專利名稱：一種原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)涉及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及研究沖溝發(fā)育過程的一種沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)的構(gòu)造，用于研究沖溝發(fā)育過程中的形態(tài)演化和泥沙效應(yīng)。
背景技術(shù)：
沖溝侵蝕是一種主要侵蝕。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部調(diào)查，溝蝕量占總侵蝕量的18-73% (平均為35%)；總結(jié)分析世界各國家的溝蝕情況，溝蝕量占侵蝕總量的10-94% (平均為 44% )；在我國黃土高原的丘陵溝壑區(qū)，面積有21. 76萬km2，溝蝕量占侵蝕總量的60-90%。 因此，研究沖溝侵蝕是必不可少的內(nèi)容，其中，沖溝發(fā)育過程是一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，在野外通常運(yùn)用遙感影像、攝影和GPS等方法進(jìn)行沖溝發(fā)育過程定期監(jiān)測， 這些方法存在以下不足1)是通常需要較長時(shí)間才能獲得，幻是獲得的結(jié)果準(zhǔn)確性較差， 特別是發(fā)育過程的信息幾乎沒有，；3)對于沖溝朔源侵蝕過程中溝頭、溝壁的形態(tài)無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。定量試驗(yàn)主要在室內(nèi)采用人工降雨方式進(jìn)，然而室內(nèi)試驗(yàn)尺度太小，土壤也不是原狀土，與實(shí)際情況相差太遠(yuǎn)。因此，需要發(fā)明一種能快速準(zhǔn)確測定沖溝朔源侵蝕過程的沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護(hù)便捷、能將快速而準(zhǔn)確測定沖溝發(fā)育過程規(guī)律的一種原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)構(gòu)造方式。本發(fā)明技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，包括沿坡度從上向下順序相連布置的穩(wěn)流池、 儲水槽、集水區(qū)、跌坎、溝床、溝床緩沖區(qū)、水沙收集槽、分流池以及集流池，所述穩(wěn)流池與儲水槽通過輸水管連接，在輸水管上設(shè)置有流量計(jì)；儲水槽由磚砌墻體圍合而成為長方體，輸水管伸入儲水槽底部，儲水槽和小區(qū)集水區(qū)的上側(cè)共用一個(gè)墻體，該共用墻體頂面保持水平；集水區(qū)為長方形，集水區(qū)的上側(cè)和左右兩側(cè)由磚砌墻體圍合而成、集水區(qū)下側(cè)為開放結(jié)構(gòu)，集水區(qū)在水流方向上的坡度為10 15° ；跌坎的寬度與集水區(qū)一致，跌坎的坡度為90° ；沖溝溝床上部與跌坎底部相連，溝床兩側(cè)采用磚砌體，下部設(shè)置溝床緩沖區(qū)，溝床的寬度與集水區(qū)一致，溝床緩沖區(qū)采用瓷磚砌體，該砌體用作在實(shí)驗(yàn)過程中隨沖溝溝床不斷下切而逐層撤出，從而起到能夠監(jiān)測沖溝下切過程；溝床緩沖區(qū)與水沙收集槽連接，水沙收集槽的底面為一向坡度下方傾斜的傾斜面，水沙收集槽的長度與溝床的寬度相同，水沙收集槽沿坡度方向下方一側(cè)的底部設(shè)置有排水口 ；水沙收集槽的排水口通過輸水管與分流池連接，分流池的排水口再通過輸水管與集流池連接。
更進(jìn)一步的方案是所述穩(wěn)流池通過水龍頭供水；穩(wěn)流池上還有一個(gè)溢水孔。更進(jìn)一步的方案是所述儲水槽沿坡度方向的上方墻體高度大于所述共用墻體高度。更進(jìn)一步的方案是所述集水區(qū)沿坡度方向上的長為10m，寬為2至5米。更進(jìn)一步的方案是所述跌坎的高度為0. 7至lm。更進(jìn)一步的方案是所述跌坎的坡度為90°。更進(jìn)一步的方案是所述溝床沿坡度方向上的長為7至10m。更進(jìn)一步的方案是所述水沙收集槽的深度大于0. 2m,寬度大于0.細(xì)，水沙收集槽的排水口直徑大于等于7. 5cm。更進(jìn)一步的方案是所述分流池內(nèi)部尺寸為0. 3X0. 3X0. 3m3，分流池排水口的數(shù)量為5至8個(gè)，排水口為直徑7. 5cm的孔，排水口的大小和高度相同。更進(jìn)一步的方案是所述集流池底部有一個(gè)排水管，排水管上安裝有閥門。本發(fā)明的有益效果是1、經(jīng)濟(jì)性由于方法構(gòu)建的沖溝沖刷小區(qū)主要采用原態(tài)原位方式構(gòu)建，因此，擾動土體較少， 具有很好的經(jīng)濟(jì)性。2、科學(xué)性本方法設(shè)計(jì)的沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，土體都沒有經(jīng)過擾動，把水引進(jìn)小區(qū)上端的儲水槽內(nèi)，讓水自然溢出沖刷小區(qū)的土壤，可以連續(xù)系統(tǒng)準(zhǔn)確地觀測沖溝的發(fā)育全過程，此外，原態(tài)原位的沖溝系統(tǒng)能夠最大程度地模擬野外沖溝的真實(shí)發(fā)育情況，因此具有較強(qiáng)的科學(xué)性。3、本裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)便捷。本發(fā)明裝置簡單，操作方便。4、滿足多需求性。本發(fā)明小區(qū)上端的儲水槽，引水流量大小可以根據(jù)研究的需要設(shè)置，僅需要在儲水槽的上方安裝一個(gè)流量計(jì)，就可以調(diào)節(jié)流量大小，滿足了研究的不同需求。


圖1是本發(fā)明原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)的示意圖。
具體實(shí)施例方式如附圖1所示，本發(fā)明從穩(wěn)流池3和流量計(jì)4以下，沿坡度方向從上向下布置儲水槽6、集水區(qū)7、跌坎8、溝床9、溝床緩沖區(qū)10和水沙收集槽11、分流池12以及集流池13 順次連接組成；集水區(qū)7為長10m、寬2 5m長方形，集水區(qū)的上側(cè)和左右兩側(cè)由磚砌墻體圍合而成、集水區(qū)下側(cè)為開放結(jié)構(gòu)，集水區(qū)在水流方向上的坡度為10 15° ；儲水槽6由磚砌墻體圍合而成為長方體，儲水槽上方有一進(jìn)水管，進(jìn)水管前部伸入儲水槽底部，儲水槽和小區(qū)集水區(qū)的上側(cè)共用一個(gè)墻體，該共用墻體頂面應(yīng)保持水平，從而使的上方來水能夠均勻進(jìn)入集水區(qū)；跌坎8的高度和坡度應(yīng)當(dāng)按照當(dāng)?shù)氐湫蜎_溝的跌坎進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，一般活躍的沖溝跌坎為0. 7 1. 0m，坡度一般為45 90° ；沖溝溝床9上部與跌坎相連，兩側(cè)采用磚砌體，便于徑流和泥沙收集，下部設(shè)置溝床緩沖區(qū)10，溝床的寬度應(yīng)與集水區(qū)一致，坡度為當(dāng)?shù)販洗驳牡湫推露?，長度一般為7 IOm ；溝床緩沖區(qū)在實(shí)驗(yàn)過程中隨沖溝下切而逐層撤出的瓷磚(其它表面平整且厚度較小的物體均可)，該緩沖區(qū)瓷磚的起始高度略低于集水區(qū)下側(cè)的土體高度；水沙收集槽的底面為一傾斜面，水沙收集槽的深度應(yīng)大于 0. 2m,寬度應(yīng)大于0. 4m,長度與溝床一致，水沙收集槽的底部設(shè)置一排水口，排水口直徑應(yīng)達(dá)到7. 5cm，從而防治沖溝產(chǎn)生大量泥沙阻塞，保證徑流自然流動；水沙導(dǎo)流槽的排水口與分流池上部的進(jìn)水口連通，分流池的內(nèi)空尺寸為0. 3X0. 3X0. 3m3，分流池的排水口的尺寸一般設(shè)置為直徑為7. 5cm的孔，排水口的數(shù)量為5 8個(gè)，具體尺寸也可以隨著集水區(qū)放水量的大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，但必須保證分流池的所有排水口的流量大于進(jìn)水口流量，且排水孔的大小和高度均需要保持一致；集流池容積為2m3，其內(nèi)空尺寸為長an、寬lm、深lm，觀測池下部設(shè)置有一個(gè)排水管，排水管上裝有閥門。集流池(容積2m3)的水沙盛裝量為一定值，可以根據(jù)上方來水量和分流池排水孔數(shù)進(jìn)行調(diào)整，儲水槽的進(jìn)水管上安裝穩(wěn)流池和流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，從而可以完成不同水力坡降下的沖溝發(fā)育過程監(jiān)測試驗(yàn)。本發(fā)明涉及的沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)修建時(shí)，沖溝的集水區(qū)、跌坎和溝床主要依據(jù)當(dāng)?shù)氐湫偷臎_溝地形進(jìn)行構(gòu)建，并盡量減少原位土體的擾動。集水區(qū)坡上端的隔墻上修建儲水槽，槽內(nèi)寬0. 24m,長為2 5m，該槽外側(cè)(坡上方)的墻高0. 48m,內(nèi)側(cè)(坡下方)的墻是中間低至0. 24m,內(nèi)側(cè)保持水平，以便水槽的水均勻溢出。集水區(qū)為長方體，長為10m，寬為2 5m，上側(cè)和左右兩側(cè)是用水泥砂漿抹平的磚砌墻，磚砌墻嵌入地下不低于0. 3m,出露地表0. 2m深，寬為0. 24m,從而能夠有效抵抗徑流沖刷。集水區(qū)的坡面整體上是呈“V”字形，從而使得集水區(qū)的水流到達(dá)跌坎時(shí)匯流，從而模擬溝頭匯流時(shí)沖溝的發(fā)育情況。跌坎的高度為0.7 lm，寬度與集水區(qū)一致，坡度一般45 90°，尤其是垂直跌坎最多。溝床的坡度一般較緩(5 15° )，寬度與集水區(qū)一致，長度一般設(shè)置為7 10m， 主要依據(jù)當(dāng)?shù)氐湫偷臎_溝溝床長度和修建原態(tài)原位坡溝系統(tǒng)的可行性。溝床下端緩沖區(qū)采用瓷磚攔擋，以便日后拆除(隨沖溝溝尾的高度降低而降低溝床高度)，外接可移動的鐵質(zhì)水沙收集槽，槽長度與溝床一致，寬0. 5m，高度為0. 2m，底面應(yīng)保持一定傾角，從而使泥沙完全流出。水沙收集槽外接磚砌分流池，分流池墻高為0. 4米，長、寬均為0. 3m，分流池底面為一平面，所有排水孔也必須保持同樣大小和同一水平高度。水沙收集槽接磚砌集流池，集流池為長方體，四周為磚砌水泥砂漿抹平的墻，池深 1米，長2米，寬1米，底面水泥砂漿找平，池子底部安裝一個(gè)直徑為7. 5cm的排水管，排水管上裝有閥門開關(guān)。本發(fā)明在使用時(shí)，通過水龍頭2和溢水孔1、流量計(jì)4的控制，能夠控制穩(wěn)流池3給儲水槽的供水量，讓水自然溢出沖刷小區(qū)的土壤，從而能夠定量、準(zhǔn)確觀測沖溝的發(fā)育全過程，而且由于整個(gè)小區(qū)的土壤都沒有經(jīng)過擾動，能最大程度地模擬野外沖溝的真實(shí)發(fā)育情況，因此具有較強(qiáng)的科學(xué)性。
權(quán)利要求
1.一種原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，包括沿坡度從上向下順序相連布置的穩(wěn)流池、儲水槽、集水區(qū)、跌坎、溝床、溝床緩沖區(qū)、水沙收集槽、分流池以及集流池，其特征在于所述穩(wěn)流池與儲水槽通過輸水管連接，在輸水管上設(shè)置有流量計(jì)；儲水槽由磚砌墻體圍合而成為長方體，輸水管伸入儲水槽底部，儲水槽和小區(qū)集水區(qū)的上側(cè)共用一個(gè)墻體，該共用墻體頂面保持水平；集水區(qū)為長方形，集水區(qū)的上側(cè)和左右兩側(cè)由磚砌墻體圍合而成、集水區(qū)下側(cè)為開放結(jié)構(gòu)，集水區(qū)在水流方向上的坡度為10 15° ；跌坎的寬度與集水區(qū)一致，跌坎的坡度為45 90° ；沖溝溝床上部與跌坎底部相連，溝床兩側(cè)采用磚砌體，下部設(shè)置溝床緩沖區(qū)，溝床的寬度與集水區(qū)一致，河床緩沖區(qū)采用瓷磚砌體；溝床緩沖區(qū)與水沙收集槽連接，水沙收集槽的底面為一向坡度下方傾斜的傾斜面，水沙收集槽的長度與溝床的寬度相同，水沙收集槽沿坡度方向下方一側(cè)的底部設(shè)置有排水Π ；水沙收集槽的排水口通過輸水管與分流池連接，分流池的排水口再通過輸水管與集流池連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述穩(wěn)流池通過水龍頭供水；穩(wěn)流池上還有一個(gè)溢水孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述儲水槽沿坡度方向的上方墻體高度大于所述共用墻體高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述集水區(qū)沿坡度方向上的長為10m，寬為2至5米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述跌坎的高度為0. 7 至 Im0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述跌坎的坡度為90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述溝床沿坡度方向上的長為7至10m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述水沙收集槽的深度大于0. 2m,寬度大于0. 4m,水沙收集槽的排水口直徑大于等于7. 5cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述分流池內(nèi)部尺寸為0. 3 X 0. 3 X 0. 3m3，分流池排水口的數(shù)量為5至8個(gè)，排水口為直徑7. 5cm的孔，排水口的大小和高度相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，其特征在于所述集流池底部有一個(gè)排水管，排水管上安裝有閥門。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原態(tài)原位沖溝系統(tǒng)沖刷小區(qū)，包括沿坡度從上向下順序相連布置的穩(wěn)流池、儲水槽、集水區(qū)、跌坎、溝床、溝床緩沖區(qū)、水沙收集槽、分流池以及集流池，所述穩(wěn)流池與儲水槽通過輸水管連接；集水區(qū)為長方形；跌坎的寬度與集水區(qū)一致；沖溝溝床上部與跌坎底部相連；溝床緩沖區(qū)與水沙收集槽連接；水沙收集槽的排水口通過輸水管與分流池連接，分流池的排水口再通過輸水管與集流池連接。本發(fā)明由于方法構(gòu)建的沖溝沖刷小區(qū)主要采用原態(tài)原位方式構(gòu)建，因此，擾動土體較少，具有很好的經(jīng)濟(jì)性?？梢赃B續(xù)系統(tǒng)準(zhǔn)確地觀測沖溝的發(fā)育全過程，因此具有較強(qiáng)的科學(xué)性。裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)便捷。
文檔編號E02B1/02GK102561253SQ20121002977
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者李佳佳, 楊丹, 熊東紅, 翟娟, 蘇正安, 董一帆 申請人:中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所