高陡边坡水土流失野外模拟测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了高陡边坡水土流失高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，包括消能供水系统、测试材料填充系统、径流泥沙收集系统。消能供水系统由前池、消力坎、过水口、后池和缓冲区放水段组成，该系统位于测试系统的最顶段，该系统主要作用为冲刷之前，水流平缓、均匀进入测试材料填充系统；测试材料填充系统紧接消能放水系统，由边墙、原材料压实区、测试材料充填区、入渗测试管、测试断面标记线组成，为整个测试系统的坡段区；径流泥沙收集系统位于测试材料填充系统的末端，由隔离墙、三角区、径流桶、径流桶底座、阀门、排水渠组成，为整个系统的最底端。

Field simulation test system for soil erosion on high and steep slope

【技术实现步骤摘要】
高陡边坡水土流失野外模拟测试系统
本技术涉及一种高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，具体地说，涉及一种量测工程堆积体高陡边坡水土流失的高陡边坡水土流失野外模拟测试系统。
技术介绍
工程堆积体水土流失强度大，危害严重、预测困难以及防控技术滞后的主要原因是构成堆积体边坡下垫面的组成物质松散，而且坡度大，其水土流失机理与坡耕地迥异，传统的室内模拟径流小区无论在坡长、坡度及精度方面难以满足要求，急需建立野外模拟高陡边坡径流小区，探究其流失过程和水动力学参数，以推动工程堆积体高陡边坡侵蚀机理揭示及防控技术相关研究工作。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，主要由消能供水系统、测试材料充填系统、径流泥沙收集系统三大部分组成，无论是坡面陡峭程度，还是充填材料的级配不均匀系数和曲率系数等均是国内外首创，具有创新性。其技术方案如下：一种高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，包括消能供水系统1、测试材料填充系统2、径流泥沙收集系统3。所述消能供水系统1、测试材料填充系统2、径流泥沙收集系统3由高向低依次连接。消能供水系统1由前池4、消力坎5、过水口6、后池7和缓冲区8由前向后依次组成。测试材料填充系统2由边墙9、测试材料充填区10、原材料压实区11、入渗测试管12、测试断面标记线13组成，测试材料充填区10位于原材料压实区11之上，入渗测试管12埋置于测试材料充填区10内，边墙9为测试材料充填区10的外边界。径流泥沙收集系统3由隔离墙14、三角区15、径流桶17、排水渠18由上至下依次组成，径流桶17底部安装阀门20，排水渠18位于径流桶底座16内，径流桶17底部的阀门20正对排水渠18。消能供水系统1位于整个测试系统的最顶段，该系统主要作用为冲刷之前，经过消能后，水流平缓均匀进入测试材料填充系统2。测试材料填充系统2填充按照测试要求回填测试材料，填充厚度按照垂直坡面的高度控制，在测试材料充填区10内安置测试系统的实时测试断面设备，材料堆置末端接径流泥沙收集系统3。径流泥沙收集系统3的三角区15用以收集测试材料充填区10的易于沉淀的推移质泥沙，对于坡面产生的部分泥沙起到滞留作用；挡墙21位于三角区15的最底端、集流桶17的最前端，起到保护集流桶17的作用；集流桶17以收集悬移质泥沙为主，集流桶17按梯级设置，起到收集、沉降、测试的功能，位于整个测试系统的最末端。进一步优选，缓冲区用粉细砂充填，表面用不透水的光滑板19，安置在填充砂的表面，与测试材料填充区顶端表面光滑顺接。原材料压实区的密实度大于上部的测试材料的压实度，渗透性小于上部测试材料，如果不能达到要求，可以在测试材料和原材料材料之间布置隔水装置。进一步，所述入渗测试管12的布置必须按照梅花形布置，以便可以测定测试材料不同部位和深度的入渗情况。入渗测试管必须采用具有一定的强度、管径细且透明的管材如有机玻璃，管的直径一般较细不大于2.5mm，有利于便提高测试的准确度。在安置测试管时，接触测试材料端，采用无纺布包裹反滤料堵塞管口，以防止细粒进入测试管，堵塞管道。在入渗测试管12内，距离堵塞端2cm处，充填5～10mm有色液体油柱，以便准确计算入渗系数。对于三角区和填充材料的隔离墙，必须起到防渗作用。三角区必须与测试材料填充区光滑、顺接，有利于径流泥沙顺利进入三角区。本技术的有益效果：本次试验设计改进的优点是克服了野外实验观测结果难以及时、精确获取的弊端；克服了室内难以满足高陡边坡的高度要求；有利于对不同因素的人为控制，实现对单因素造成土壤流失的精确分析；将径流和入渗测试相结合，有利于高度边坡水土流失成因的因素耦合分析。附图说明图1为高陡边坡水土流失野外模拟测试系统平面图；图2为高陡边坡水土流失野外模拟测试系统纵剖面图；图3为高陡边坡水土流失野外模拟测试系统横剖面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1～3，一种高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，包括消能供水系统、测试材料填充系统、径流泥沙收集系统。消能供水系统由前池、消力坎、后池和缓冲区放水段组成，该系统位于测试系统的最顶段，该系统主要作用为冲刷之前，经过消能后，水流平缓、均匀进入测试材料填充系统；测试材料填充系统紧接消能放水系统，由边墙、原材料压实区、测试材料充填区、入渗测试管、测试断面标记线组成，为整个测试系统的坡段区；径流泥沙收集系统位于测试材料填充系统的末端，由隔离墙、三角区、径流桶、阀门、排水渠组成，为整个系统的最底端。进一步优选，缓冲区用粉细砂充填，表面用光滑、平整、不透水的平板安置在填充砂的表面，与测试材料填充区顶端表面光滑顺接。原材料压实区的密实度大于上部的测试材料的压实度，渗透性小于上部测试材料，如果不能达到要求，可以在测试材料和原材料材料之间布置隔水装置。对于入渗测试管的布置必须按照梅花形布置，以便可以测定测试材料不同部位和深度的入渗情况。入渗测试管必须采用具有一定的强度、管径细且透明的管材如有机玻璃，管的直径一般较细不大于2.5mm，有利于便提高测试的准确度。在安置测试管时，接触测试材料端，采用无纺布包裹反滤料堵塞管口，以防止细粒进入测试管，堵塞管道。在测试管内，距离堵塞端2cm处，充填5～10mm有色液体油柱，以便准确计算入渗系数。对于三角区和填充材料的隔离墙，必须起到防渗作用。三角区必须与测试材料填充区光滑、顺接，有利于径流泥沙顺利进入三角区。本技术所述高陡边坡水土流失野外模拟测试系统在具体应用过程中，包括以下步骤：步骤1、按照测试要求，处理测试填充区的原材料压实区。步骤2、按照测试要求，测定测试材料的颗粒级配曲线。步骤3、检查隔离墙的防渗情况。步骤4、按照试验要求，填筑测试材料；在填筑过程中，布设入渗测试管；步骤5、清理三角区和径流桶，以便保证测试的准确性；步骤6、对于缓冲区进行填充，铺设光滑板19；步骤7、放水，观测水流在光滑板19的分布情况，调整光滑板19，以便尽可能平缓均匀布满光滑板19；步骤8、进行冲刷试验，按照测试管布置断面测定流速；记录测试管的有色液体移动距离和水面位置，测定测试材料的入渗情况，当整个测试管完全由水填充，表明测试材料已饱和或接近饱和；步骤9、每隔5～10min在顶部径流桶的进水口接取水样；步骤10、测试完成后，收集三角区的泥沙和径流桶的水砂样进行处理，测算总体流失量。以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，本技术的保护范围不限于此，任何熟悉本
的技术人员在本技术披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，其特征在于，包括消能供水系统、测试材料填充系统、径流泥沙收集系统；消能供水系统由前池、消力坎、过水口、后池和缓冲区放水段组成，该系统位于测试系统的最顶段，该系统主要作用为冲刷之前，水流平缓、均匀进入测试材料填充系统；测试材料填充系统紧接消能放水系统，由边墙、原材料压实区、测试材料充填区、入渗测试管、测试断面标记线组成，为整个测试系统的坡段区；径流泥沙收集系统位于测试材料填充系统的末端，由隔离墙、三角收集区、径流桶、径流桶底座、阀门、排水渠组成，为整个系统的最底端。

【技术特征摘要】
1.高陡边坡水土流失野外模拟测试系统，其特征在于，包括消能供水系统、测试材料填充系统、径流泥沙收集系统；消能供水系统由前池、消力坎、过水口、后池和缓冲区放水段组成，该系统位于测试系统的最顶段，该系统主要作用为冲刷之前，水流平缓、均匀进入测试材料填充系统；测试材料填充系统紧接消能放水系统，由边墙、原材料压实区、测试材料充填区、入渗测试管、测试断面标记线组成，为整个测试系统的坡段区；径流泥沙收集系统位于测试材料填充系统的末端，由隔离墙、三角收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永红，高照良，唐林，牛耀斌，娄永才，齐星园，李玉亭婷，武可心，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61