[发明专利]坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究坡面水蚀的试验设备及其试验方法，尤其是涉及一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区，充填不同粒径组成的土壤，人工控制坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，从而能实现不同立地条件下土壤水蚀精确模拟，研究不同下垫面条件下各因素对土壤水蚀过程的影响与响应机理的坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。 

背景技术

目前，公知的土壤水蚀模拟试验方法是在野外建立试验小区，在土质较为均一、坡度较为一致的坡面，根据试验需要量测不同坡长和宽度的矩形小区，使用石棉瓦等材料将所选区域同周围坡面隔开作为试验小区，在小区内种植所选植被或保持自然被覆，同时在坡面小区末端布设集流口、坡面径流量测装置。当试验小区所在区域发生降雨时，雨滴在重力作用下以一定速度撞击裸露于地表的土粒，使之松散分离并发生跃迁；随着降雨量的增加，试验小区地表形成薄层漫流，后由于微地形在坡面局部形成间断的跌坎，经径流的持续冲刷作用，逐渐形成为贯通试验小区的细沟，并最终发展为浅沟。降雨过程中通过对试验小区集水口处的流量与含沙量过程量测，研究坡面水蚀的侵蚀动力过程。 

但是，野外下垫面条件较为复杂，土质、坡度、微地形、蚁穴、地表结皮等因素均能够对坡面水蚀结果产生较大影响，单个因素对土壤侵蚀动力过程的定量作用难以剥离；同时，由于试验条件难以精确控制，致使较为精确的对比试验难以开展，极大制约了土壤侵蚀过程与机理的深入研究；试验过程中仅对试验小区出口处的径流过程和输沙过程进行了观测，缺乏对集水区水动力过程的量测，很难揭示坡面水力侵蚀的动力过程；试验需在室外天然降雨条件下进行，受到天气因素的极大制约，难以全面研究不同降雨量和降雨强度条件对坡面水蚀过程的影响，且野外条件不利于试验参数的精确量测与采集；受现有试验条件和试验设备所限，较难实现对坡面水蚀过程侵蚀形态和侵蚀量的定量观测。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述传统试验观测技术的不足，提供一种能按照试验要求制作不同尺寸的试验小区，充填不同粒径组成的土壤，人工控制坡面土壤容重、植被类型和覆盖度，使其不仅能够对坡面试验小区的径流过程和输沙过程进行观测，而且能够较为精确地控制各下垫面条件，按需调节试验土槽坡度、降雨量、降雨强度和坡面上部汇入径流量，观测沿坡径流的水动力条件变化过程，减少随机因素对试验过程的影响，提高坡面水蚀的侵蚀形态和侵蚀量测量精度的坡面水蚀精细模拟试验装置及其试验方法。 

本发明的目的是这样实现的：一种坡面水蚀精细模拟试验装置，包括设置有脚轮的底架、与底架相连的试验土槽，所述的试验土槽设置在底架的上方，所述的试验土槽的一端与底架的一端部铰接、另一端设置有与试验土槽相配合的水箱，所述的试验土槽和底架之间设置有控制试验土槽升降的液压杆，所述的试验土槽和水箱之间设置有稳流池，所述的稳流池和水箱之间通过输水管连通，所述的水箱的一侧设置有与水箱连通的输水管和与输水管连通的水泵，所述的水箱的下部连通有排水管，所述的试验土槽的正前方设置有三维激光扫描仪、正上方设置有降雨器，所述的试验土槽与底架铰接的端部设置有与试验土槽连接的集流口。 

所述的试验土槽的一侧设置有测量扶梯。 

所述的三维激光扫描仪与试验土槽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整个试验土槽坡面。 

所述的降雨器与试验土槽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。 

所述的液压杆的固定端铰接在底架的中部、自由端铰接在试验土槽的下部。 

所述的稳流池和所述的水箱之间的输水管上设置有阀门。 

所述的水箱内设置有控制水箱水头的溢流板。 

利用所述的坡面水蚀精细模拟试验装置进行人工模拟降雨坡面水蚀试验的方法，其步骤如下： 

步骤1：根据试验要求从野外取土，把取来的土过筛后，（置于试验土槽内分层充填、压实并控制土壤容重；

步骤2：根据步骤1 装填在试验土槽内土壤容重确定试验土槽的坡度和降雨器模拟降雨的时长与强度，使用液压杆将试验土槽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中装填有土的试验土槽上设置5个等距的观测面，然后向试验土槽内的土壤洒水使表层土壤趋于饱和；