[发明专利]一种坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟装置和模拟方法

说明书

本发明提供一种坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀模拟装置和模拟方法，通过在侵蚀槽外侧设置能够持续供水的供水单元，供水单元每隔预设距离设有供水管，供水管下端与渗水单元连接处的高度高于侵蚀槽底面，水源经输水管并通过供水管持续给侵蚀槽供水，侵蚀槽内铺设供试土壤至高度与供水管的上端接口高度齐平，通过检测供试土壤表面是否有水渗出来调节供水单元高度和流量，保持稳定的供水流量并调节侵蚀槽的升降调节单元使侵蚀槽与水平方向处于预设的夹角，进行坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟试验；从而在土壤侵蚀试验中，不仅能模拟预设角度的坡面，还能保持坡面土壤持续饱和渗水状态，达到了较好地坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟试验的效果。

技术领域

本发明涉及土壤侵蚀技术领域，更具体地，涉及一种坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟装置和模拟方法。

背景技术

土壤侵蚀是土壤在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程；根据外营力的种类，可将土壤侵蚀划分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、重力侵蚀、淋溶侵蚀、山洪侵蚀、泥石流侵蚀及土壤坍陷等。有犁底层的农耕地、下伏冻土的融冻侵蚀土壤堆积区及具有坡面构型为A-C层的土壤，它们的下层土壤密度和强度较大而渗透性较低，由于降雨与融水的输入使得表层土壤饱和，土壤结构差而强度低，更容易产生严重的水力侵蚀，对生态及生产、生活和工程设施产生严重影响。

当坡面表层土壤饱和后，在地表水流作用下，土壤颗粒间粘聚力减小，加之浮力作用土壤抗侵蚀能力降低，使得坡地土壤更易受到冲刷，侵蚀加剧；坡面对水流摩擦阻力降低，水流通道更平滑而流速增大，导致坡面输沙量的增加。通过侵蚀现象定量试验研究，才可能认识这些与侵蚀过程相关因素作用机理的实质，因此研究饱和土壤坡面侵蚀产沙具有重要意义。

目前国内外进行了大量坡面土壤侵蚀的试验研究，但很少关注持续饱和渗水条件下的土壤侵蚀过程的研究，也缺乏完善的坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的试验装置和研究方法。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟装置和模拟方法。

根据本发明的一个方面，提供一种坡面持续饱和渗水的土壤侵蚀的模拟装置，包括：侵蚀槽和供水单元；侵蚀槽为顶部开口的空腔，侵蚀槽设有升降调节单元，升降调节单元用于调节侵蚀槽的两端的高度；供水单元包括输水管、供水管和渗水管；输水管沿侵蚀槽的长度方向设置在侵蚀槽的外侧，输水管的一端连接至水源，输水管的另一端设有溢流孔；每隔预设距离沿垂直于侵蚀槽的底面设有供水管，供水管设有阀门，供水管的上端接口连接至输水管；平行于侵蚀槽的底面且垂直于侵蚀槽的侧壁设有渗水管，渗水管的一端穿过侵蚀槽的一个侧壁连接至供水管的下端接口，渗水管的另一端穿过侵蚀槽的另一个侧壁并密封，渗水管的管壁设有若干渗水孔，渗水孔位于侵蚀槽的内部。

其中，该装置还包括渗水单元；渗水单元包括第一渗水层和第二渗水层，第一渗水层与侵蚀槽的底面接触，第二渗水层位于第一渗水层每隔预设距离设置的凹槽内，以使渗水管位于第二渗水层内；第一渗水层填充有第一填充物，第二渗水层填充有第二填充物；由第一渗水层的上端面与第二渗水层的上端面组成的渗水单元的上端面平行于侵蚀槽的底面，渗水单元的上端面的高度低于供水管的上端接口的高度；第一填充物的饱和导水率小于供试土壤的饱和导水率，第二填充物的饱和导水率大于供试土壤的饱和导水率。

其中，溢流孔的开口方向垂直于侵蚀槽的底面向上。

其中，渗水管包裹有土工织物。

其中，渗水孔的开口方向垂直于侵蚀槽的底面向上。

其中，第一渗水层与第二渗水层的交界面与渗水管的外壁相接触。

其中，渗水单元的上端面的表面铺设有土工织物，该土工织物用于隔离渗水单元的填充物与供试土壤。

其中，第一填充物为粘土，第二填充物为粗砂或者细石。