[发明专利]一种生态护坡植物生长可视化试验装置及其使用方法

说明书

 

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种生态护坡植物生长可视化试验装置及其使用方法。

 

背景技术

传统的边坡支护及加固防护的措施主要是采用重力式挡墙、悬臂式挡墙、锚杆挡墙支护及锚喷支护等，这类边坡处理技术主要是强调其强度功效，往往忽视了其对环境及生态系统的破坏；为了维护生态系统的平衡，生态护坡技术应运而生，生态护坡作为岩土工程与环境工程相结合的产物，兼顾了防护与环境两方面的功效，既满足了河道护坡功能，又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的系统工程。目前，广泛使用的生态护坡技术方法主要有人工种草护坡、液压喷播植草护坡、生态袋护坡、网格生态护坡、以及植被型生态混凝土护坡等。生态护坡的功能主要体现在：植被的深根有锚固作用，浅根有加筋作用，能降低坡底体孔隙水压力，截留降雨，削弱溅蚀，控制土粒流失，同时能促进有机污染物的降解，净化空气，调节气候，恢复被破坏的生态环境。

本发明之前，中国专利“一种环境友好型微生物-植物联合护坡方法”（CN 102677683 A），在土壤中加入植物种子，提出一种芽孢杆菌-植物联合护坡新方法。该种护坡方法成功的将微生物技术引入到护坡工程中；但是目前的护坡方法无法可视化植物的生长及发展过程，也无法对植物的护坡效果进行客观的评价。总体上来讲，经济性强不强，护坡效果好不好这些问题还是没能很好解决。针对这些问题，利用透明土进行护坡植物的培养生长，可对其生长过程以及根系发展过程进行可视化观察。并对不同的水生植物进行优化，选择更适合生态护坡的品种。将透明土技术与生态护坡相结合，实现植物生长过程可视化，这种试验装置及其使用方法，既经济环保，又操作方便，还能满足可视化要求，是未来生态护坡进行植物品种优化及培育的发展趋势。

 

发明内容

本发明的目的就在于克服上述护坡技术的不足与缺陷，提出一种生态护坡植物生长可视化试验装置及其使用方法。

一种生态护坡植物生长可视化试验装置，包括透明土，光学平台，透明模型箱，高清相机，植物和计算机，其特征在于：透明土填筑在透明模型箱内，装有透明土的透明模型箱用螺丝固定在光学平台上；透明模型箱的正前方或者正后方设置高清相机并固定在光学平台上；植物种植在透明土中；计算机及图像处理软件处理观测结果。

本发明采用的技术方案为：利用水族珠与一定比例的纯净水制配透明土，模拟天然土体及其内部孔隙通道。透明模型箱内放置透明土样，并堆积成边坡状态，上铺土工格栅一层，将土工格栅两端固定，使其具有一定拉伸状态，在格栅内均匀播撒不同水生植物种子，接着覆盖一浅层透明土，后均匀喷洒营养液在透明土边坡上，间隔一天喷洒一次，将高清相机固定在光学平台相应位置，每隔24小时对透明模型箱内不同植物生长情况进行拍摄，50天-100天后可得到模型箱内不同植物生长情况的一系列图片，后通过计算机图像技术即可得到植物根系在土样的发展情况，并对不同水生植物的生长进行评价和优化。

所述的透明模型箱由树脂玻璃制作而成，上部开口，长600 mm -800 mm、宽200 mm-400 mm、高300 mm-500 mm，壁厚5 mm-10 mm，底部对称突出10 mm，预留螺孔，用于将其固定在光学平台台面上；透明模型箱其中一侧面（观察面）由精密机床标有一系列参考点，并漆成红色，用于测量系统的标定和校正，同时可进行像素坐标与物理坐标之间的转化；

所述的光学平台尺寸长1000 mm-2000 mm，宽1000 mm-1500 mm，高800 mm-1000 mm，台面厚度200 mm-400 mm，桌腿截面200 mm × 200 mm；

所述的高清相机分辨率50 w-1000 w，帧数15，帧曝光，曝光时间100 μs - 30 s，高清相机通过底部螺栓固定在测试台架上，通过调节支架高度和角度，可得到理想的高清相机视场，整个测试台架固定在光学平台上；

所述的计算机使用的图像处理软件为PIV软件，可处理水生植物生长过程中高清相机拍摄的一系列图片，得到水生植物根系生长的大小，并以此优化选择水生植物。

一种生态护坡植物生长可视化试验装置的使用方法，包括以下技术步骤：

（1）将水族珠颗粒与纯净水按照一定质量比配制透明土，配制时需要充分搅拌，确保饱和，排除透明土体内的气泡，以免影响透明效果；

（2）把透明土移至透明模型箱内，并将透明模型箱固定在光学平台台面上，同时将透明模型箱内的透明土体堆积为边坡状态；