[发明专利]一种研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验装置及方法

权利要求书

1.一种研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验方法，包括坡式冻土冻融试验槽和用于向其内部进行洒水的人工模拟降雨部件和用于对冻土冻融试验槽进行冷冻的单向制冷部件以及用于对冻土冻融试验槽中冻土进行解冻的单向光辐射加热部件；

所述冻土冻融试验槽包括支撑架和设置在其上端带有保温层（2）的不锈钢槽体（3），所述支撑架用于调节不锈钢槽体（3）的倾斜角度；

所述不锈钢槽体（3）中填充有土壤层，所述土壤层自下而上依次包括砾石层（24）、低有机质矿质土（23）、高有机质表土（22），砾石层（24）、低有机质矿质土（23）和高有机质表土（22）中分别设有检测器，所述检测器包括土壤水分传感器（8）和土壤温度传感器（9）；

砾石层（24）、低有机质矿质土（23）和高有机质表土（22）所在的不锈钢槽体（3）较低一侧分别设有地表径流出水口（4）、侧向壤中流出水口（5）、渗漏水出水口（6）；

每个出水口处都设有一个集流槽（7），集流槽（7）与自记翻斗计（21）相连接，以监测产流量；

其特征在于，利用人工模拟降雨装置对土壤进行预降雨，结束后将土壤静置于室内，当土壤水分状况达到预设状态时开始试验，模拟坡地冻土冻结和融化过程的水分转化时，首先将单向制冷装置的制冷顶盖（19）盖在不锈钢槽体（3）上方对土壤进行降温，直至表层土壤温度降到0℃以下形成设计厚度的冻土并且保持表层土壤的冷冻状态，当形成预设深度的冻土后停止制冷，移开制冷顶盖（19）并在土壤表面覆盖10 cm厚的人工雪，同时将不锈钢槽体（3）与电源连接使保温层（2）正常工作，随后打开单向光辐射加热装置按照设定的升温速率对不锈钢槽体（3）内的填装物进行加热升温，直至覆雪与冻土完全消失后停止，以此研究坡地冻土融化过程中水分的转化特征，模拟坡地降雨转化时，按照试验设计的降雨强度对不锈钢槽体（3）内的土壤进行人工模拟降雨，实验过程中，产生的地表径流、侧向壤中流和渗漏水将分别从地表径流出水口（4）、侧向壤中流出水口（5）和渗漏水出水口（6）流出，并经过个集流槽（7）和自记翻斗计（21）收集并记录出流量，进而通过计算得到坡地冻土融化和雨雪的转化特征。

2.根据权利要求1所述的研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验方法，其特征在于，所述支撑架包括一个用于支撑不锈钢槽体（3）底部的底板和设置在底板左右两端的支撑柱（1），左右两侧的支撑柱（1）之间通过定位杆连接固定，右侧的支撑柱（1）的高度高于左侧的支撑柱（1）高度，所述不锈钢槽体（3）左侧与左侧的支撑柱（1）转动连接，其右端与右侧设有用于插入右侧支撑柱（1）表面定位孔（10）中的插销，所述定位孔（10）的数量设有若干个，且等间距分布在支撑柱（1）表面，这样就可以通过插销与定位孔（10）的配合来实现对不锈钢槽体（3）倾斜角度进行锁定。

3.根据权利要求1所述的研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验方法，其特征在于，所述人工模拟降雨部件包括设置在冻土冻融试验槽上方的供水水管道（12），所述供水水管道（12）下侧面设有若干个用于喷水的喷嘴（13），所述供水水管道（12）的一端连接水泵（11）的出水端，所述水泵（11）的进水端与水箱的出水端连接，所述供水水管道（12）上设有用于节流的阀门（14）。

4.根据权利要求1所述的研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验方法，其特征在于，所述单向制冷部件包括设置在冻土冻融试验槽上方的蒸发器（20），蒸发器（20）的冷媒进口与制冷机组（18）冷媒出口连通，所述蒸发器（20）外侧设有制冷顶盖（19）。

5.根据权利要求1所述的研究坡地冻土融化和雨雪转化特征的实验方法，其特征在于，所述单向光辐射加热部件包括设置在冻土冻融试验槽上方的固定架，固定架上分布有若干个加热灯（15），所述加热灯（15）串联有电源（17）和开关（16）。