[发明专利]一种森林山地土壤原位火烧模拟试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种森林山地土壤原位火烧模拟试验装置及其试验方法，提供了一种可以在现场原位测量不同火烈度下不同深度的土壤物理及水理性质指标变化的试验装置，试验装置包括三部分：下部为检测系统，中部为火烧模拟系统，上部为降雨模拟系统。本发明安装使用测量方便，可在保证原状土结构最小扰动的同时，进行不同火烧温度和持续时间的原位火烧试验、火烧后土壤不同降雨强度和持续时间的原位降雨模拟试验，并实现不同深度土壤受到烧焙过程中的温度和含水率变化以及烧培后不同深度土壤在降雨模拟过程中的含水率和孔隙水压力变化的实时可测；同时相应部件可进行适当的拆卸，便于携带，在火后泥石流的成灾机理及防治研究方面具有很高的推广价值。

技术领域

本发明涉及火后泥石流成灾机理及防治研究的试验技术领域，具体涉及一种森林山地土壤原位火烧模拟试验装置及其试验方法。

背景技术

火后泥石流是指林火发生后火烧迹地附近发生的、与林火紧密联系的泥石流，通常发生过森林火灾的火烧迹地有极高的概率会发生火后泥石流。相对于非火后泥石流，其物源起动与林下土壤受到植被燃烧过程中的高温烧焙而致的物理及水理特征改变密切相关。而由于森林火灾发生的不确定性，现有的野外测试手段又难以监测火灾过程中土壤物理及水理特性的变化情况，所以针对林火对土壤性质改变的土壤火烧模拟试验研究就显得尤为重要。但目前，现有的火烧模拟试验设备仍存在一些不足：

其一，现有的火烧模拟试验装置多为局限于室内开展的重塑土火烧试验装置，难以应用于现场开展原状土的火烧试验，且其中以明火火烧的试验装置占比较少，因而存在较大的试验误差。

其二，现有的火烧模拟试验装置难以实现火烧温度与持续时间可控的试验研究。

其三，现有的火烧模拟试验装置难以实时监测不同深度土壤受到烧焙过程中的温度和含水率变化。

其四，现有的火烧模拟试验装置，其室内试验尺度较小，受尺寸效应的影响较大，且原状土取样难度大，通常导致试验样品数量不足。

发明内容

本发明提供了一种森林山地土壤原位火烧模拟试验装置及其试验方法，通过火烧模拟试验对原状土被火烧后的土壤性质改变进行针对性研究。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种森林山地土壤原位火烧模拟试验装置，包括从下到上依次连接的检测系统、火烧模拟系统和降雨模拟系统；

检测系统包括用于盛装试验土芯的圆筒状下机箱，圆筒状下机箱无底无盖；圆筒状下机箱的侧壁上开设有多个预设小孔，传感器的探针穿过预设小孔后设于圆筒状下机箱的内部；

火烧模拟系统包括圆筒状上机箱，圆筒状上机箱无底无盖，圆筒状上机箱与圆筒状下机箱同轴心设置；环形气管设于圆筒状上机箱内部的下部，环形气管上均匀安装有多个可喷火的喷火头；

降雨模拟系统包括安装于圆筒状上机箱顶部的机箱顶盖；机箱顶盖上设置有通风口和喷水器。

根据上述方案，所述预设小孔在圆筒状下机箱的侧壁上从下到上分多层设置；每层预设小孔均位于同一水平高度且沿圆筒状下机箱的周向均匀分布，相邻两层预设小孔之间的间距相等；所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和孔隙水压力传感器；每层预设小孔内均设置有温度传感器、湿度传感器和孔隙水压力传感器。

进一步的，所述预设小孔每层均设置有九个；所述温度传感器、湿度传感器和孔隙水压力传感器在每层预设小孔内各设置三个，且温度传感器、湿度传感器和孔隙水压力传感器在每层预设小孔内均匀间隔设置；同一类型的三个传感器分别设于圆筒状下机箱的轴心处、圆筒状下机箱的1/2半径处和圆筒状下机箱内靠近内壁的位置。

根据上述方案，所述环形气管共设有三个，且从下到上依次间隔设于圆筒状上机箱内部的下部；每个环形气管都均匀安装有多个喷火头；三个环形气管均与液化燃气罐连接。