷式實時監測水土流失模擬試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水土流失模擬降雨試驗方法，尤其涉及一種便捷式實時監測水土流失模擬試驗方法。
【背景技術】
[0002]水土流失是我國嚴重的生態問題。《2010年中國環境狀況公報》顯示，我國水土流失面積已經占到國土總面積的37.2%，達356.92萬km2。隨著國家對水土流失治理的重視，我國在水土流失的主要地區設置了典型監測點觀測水土流失狀況，積累了大量的觀測數據，這對開展水土流失綜合防治提供了很大的支持。在20世紀中期之前，對土壤侵蝕的研究多依賴于天然降雨，由于天然降雨觀測所需的時間很長，且各種因素難以人為控制，給數據的采集和分析帶來了一定的難度，遠遠不能滿足需要。
[0003]為此，國內外先后建立了土壤侵蝕、徑流匯集、滑坡侵蝕等各種人工模擬降雨實驗室，以彌補野外實驗之不足。其優點:(1)可以模擬不同強度的天然降雨，甚至幾百年一遇的特大暴雨也可以在實驗室內再現，大大縮短了試驗周期。(2)可以使用現代化測試儀表，用水也不存在問題，因而試驗水平較高，可以取得高質量的實驗資料。(3)可以嚴格控制實驗條件，對于觀測研究土壤侵蝕的發生演變過程以及與各個影響因素之間的內在機理，有很大的優越性。
[0004]現有的水土流失模擬試驗裝置有很多種，但是還有諸多缺點，如:(1)模擬降雨裝置各部分體積大、笨重且采用固定連接，給使用及搬運帶來不便；(2)模擬降雨過程中，降雨的均勻性以及穩定性得不到滿足；(3)水土流失試驗中往往得到的徑流量只是最終結果，不能實時地反映徑流量。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的上述不足，本發明提供了一種便捷式實時監測水土流失模擬試驗方法，該試驗方法實現坡面水土流失室內模擬與測量，試驗雨強、土槽坡度易于調節，方法簡單可靠，數據精確、實時測定儲存數據。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案:
一種便捷式實時監測水土流失模擬試驗方法，在該方法中采用一種試驗裝置，該試驗裝置包括降雨系統、土槽裝置和徑流數據實時采集系統；
所述降雨系統包括儲水箱、供水管、水栗、流量計、水箱支架、降雨水箱、水滴發生器和液面指示管；所述降雨水箱設置在水箱支架的頂部，所述降雨水箱為密封箱體，降雨水箱上設置進水孔，降雨水箱的頂部設置排氣孔，排氣孔上設置密封螺帽，所述降雨水箱的底部均布設置若干個水滴發生器；儲水箱的出水口通過供水管與水栗的進水口連接，所述水栗的出水口通過供水管與流量計的進水口連接，所述流量計的出水口通過供水管與降雨水箱的進水孔連接；所述液面指示管豎直設置在降雨水箱外，液面指示管的底部與降雨水箱的底部通過管路連通； 所述土槽裝置包括滾輪、支座、土槽、坡度指示表和起升裝置；所述滾輪設在支座的底部，所述土槽的一端與支座的一端鉸接，所述起升裝置包括升降螺桿和螺母，所述升降螺桿的底端與支座的另一端可轉動配合，所述螺母旋套在升降螺桿上，所述螺母與土槽的另一端外壁可轉動連接，所述坡度指示表設置在土槽的外壁上并靠近土槽的另一端；
徑流數據實時采集系統包括收集管、徑流桶、電子秤和具有內置數據記錄軟件的筆記本電腦；所述收集管設置在土槽上，收集管的最低端位于徑流桶的上方，所述徑流桶放置在電子秤上，所述電子秤通過數據線與筆記本電腦連接；
該方法包括如下步驟:
1)首先打開水栗，擰開降雨水箱上的密封螺帽，向降雨水箱中注水，通過液面指示管觀察降雨水箱中的液面高度，降雨水箱下部雨強進行測量，對液面高度與雨強之間的關系進行標定；
2)根據試驗要求，在土槽內填裝土壤，控制填裝土壤的含水率、粒徑分布和密度，分層壓實、每次填裝壓實5cm，每層填裝完成后，將土層表面拉毛，再進行下一層的填裝；
3)根據試驗要求的土槽坡度，旋轉升降螺桿，通過坡度指示表觀察土槽所處的坡度，緩慢調節土槽的坡度，坡度調節好后，用塑料膜覆蓋在土樣表面等試驗開始再將塑料膜掀開；
4)將土槽裝置移至水滴發生器的正下方，試驗降雨區域，將徑流數據實時采集系統放在土槽的旁邊，對電子秤進行清零，設置好電子秤的采樣參數；
5)再次打開水栗，擰開密封螺帽，調節流量計使液面高度達到試驗要求雨強對應的液面高度，雨強穩定后掀開塑料膜開始試驗，并且開始計時記錄產流時間；
6)試驗過程中，密切注視液面指示管，發現液面不在指定位置時及時調節流量計使液面回到指定位置，還應注意儲水箱中水量是否足夠；
7)試驗完成后，重新蓋上塑料膜，關閉水栗和流量計，并擰上密封螺帽，保存筆記本電腦中實時產流數據；
8 )將徑流桶中濁液靜置4小時，濁液分層后，用吸管將上層的清液吸出，將剩下的濁液放入烘箱中，設置烘箱的溫度105°C，烘干8h后取出稱量得到總產沙量。
[0007]與現有技術相比，本發明具有如下技術效果:
1、結構簡單，拆裝方便，并且成本不高。
[0008]2、通過液面指示管和流量計控制降雨強度穩定，均勻布置的雨滴發生器使得降雨均勻。
[0009]3、土槽升降設置簡單有效，可以手動調節坡度大小并且坡度指示表可實時顯示土槽坡度。
[0010]4、可以實時顯示徑流產生量并且可以按照試驗要求設置采集頻率進而將數據存儲在筆記本電腦中。
【附圖說明】
[0011]圖1為一種便捷式實時監測水土流失模擬試驗裝置的結構示意圖。
[0012]附圖中:1 一儲水箱；2—供水管；3—水栗；4一流量計；5—進水孔；6—排氣孔；7—密封螺帽；8—降雨水箱；9 一水滴發生器；10—升降螺桿；11 一支座；12—土槽；13—收集管；14 一徑流桶；15—電子秤；16—筆記本電腦；17—水箱支架；18—液面指不管；19一滾輪；20—坡度指不表；21—螺母。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0014]—種便捷式實時監測水土流失模擬試驗方法，在該方法中采用一種試驗裝置，該試驗裝置包括降雨系統、土槽裝置和徑流數據實時采集系統，如圖1所示。
[0015]降雨系統包括儲水箱1、供水管2、水栗3、流量計4、水箱支架17、降雨水箱8、水滴發生器9和液面指示管18。降雨水箱8設置在水箱支架17的頂部，降雨水箱8為密封箱體，降雨水箱8的長寬尺寸按照試驗降雨面積要求設計，高度一般可控制在15-20cm，降雨水箱8上設置進水孔5，降雨水箱8的頂部設置排氣孔6，排氣孔6上設置密封螺帽7，降雨水箱8的底部均布設置若干個水滴發生器9 (在本實施中，降雨水箱8的底面設有降水孔，呈矩陣形式布置，孔間間距為3cm，孔外接雨滴發生器9)。液面指示管18上標有刻度，可實時顯示降雨水箱8內的水位，試驗過程中降雨水箱8上的排氣孔6敞開，試驗結束時關閉水栗3，并且擰上密封螺帽7使得降雨停止。儲水箱1的出水口通過供水管2與水栗3的進水口連接，水栗3的出水口通過供水管2與流量計4的進水口連接，流量計4的出水口通過供水管2與降雨水箱8的進水孔5連接；液面指示管18豎直設置在降雨水箱8外，液面指示管18的底部與降雨水箱8的底部通過管路連通。通過水栗3把儲水箱1中的水輸送到降雨水箱8中，液面指示管18實時反映降雨水箱8內的水位，由流量計4控制流量的大小。
[0016]土槽裝置包括滾輪19、支座11、土槽12、坡度指示表20和起升裝置。滾輪19設在支座11的底部，在本實施例中，支座11四周支腳安裝滾輪19，可以移動。土槽12的一端與支座11的一端鉸接，起升裝置包括升降螺桿10和螺母21，升降螺桿10的底端與支座11的另一端可轉動配合，螺母21旋套在升降螺桿10上，螺母21與土槽12的另一端外壁可轉動連接(在本實施例中，可在螺母21的兩側一體設置銷軸，在土槽12的另一端外壁上設置兩個支撐座，支撐座上設置通孔，螺母