[发明专利]一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及坡面降水深层入渗过程的发生点及定量观测，具体的说是一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置及方法。

背景技术

土壤水分深层入渗数量是开展土壤水分平衡研究、降雨对地下水补充过程研究、坡面水土保持研究等方面的必不可少的重要数量参数。土壤水分深层渗漏量获得方式多年来一直未能明确，主要采用数学模型模拟方式、土壤水分含量变化过程、土壤水势差值等方式进行估算，所获得数值变化较大，通用性不足，仅可进行自我比较分析。坡面土壤水分入渗量直接观测方法以为只是在某个固定点开展过独立观测，缺乏对整个坡面的系统性观测方法，本方法的提出，可以系统的开展坡面土壤水分深层入渗过程的详细观测研究，可以获得不同坡度、不同土壤质地、不同降雨特征条件下的不同土壤深度截面的深层水分入渗数量和特征，为相关研究工作提供了一个新的手段。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，获得坡面不同位置的壤中水分入渗发生时间和数量。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，包括：

坡面土体观测单元，为上下开口的箱体，所述箱体内回填不同质地的土壤样品并且土壤坡面角度可变；

深层土壤集水单元，设置在坡面土体观测单元内的土壤中，为多个从坡顶到坡底依次相邻放置的集水容器，所述每个集水容器距离坡面的高度一致，所述集水容器上端为开放结构、下底板中央设置出水口连接出水管，所述出水管穿过坡面土体观测单元的箱体至所述坡面土体观测单元侧面的观测沟内，所述观测沟用于统一收集所有集水容器经出水管流出的水分；

降雨模拟单元，包括供水管线和依次设置在供水管线上的水泵、过滤器、减压阀、球阀、喷头；所述水泵将地下水抽出至供水管线内；所述过滤器用于滤出地下水中的杂质；所述减压阀用于调整喷头出水压力；所述球阀用于控制模拟降雨时的喷头开关；所述喷头为多个且布置在深层土壤集水单元上方，所述每个喷头距离坡面土体观测单元内的土壤坡面高度一致。

所述箱体为铁板制成。

所述坡面土体观测单元的箱体由隔板围成，所述隔板高度为3m。

所述深层土壤集水单元的深度设置在1.5-2.5m之间，收集地表下1.5-2.5m深度土壤截面的水分入渗数量。

所述集水容器设置在坡面土体观测单元内的中央线上。

所述集水容器为正方形或圆形筒体。

所述降雨模拟单元的供水管线直径为16mm；所述喷头距坡面土体观测单元内的土壤坡面距离为0.7-1.5m；喷头间距为1.2m。

一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测方法，包括以下步骤：

步骤1：观测之前调整坡面土体观测单元内的土壤含水量；

步骤2：调节降雨模拟单元的球阀、减压阀，设置不同的降雨量、雨强参数，降水后开始水分入渗观测；

步骤3：记录各个集水容器的初始出水时间，并定期记录出水数量，最终获得坡面不同部位在相应土壤深度截面的水分入渗数量和发生时间。

所述步骤1包括：将试验土壤进行饱和灌溉，当集水容器内有水流出时停止浇水，等到出水管不再有水流出时记录时间，以保持土壤维持在最大持水量水平。

通过调节减压阀使得所述喷头工作压力为0.25-0.3Mpa，单个喷头雨强为36.18-37.74mm/h。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.使用本发明的观测装置及方法可以直接观测到不同坡度、不同土壤质地、不同降雨特征条件下的坡面土壤深层水分入渗数量及发生时间。

2.使用本发明的观测装置及方法的观测结果较少受到环境因子的影响。

3.本发明的观测装置经济实用，价格便宜，便于大量应用。

附图说明

图1为本发明中模拟装置侧向剖面示意图；

图2为本发明中模拟装置纵向剖面示意图；

图3为本发明中模拟装置平面示意图示意图；

图4为本发明中模拟装置降雨模拟单元安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-3所示，本发明的一种坡面降雨深层入渗特征的模拟观测装置，包括：坡面土体观测单元、深层土壤集水单元、降雨模拟单元。

坡面土体观测单元：采用4mm铁板制作观测坡面土体的四周隔板，上下面不封闭，四周封闭，箱体水平投影的宽度为3米，隔板高3米，坡面长度根据试验需求可设置不同规格，并可形成不同坡度。箱体内可根据试验要求回填不同质地的土壤样品。