第三章 水力侵蚀试验

1、第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.1水力侵蚀模拟试验水力侵蚀模拟试验3.2核素示踪试验核素示踪试验3.3野外定位观测试验野外定位观测试验 3.1水力侵蚀水力侵蚀模拟试验模拟试验坡面水力侵蚀模拟试验坡面水力侵蚀模拟试验坡沟系统水蚀模拟试验坡沟系统水蚀模拟试验小流域水蚀模拟试验小流域水蚀模拟试验第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.1.1坡面坡面水力侵蚀水力侵蚀模拟试验模拟试验1 .水力水力侵蚀过程发生初始阶段雨滴溅蚀侵蚀过程发生初始阶段雨滴溅蚀试验试验2 .降雨模拟试验降雨模拟试验3 .径流径流模拟试验模拟试验第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试

2、验1 .雨滴雨滴溅蚀溅蚀试验试验1)目的目的 是是为了研究土壤与雨滴打击力之间的定性定量关系，为保护土壤提供为了研究土壤与雨滴打击力之间的定性定量关系，为保护土壤提供科学依据。科学依据。2)主要主要研究内容研究内容 通过通过雨滴发生塔（器）形成单个雨滴雨滴发生塔（器）形成单个雨滴 单个单个雨滴击溅动能雨滴击溅动能 雨滴动能雨滴动能与土壤溅蚀量的关系与土壤溅蚀量的关系 不同不同土壤溅蚀过程及其机理土壤溅蚀过程及其机理3)试验试验设备设备第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验2.降雨降雨模拟试验模拟试验1)目的目的 是是利用人工模拟降雨技术，探索不同降雨和下垫面（如地形、土壤、水利用人工模拟降雨技

3、术，探索不同降雨和下垫面（如地形、土壤、水土保持措施等）条件下，坡面土壤侵蚀过程及其机理，为建立土壤流失预报土保持措施等）条件下，坡面土壤侵蚀过程及其机理，为建立土壤流失预报模型提供基础数据，并为坡面水土保持措施的配置提供科学依据模型提供基础数据，并为坡面水土保持措施的配置提供科学依据。2)研究研究内容内容 是利用人工模拟降雨技术，探索不同降雨和下垫面（如地形、土壤、水土是利用人工模拟降雨技术，探索不同降雨和下垫面（如地形、土壤、水土保持措施等）条件下，坡面土壤侵蚀过程及其机理，为建立土壤流失预报模保持措施等）条件下，坡面土壤侵蚀过程及其机理，为建立土壤流失预报模型提供基础数据，并为坡面水土保

4、持措施的配置提供科学依据。型提供基础数据，并为坡面水土保持措施的配置提供科学依据。降雨试验降雨试验设备设备: 侧侧喷式降雨机喷式降雨机下喷下喷式降雨机式降雨机第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验 目前目前国内野外使用的降雨机大多为侧喷式单喷头降雨机，国内野外使用的降雨机大多为侧喷式单喷头降雨机，通过两组以上降雨机的组合，可获得通过两组以上降雨机的组合，可获得30 120mm/h的降雨强的降雨强度和所需的降雨面积度和所需的降雨面积。 用于用于室内降雨试验的降雨机有从日本引进的下喷式降雨室内降雨试验的降雨机有从日本引进的下喷式降雨机，机，从从美国引进的美国引进的Norton型降雨机和我国自行研制

5、的侧喷式降雨型降雨机和我国自行研制的侧喷式降雨机。机。1 降雨喷头降雨喷头2 拉索拉索3 角钢支架角钢支架4 供水管供水管 5 压力表压力表6 控水阀门控水阀门7 底座底座8 锚杆锚杆旋转喷射式降雨模拟器旋转喷射式降雨模拟器其喷水原理是其喷水原理是: 具有具有一定压力的水流进入喷头之后一定压力的水流进入喷头之后,推动喷头内部一个螺旋形的叶片转动推动喷头内部一个螺旋形的叶片转动,最后以一定的角度自喷嘴喷出最后以一定的角度自喷嘴喷出,散成雨散成雨滴下降。滴下降。 喷嘴喷嘴口径不同口径不同,其降雨强度也不同其降雨强度也不同,一一般喷嘴直径越大降雨强度也越大般喷嘴直径越大降雨强度也越大。 多个多个旋转

6、喷射式降雨模拟器组合旋转喷射式降雨模拟器组合,可可以形成很大面积雨场的模拟降雨。以形成很大面积雨场的模拟降雨。 稳压稳压水源从供水钢管水源从供水钢管(4) 输入到降雨输入到降雨器中，该钢管既可以为降雨器喷头提供器中，该钢管既可以为降雨器喷头提供水源，又起到支架的作用。旋转喷射式水源，又起到支架的作用。旋转喷射式喷头喷头(1) 位于支架的顶部，喷口向下，位于支架的顶部，喷口向下，距下垫面大约距下垫面大约7m左右。左右。 各各降雨单元的入口流量可以通过阀门降雨单元的入口流量可以通过阀门(6) 控制，流量的大小可以通过压力表控制，流量的大小可以通过压力表(5) 监测。监测。 尽管尽管各降雨器单元的入

7、口水压不等，各降雨器单元的入口水压不等，但由于控水阀门的调节作用，可以使各但由于控水阀门的调节作用，可以使各降雨喷头的供水压力一致降雨喷头的供水压力一致,以保证降雨以保证降雨的均匀性。的均匀性。 降雨降雨器单元可以随意移动器单元可以随意移动,通过锚杆通过锚杆(8) 固定，可以将降雨器安放在模型试验所固定，可以将降雨器安放在模型试验所需的任意位置。需的任意位置。1 稳压水池稳压水池 2 潜水泵潜水泵 3 分流管分流管 4 阀门阀门 5 压压力表力表 6供水管供水管 7 降雨器降雨器 8 支架支架 9 挡雨蓬挡雨蓬 10 拉绳拉绳 11 下垫面模型下垫面模型 12 排水孔排水孔 13 径流桶径流桶

8、 14 尾管尾管 15 堵头堵头管网式降雨模拟试验系统管网式降雨模拟试验系统 该该系统由降雨器系统由降雨器(7) 、支架、支架(8) 以及供以及供水系统水系统3 部分组成部分组成,支架由角钢和槽钢焊支架由角钢和槽钢焊制制,高高410 m. PVC 管制成的降雨模拟器放管制成的降雨模拟器放置于支架的顶部置于支架的顶部,喷孔直径喷孔直径1mm ,相邻喷相邻喷孔间距孔间距10 cm. 该降雨系统由潜水泵该降雨系统由潜水泵(2)供供水水. 为为保证供水压力的稳定保证供水压力的稳定:潜水泵的电潜水泵的电源经过稳压器以防电流波动源经过稳压器以防电流波动;水源不断水源不断向稳压水池向稳压水池(1) 供水供水

9、,以保持水面稳定以保持水面稳定. 雨强值通过压力表雨强值通过压力表(5) 监测监测. 调节分流调节分流管上的控水阀门管上的控水阀门(4) ,可以改变雨强的可以改变雨强的大小大小. 为了为了避免降雨稳定前雨水对水土流失避免降雨稳定前雨水对水土流失量的影响量的影响,可用帆布挡雨蓬可用帆布挡雨蓬(9) 将初始降将初始降雨挡住雨挡住,等降雨稳定后将挡雨蓬收拢等降雨稳定后将挡雨蓬收拢;降降雨试验结束时雨试验结束时,迅速拉开挡雨蓬迅速拉开挡雨蓬,挡住雨挡住雨水水,然后关闭电闸然后关闭电闸,以避免降雨器内残余以避免降雨器内残余水流对水土流失的水流对水土流失的影响。影响。 为为防止喷孔被杂质堵塞影响降雨的均防

10、止喷孔被杂质堵塞影响降雨的均匀性匀性,每次降雨试验前先排放尾管每次降雨试验前先排放尾管(14)内内含杂质的积水含杂质的积水;然后将降雨器内的水压调然后将降雨器内的水压调到较大值到较大值,把积存在降雨器内的杂质冲出。把积存在降雨器内的杂质冲出。槽式下喷降雨器槽式下喷降雨器1驱动电机驱动电机 2电磁离合器电磁离合器 3四连杆机构四连杆机构 4喷头喷头 5降雨隔罩降雨隔罩 6供水管道供水管道 7潜水泵潜水泵 8溢流管溢流管 9上上水水针孔式降雨器针孔式降雨器径流小区水泵供水压力表控制阀直立输水管道喷头汇流槽试验土壤单位:mm第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.径流模拟试验径流模拟试验利用利用水

11、槽试验装置研究不同水流侵蚀过程及其水流搬运能水槽试验装置研究不同水流侵蚀过程及其水流搬运能力力；通过通过人工建造细沟发育初期模型，利用人工径流冲刷试验人工建造细沟发育初期模型，利用人工径流冲刷试验研究细沟侵蚀过程研究细沟侵蚀过程；通过通过人工建造浅沟发育初期模型，利用人工径流冲刷人工建造浅沟发育初期模型，利用人工径流冲刷试验试验 研究研究浅沟侵蚀过程浅沟侵蚀过程；利用利用径流冲刷试验研究坡面土壤侵蚀方式（主要是片蚀、径流冲刷试验研究坡面土壤侵蚀方式（主要是片蚀、细沟、浅沟）、演变过程细沟、浅沟）、演变过程；设计设计汇流冲刷试验研究坡面土壤侵蚀。汇流冲刷试验研究坡面土壤侵蚀。第三章第三章 水力侵

12、蚀试验水力侵蚀试验径流径流模拟试验模拟试验用于径流模拟降雨试验设备用于径流模拟降雨试验设备为：为：不同不同尺寸的水流槽、模拟尺寸的水流槽、模拟层流或股流冲刷的实验设备及径流泥沙采集装置。水流槽主层流或股流冲刷的实验设备及径流泥沙采集装置。水流槽主要用于室内试验，而模拟层流或股流冲刷试验设备，既用于要用于室内试验，而模拟层流或股流冲刷试验设备，既用于室内，也用于野外。室内，也用于野外。放水流量的放水流量的设计：设计：应应由研究区次侵蚀性降雨量、降雨强度由研究区次侵蚀性降雨量、降雨强度和降雨历时而确定。和降雨历时而确定。模拟降雨试验模拟降雨试验设计：设计：应应由研究内容确定，设计试验重复次由研究内

13、容确定，设计试验重复次数不应少于数不应少于2次。次。第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.1.2坡坡沟系统水蚀沟系统水蚀模拟试验模拟试验1.降雨模拟试验降雨模拟试验2.汇流汇流模拟试验模拟试验第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.1.2坡坡沟系统水蚀沟系统水蚀模拟试验模拟试验1）目的：）目的：利用利用模拟降雨技术，并结合模拟坡面汇流试验设备，模拟降雨技术，并结合模拟坡面汇流试验设备，通过建立不同比例尺坡沟系统实体模型，获取次降雨条件下坡沟通过建立不同比例尺坡沟系统实体模型，获取次降雨条件下坡沟系统侵蚀产沙过程，定量评价坡沟系统侵蚀产沙来源，为建立土系统侵蚀产沙过程，定量评价坡沟系统侵蚀

14、产沙来源，为建立土壤侵蚀预报模型奠定基础壤侵蚀预报模型奠定基础,并为水土保持综合治理提供科学依据并为水土保持综合治理提供科学依据。2）研究内容：）研究内容：坡沟系坡沟系统产流和汇流分析；坡沟系统侵蚀产沙过统产流和汇流分析；坡沟系统侵蚀产沙过程；坡面汇流对坡沟系统侵蚀产沙贡献分析；坡沟系统泥沙来源程；坡面汇流对坡沟系统侵蚀产沙贡献分析；坡沟系统泥沙来源分析等；分析等；3）试验设备：）试验设备：利用模拟降雨技术，并结合模拟坡面汇流试验设利用模拟降雨技术，并结合模拟坡面汇流试验设备，通过建立不同比例尺坡沟系统实体模型，获取次降雨条件下备，通过建立不同比例尺坡沟系统实体模型，获取次降雨条件下坡沟系统侵

15、蚀产沙过程，定量评价坡沟系统侵蚀产沙来源，为建坡沟系统侵蚀产沙过程，定量评价坡沟系统侵蚀产沙来源，为建立土壤侵蚀预报模型奠定基础立土壤侵蚀预报模型奠定基础,并为水土保持综合治理提供科学依并为水土保持综合治理提供科学依据。据。第三章第三章 水力侵蚀试验水力侵蚀试验3.1.3小流域小流域水蚀模拟试验水蚀模拟试验1）目的）目的 是是利用模拟降雨技术，通过建立不同比例尺小流域实体模型，利用模拟降雨技术，通过建立不同比例尺小流域实体模型，研究次降雨条件下小流域侵蚀产沙过程，定量评价小流域产沙来研究次降雨条件下小流域侵蚀产沙过程，定量评价小流域产沙来源，为建立土壤侵蚀预报模型奠定基础，并为水土保持综合治理源，为建立土壤侵蚀预报模型奠定基础，并为水土保持综合治理提供科学依据提供科学依据。2）研究）研究内容内