可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法和裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法和裝置。本發(fā)明使徑流從分流裝置的幾何中心進(jìn)入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進(jìn)流點(diǎn)與各分流管的水平距離相等；同時(shí)使各分流管長(zhǎng)度相同，集流管設(shè)置與分流管相同。本發(fā)明可達(dá)到均勻分流效果，有效保證集流桶（池）所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區(qū)徑流泥沙測(cè)驗(yàn)精度，獲取精確的、可靠的水土流失數(shù)據(jù)資料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè) 的均勻分流方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)面臨較為嚴(yán)峻的水土流失問(wèn)題。水土保持監(jiān)測(cè)是開(kāi)展水土流失定量研究的基 礎(chǔ)，通常利用徑流小區(qū)法取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)報(bào)和估算區(qū)域土壤侵蝕和產(chǎn)沙量。盡管近幾年 我國(guó)水土流失自動(dòng)觀測(cè)進(jìn)展較快，但是受野外水土監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)條件影響，如電源配備、背景光 線、水溫、泥沙顆粒粒徑、泥沙化學(xué)成分、泥沙沉淤等影響，自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的測(cè)量精度受到制 約。目前對(duì)徑流泥沙測(cè)量多數(shù)為雨后觀測(cè)，普遍采用集水池法和多孔分流法:若徑流量很小 時(shí)，可采用集流桶(池)全部收集;若徑流量很大時(shí)，可采用分流裝置測(cè)定，將小區(qū)產(chǎn)生的徑 流均勻分成若干份，通過(guò)集流桶(池)收集其中一份從而換算徑流總量和侵蝕量，如附圖1所 示。一般而言，一年內(nèi)的水土流失量主要由少數(shù)的暴雨或大暴雨事件產(chǎn)生，準(zhǔn)確地觀測(cè)大暴 雨下的徑流量、泥沙量是區(qū)域水土保持規(guī)劃的重要內(nèi)容。
[0003]實(shí)踐表明，不少?gòu)搅餍^(qū)分流裝置存在設(shè)計(jì)缺陷，集流桶(池)收集的徑流不能充 分代表分流后的水沙組成，徑流小區(qū)設(shè)計(jì)缺陷包括：（1)徑流泥沙進(jìn)入分流裝置后，從進(jìn)流 點(diǎn)到各分流管的水平運(yùn)動(dòng)流程不相同，影響泥沙在裝置內(nèi)的沉降，導(dǎo)致徑流含沙率相差較 大；（2)僅延長(zhǎng)某一個(gè)分流孔長(zhǎng)度（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為"集流管"）以便于收集徑流的目的，造成集流 管內(nèi)徑流水動(dòng)力參數(shù)與其余分流管的差異性很大。從以往研究來(lái)看，段海俠等 (ZL200720015666.X)發(fā)明了一種小區(qū)觀測(cè)九孔分流裝置，采用分流法，將產(chǎn)生的徑流分成9 份，避免了多級(jí)加裝集流設(shè)施，減少占地面積，但分流裝置的大小尺寸選擇、分流是否均勻 卻未見(jiàn)驗(yàn)證報(bào)道。分流不均使得觀測(cè)的徑流泥沙與實(shí)際不符，影響著小區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué) 性、廣普性。我國(guó)水利部相繼頒布《水土保持監(jiān)測(cè)設(shè)施通用技術(shù)條件》(SL342-2006)和《水土 保持試驗(yàn)規(guī)程》（SL419-2007)，僅對(duì)分流裝置的結(jié)構(gòu)、安裝連接等方面提出要求，未詳細(xì)規(guī) 定徑流進(jìn)入分流裝置的方式和集流管、分流管參數(shù)設(shè)計(jì)，不能徹底解決分流不均的問(wèn)題。
[0004] 目前國(guó)內(nèi)的研究方向集中在水土保持自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、小區(qū)結(jié)構(gòu)、布局設(shè)計(jì)等方向， 缺乏科學(xué)的、具體的均勻分流設(shè)計(jì)的研究報(bào)道。為此，發(fā)明一種均勻分流的方法，提供能實(shí) 現(xiàn)均勻分流的裝置，對(duì)于彌補(bǔ)水土保持雨后水沙觀測(cè)技術(shù)的不足，獲取精確的徑流小區(qū)土 壤侵蝕量具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有徑流小區(qū)進(jìn)流點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理、集流管長(zhǎng)度設(shè) 計(jì)不合理的缺陷，提供一種可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法，達(dá)到均勻分流效果，有 效保證集流桶(池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區(qū)徑流泥沙 測(cè)驗(yàn)精度，獲取精確的、可靠的水土流失數(shù)據(jù)資料。
[0006] 本發(fā)明的要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供實(shí)現(xiàn)所述可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻 分流方法的裝置。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0008] 提供一種可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法，經(jīng)分流裝置進(jìn)行分流，使徑流 從分流裝置的幾何中心進(jìn)入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進(jìn)流點(diǎn)與各分流管的 水平距離相等;同時(shí)使各分流管長(zhǎng)度相同。
[0009] 優(yōu)選地，所述分流管其中的一個(gè)為集流管，所述集流管與集流池相連接。
[0010] 本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的技術(shù)手段從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)均勻分流，一是經(jīng)分流裝置的中心進(jìn) 流，二是使各分流管長(zhǎng)度相同。在分流過(guò)程中，徑流泥沙從進(jìn)流點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至分流孔后隨水流溢 出，泥沙水平運(yùn)動(dòng)流程對(duì)分流管內(nèi)徑流含沙率有顯著的影響，若進(jìn)流位置與各分流管的水 平距離各不相等時(shí)，影響分流均勻性，本發(fā)明使徑流從分流裝置的幾何中心進(jìn)入，水流方向 垂直于底面，保證進(jìn)流點(diǎn)與各分流管的水平距離相等，排除泥沙水平運(yùn)動(dòng)流程的不同對(duì)分 流管內(nèi)徑流含沙率的影響;本
【申請(qǐng)人】進(jìn)一步從能量的觀點(diǎn)進(jìn)行分析研究，分流過(guò)程是一種 勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程，分流過(guò)程的能量損失由局部損失和沿程損失組成，若簡(jiǎn)單地延長(zhǎng) 集流管長(zhǎng)度以便于收集徑流，對(duì)分流過(guò)程的流態(tài)、水力參數(shù)、能量損失等會(huì)造成很大的影 響，不能有效保證分流的均勻性，現(xiàn)有技術(shù)的集流管與其他分流管的設(shè)置不同，本發(fā)明方法 是將分流裝置連接集流池的集流管與其他分流管設(shè)置相同，與集流池連接的分流管的長(zhǎng)度 與其余分流管長(zhǎng)度必須相同，有效保證分流的均勻性。
[0011] 本發(fā)明同時(shí)提供一種所述可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法的裝置，所述裝 置由分流裝置、導(dǎo)流管、分流管、排空閥和集流池組成，分流裝置底部與排空閥相連，其中， 導(dǎo)流管將徑流輸送至分流裝置的幾何中心位置，在分流裝置四周均勻布設(shè)若干個(gè)分流管， 所有分流管必須管長(zhǎng)相同，并在同一水平面上，集流池與其中一個(gè)分流管相接。
[0012] 基于本發(fā)明裝置，導(dǎo)流管將徑流輸送至分流裝置的中心位置，徑流以垂直于分流 裝置底面的方向進(jìn)入分流裝置，在分流裝置四周均勻布設(shè)的分流管管長(zhǎng)相同并在同一水平 面上，將徑流小區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的徑流均勻分割為若干份，將集流池與其中一個(gè)分流管相接，收集 徑流、泥沙進(jìn)行分析。分流裝置底部與排空閥相連，用于裝置內(nèi)徑流的排空。
[0013] 優(yōu)選地，所述分流管的個(gè)數(shù)為單數(shù)。
[0014] 優(yōu)選地，所述分流裝置設(shè)置有雨蓋，為防止雨水等進(jìn)入分流箱及集流池內(nèi)，影響觀 測(cè)結(jié)果，頂部設(shè)有雨蓋進(jìn)行遮蓋。
[0015]優(yōu)選地，所述分流裝置為圓柱狀筒體。導(dǎo)流管將徑流輸送至分流裝置的圓心位置。 [0016]優(yōu)選地，所述導(dǎo)流管設(shè)置于分流裝置的上方。
[0017] 可選地，所述裝置中，分流裝置為圓柱設(shè)計(jì)，圓柱的直徑為0.9m，高為0.8m。所述分 流管的數(shù)量為9個(gè)，所述分流管的直徑為〇38mm，所述分流管的管長(zhǎng)均為0.1m，與底面距離 均為0.6m。
[0018]本發(fā)明的有益效果如下：
[0019] 本發(fā)明從分流過(guò)程的泥沙水平運(yùn)動(dòng)流程對(duì)分流管內(nèi)徑流含沙率影響規(guī)律、分流過(guò) 程的能量變化規(guī)律角度出發(fā)，科學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)分流裝置的中心進(jìn)流和使各分流管長(zhǎng)度相同，排 除泥沙水平運(yùn)動(dòng)流程的不同對(duì)分流管內(nèi)徑流含沙率的影響，減少分流對(duì)徑流流態(tài)、水力參 數(shù)、能量損失等造成的影響，有效保證分流的均勻性。
[0020] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種實(shí)現(xiàn)均勻分流的裝置，達(dá)到均勻分流效果，有效保證集 流桶（池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區(qū)徑流泥沙測(cè)驗(yàn)精 度，獲取精確的、可靠的水土流失數(shù)據(jù)資料。而且本發(fā)明裝置可以在現(xiàn)有技術(shù)的分流裝置基 礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)改進(jìn)，簡(jiǎn)單易行，設(shè)備投資成本低，具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1徑流小區(qū)現(xiàn)有常規(guī)設(shè)計(jì)缺陷示意圖。
[0022]圖2本發(fā)明均勻分流裝置示意圖。
[0023]圖3本發(fā)明均勻分流技術(shù)示意圖。
[0024]圖4本發(fā)明三種進(jìn)流方式的實(shí)施示意圖。
[0025] 圖5本發(fā)明方法徑流量分析折線圖。
[0026] 圖6本發(fā)明方法含沙率分析折線圖。
[0027] 圖7本發(fā)明方法進(jìn)流點(diǎn)與分流管的距離s與含沙率的關(guān)系。
[0028] 圖8本發(fā)明裝置與現(xiàn)有常規(guī)設(shè)計(jì)的分流誤差對(duì)比。
[0029] 圖9本發(fā)明裝置與常規(guī)設(shè)計(jì)的分沙誤差對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。下述實(shí)施例僅用于示例性說(shuō)明， 不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。除非特別說(shuō)明，下述實(shí)施例中使用的設(shè)備材料和方法為本領(lǐng) 域常規(guī)使用的設(shè)備材料和方法。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 本實(shí)施例提供一種適用于均勻分流的裝置，柱形設(shè)計(jì)，為國(guó)內(nèi)廣泛采用的圓筒形。
[0033] 見(jiàn)附圖2所示，所述裝置由分流裝置1、導(dǎo)流管2、分流管3、排空閥4和集流池5組成， 分流裝置1的底部與排空閥4相連，其中，導(dǎo)流管2將徑流輸送至分流裝置1的幾何中心位置， 在分流裝置1四周均勻布設(shè)若干個(gè)分流管3,所有分流管3必須管長(zhǎng)相同，并在同一水平面 上，集流池5與其中一個(gè)分流管3相接。
[0034]圓柱的直徑為0.9m，高0.8m，9個(gè)〇 38mm的分流管均勻分布在分流裝置的四周，所 述分流管的管長(zhǎng)均為0. lm，與底面距離均為0.6m。
[0035] 1 ? "中心進(jìn)流"的實(shí)施驗(yàn)證試驗(yàn)
[0036] 按比例把水和泥沙配制成與相似度較高的徑流，通過(guò)導(dǎo)流管輸送到分流裝置。如 附圖4所示，采用三種進(jìn)流方式進(jìn)行對(duì)比，分析項(xiàng)目包括所有各分流管的徑流、泥沙數(shù)據(jù)，測(cè) 量進(jìn)流點(diǎn)與分流管的水平距離s，試驗(yàn)結(jié)果如附圖5、附圖6所示。
[0037] 附圖5、附圖6分別是各分流管的徑流量和含沙率分析折線圖。從圖中可以看出，采 用非中心進(jìn)流時(shí)，徑流量、含沙率發(fā)生較大范圍波動(dòng)，各分流管分流量、泥沙量均勻性差;采 用中心進(jìn)流時(shí)，徑流量、含沙率波動(dòng)較為平緩，取得較好的均勻分流效果。
[0038] 附圖7是回歸分析的結(jié)果圖。從圖中可以看出，進(jìn)流點(diǎn)與分流管的水平距離s和含 沙率呈現(xiàn)非常好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)確定系數(shù)為〇. 93，進(jìn)一步說(shuō)明采用中心進(jìn)流時(shí)，保證進(jìn)流 點(diǎn)與各分流管口的水平距離相等，可有效減少分流的差異，提高均勻分流的效果。
[0039] 2. "各分流管長(zhǎng)度相同"的實(shí)施驗(yàn)證試驗(yàn)
[0040]將配制的徑流以中心進(jìn)流的方式進(jìn)入分流裝置內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)。發(fā)明裝置的集流管和 其余分流管的長(zhǎng)度1均為0.1m;按常規(guī)徑流小區(qū)分流裝置的設(shè)計(jì)，僅增大集流管長(zhǎng)度至 0.2m、0.4m、0.8m，較其余分流管要長(zhǎng)。分析項(xiàng)目包括集流管與其余8個(gè)分流管的分流量和泥 沙量，將發(fā)明裝置試驗(yàn)結(jié)果如表1、附圖8和附圖9所示。
[0041] 采用本均勻分流技術(shù)設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行分流處理時(shí)(集流管長(zhǎng)度1 = 0. lm)，分流系 數(shù)和分沙系數(shù)在8.87~9.41之間，與理論值9較為接近，常規(guī)設(shè)計(jì)（1 = 0.2m、0.4m、0.8m)中 集流管收集的徑流量和泥沙量偏小，造成較大的分流誤差和分沙誤差，分流均勻性比發(fā)明 裝置的要差。這說(shuō)明"各分流管長(zhǎng)度相同"的分流技術(shù)可有效保證集流池收集的徑流具有高 代表性的水沙組成，有效提高了分流均勻性。
[0042] 表1本發(fā)明方法與常規(guī)設(shè)計(jì)的分流系數(shù)、分沙系數(shù)對(duì)比
[0045]將本發(fā)明方法和裝置經(jīng)實(shí)地多次試驗(yàn)使用，證明本發(fā)明裝置可達(dá)到均勻分流效 果，有效保證集流桶(池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區(qū)徑 流泥沙測(cè)驗(yàn)精度，獲取精確的、可靠的水土流失數(shù)據(jù)資料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法，經(jīng)分流裝置進(jìn)行分流，其特征在于，使 徑流從分流裝置的幾何中心進(jìn)入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進(jìn)流點(diǎn)與各分流 管的水平距離相等；同時(shí)使各分流管長(zhǎng)度相同并在同一水平面上，集流管設(shè)置與分流管相 同。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)的均勻分流方法，其特征在于，所述分流 管其中的一個(gè)為集流管，所述集流管與集流池相連接。3. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述均勻分流方法的裝置，由分流裝置、導(dǎo)流管、分流管、排空閥 和集流池組成，分流裝置底部與排空閥相連，其特征在于，導(dǎo)流管將徑流輸送至分流裝置的 幾何中心位置，在分流裝置四周均勻布設(shè)若干個(gè)分流管，所有分流管必須管長(zhǎng)相同，并在同 一水平面上，集流池與其中一個(gè)分流管相接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流管的個(gè)數(shù)為單 數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流管設(shè)置于 分流裝置的上方。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置設(shè)置有雨 蓋。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置為圓柱狀 筒體，導(dǎo)流管將徑流輸送至分流裝置的圓心位置。8. 根據(jù)權(quán)利要求3、4或7所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置設(shè) 置有雨蓋。9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置為圓柱， 圓柱的直徑為0.9m，高為0.8m;所述分流管的數(shù)量為9個(gè)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述實(shí)現(xiàn)均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流管的直徑為 Φ 38mm，所述分流管的管長(zhǎng)均為0.1 m，與底面距離均為0.6m。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK105911248SQ201610220389
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李定強(qiáng), 梁志權(quán), 卓慕寧, 謝真越, 廖義善
【申請(qǐng)人】廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所