[发明专利]坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，包括底架、与底架相连的坡面径流小区和沟道径流小区，其特征在于：所述的底架的一端设置有行走轮组、另一端设置有转向轮组和与转向轮组相连的行走牵引杆，所述的坡面径流小区和沟道径流小区均设置在底架的上方，所述的坡面径流小区的端部与所述的沟道径流小区的端部铰接，所述的沟道径流小区的另一端与所述的底架的行走轮组端铰接，所述的底架和所述的沟道径流小区之间设置有控制沟道径流小区升降的沟道升降机构，所述的底架和所述的坡面径流小区之间设置有控制坡面径流小区升降的坡面升降机构。

2.根据权利要求1所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的坡面径流小区和沟道径流小区的正前方设置有三维激光扫描仪、正上方设置有降雨器，所述的沟道径流小区与底架铰接的端部设置有与沟道径流小区连接的集流口。

3.根据权利要求1所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的坡面径流小区是由坡面槽、走台和护栏组成，其中所述的走台和所述的护栏由内向外依次设置在所述的坡面槽的两侧；所述的沟道径流小区是由沟道槽、走台和护栏组成，其中所述的走台和所述的护栏由内向外依次设置在所述的沟道槽的两侧。

4.根据权利要求1、2或3所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的沟道升降机构和所述的坡面升降机构均由液压升降杆组成，其中所述的沟道升降机构的液压升降杆的固定端铰接在底架上、自由端铰接在所述的沟道槽与所述的坡面槽铰接端的下部，所述的坡面升降机构的液压升降杆的固定端铰接在底架上、自由端铰接在所述的坡面槽自由端的下部。

5.根据权利要求3所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的坡面槽和所述的沟道槽均是由钢板焊接成的长方体状结构,所述的坡面槽和所述的沟道槽的中间均设置有分隔板。

6.根据权利要求5所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的坡面槽和所述的沟道槽的大小相同，所述的分隔板为PVC板。

7.根据权利要求2所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的三维激光扫描仪与所述的坡面径流小区和所述的沟道径流小区之间设置有检测距离，所述的三维激光扫描仪的扫描范围能够覆盖所述的坡面径流小区和所述的沟道径流小区。

8.根据权利要求2所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的降雨器与所述的坡面径流小区和所述的沟道径流小区之间设置有降雨距离，所述的降雨器降落的雨滴的终速能够达到匀速状态。

9.根据权利要求1所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置，其特征在于：所述的底架上还设置有控制所述的沟道升降机构和所述的坡面升降机构运转的电控柜。

10.一种利用如权利要求1-9所述的坡面沟道系统水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨水蚀试验的方法，其特征在于：其步骤如下：

步骤1：首先根据试验要求从野外取土，然后把取来的土过筛后，置于沟道径流小区和坡面径流小区内分层充填、压实并控制土壤容重；

步骤2：根据步骤1装填在沟道径流小区和坡面径流小区内的土壤容重，确定沟道径流小区和坡面径流小区的坡度以及降雨器模拟降雨的时长与强度，启动升降机构分别将沟道径流小区和坡面径流小区的坡度调整至试验所需的坡度，调节降雨器的降雨强度并对降雨强度进行率定；

步骤3：在步骤1中装填有土壤的沟道径流小区和坡面径流小区上根据试验需求各设置若干个等距的观测面，然后向径流小区内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；

步骤4：打开降雨器使降雨器按照步骤2设定的率定雨强进行连续降雨，从沟道径流小区内土壤坡面产流开始计时，以2分钟为时间间隔，在步骤3设置的等距观测面处使用微波反射流速仪或染色剂法测量断面流速，使用激光测针或钢尺测量沟道径流小区和坡面径流小区内土壤坡面径流的流宽、流深和沟道发育情况；同时在集流口处使用水蚀测量系统或水桶量测沟道径流小区和坡面径流小区的径流量，通过烘干法计算对应时段的含沙量；

步骤5：在整个试验过程中使用三维激光扫描仪对沟道径流小区和坡面径流小区内土壤坡面的形态进行扫描，结合步骤4测得的试验数据，精确测算沟道径流小区和坡面径流小区内土壤坡面沟道系统水蚀的侵蚀形态和水力侵蚀量。