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原文传递一种用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置

专利名称：	一种用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置
摘要：	本发明公开了一种用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，该装置包括移动式试验棚、沟头实验小区主体、供水与放水装置、模拟降雨装置、径流泥沙观测装置、重力侵蚀观测装置和地形观测装置七个部分。通过移动试验棚为沟头溯源侵蚀研究提供了便利，为各种侵蚀过程的观测提供了光线等室内试验条件；通过基于照片的三维重建技术还原侵蚀地形的三维状况，为研究溯源侵蚀沟头形态演化过程提供便利；通过地貌仪观测系统将各次重力侵蚀事件从水蚀中分离，为量化研究重力侵蚀对溯源侵蚀过程影响提供了有利手段。通过多种观测设备观测黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀过程中水沙变化过程、重力侵蚀占比、沟道拓宽规律及沟头侵蚀地形形态演化过程。
专利类型：	发明专利
申请人：	西北农林科技大学
发明人：	郭明明;王文龙;崔志强;康宏亮;史倩华;白芸;李建明;纪丽静
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T07:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010014091.X
公开号：	CN111157437A
代理机构：	北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司
代理人：	韩晶
分类号：	G01N17/00;G;G01;G01N;G01N17;G01N17/00
申请人地址：	712100 陕西省咸阳市杨凌示范区邰城路3号
主权项：	1.一种用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，包括移动式试验棚(6)、沟头实验小区主体(3)、供水与放水装置(1)、模拟降雨装置(2)、径流泥沙观测装置(4)、重力侵蚀观测装置(5)和地形观测装置(7)七个部分。 2.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，移动式试验棚(6)采用伸缩式野外用防水帐篷改装而成；在坡度较大地势较低处安装立柱伸缩架(6-2)和加长立柱，加长柱上设置螺栓组和等间距的连接孔，根据实际需要调节高度，帐篷立柱通过与不同高度连接孔和螺栓固定，从而达到试验高度要求；立柱固定在由水泥砌成的立柱墩上(6-1)，试验棚棚顶四个角点通过固定绳(6-4)固定在地面上，棚顶和四周采用不透光遮雨布覆盖(6-3)。 3.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，沟头试验小区主体(3)地形由塬面、沟头和沟床3部分组成，这3部分尺寸根据研究区地形地貌特征和实际试验需要切出或回填土重塑出槪化试验小区，沟头地形在移动式试验棚中进行；为了便于径流的集中，将塬面和沟床部分的横断面修成微凹形状，小区边界采用水泥砖砌成与周围环境隔开，小区内侧墙面采用水泥抹面防止水分在小区内外运动；每次试验结束后，试验小区边界能重复利用；小区边界面向地形内侧面上标记长度刻度，以供地形数据处理建模时坐标定位和塬面径流观测使用；对于回填土重塑槪化小区，土壤装入前将土壤过2cm筛除去石砾，根系，过筛后的土壤每10cm一层分层装填，各土层之间打毛处理，顶部5cm土层在装填前喷施石灰水以促进表层结皮的形成；装填完毕后对小区进行雨强15mm/h的降雨至产流，反复降雨3～5次，每次降雨间隔4小时，使水分逐渐渗入到设计的土层深度；为研究沟头溯源侵蚀过程中孔隙水压力的变化，在小区边界外侧沿沟头水平和垂直方向等间距布设5cm孔隙水压力计放置孔(3-1)。 4.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，供水与放水装置(1)包括供水池(1-1)-引水管道-阀门组(1-2)、供水管流量计(1-3)、消能室(1-5)和溢流室(1-4)；消能室与溢流室布设在塬面正前方，溢流室出水平面与塬面顶端部分处以同一水平面，消能室与溢流室被挡水墙隔开，在挡水墙等间距设置溢水孔(1-7)以便于水流平稳的从消能室进入溢流室；供水池-引水管道-阀门组主要是由潜水泵(1-6)抽取试验用水通过管道和流量计进入消能室，在管道安装三通装置将多余的水引入水源地，通过调节“三通”装置中的阀门组调节流量，在水管进入消能池端安装流量监测装置以便于准确率定试验流量，水流经消能池消能后进入溢流池，后溢入沟头试验地形。 5.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，模拟降雨装置(2)包括降雨供水管道-阀门组-压力表、多喷头组装式下喷式降雨器和降雨器支撑装置；降雨器支撑装置根据钢制升降架改装而成，降雨器搭建在支撑装置上，并根据试验要求的降雨高度调节升降高度以达到喷头距离侵蚀对象的高度；采用潜水泵抽取过滤后的清水以供降雨器使用，在进入降雨器的供水管道上安装阀门组(2-2)和压力表(2-3)以调节和指示降雨强度；降雨器则是由多个独立、组装的构件组成，根据试验要求各个构件组装不同尺寸的单个回形联通式降雨管网，在降雨管网的回形管道上等间距交叉设置下喷式喷头(2-1)，通过调换喷头和阀门组调节雨强。 6.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，径流泥沙观测装置主要包括三角集流槽(4-2)和径流泥沙观测桶(4-1)；三角集流槽设置于沟床末端，两侧采用混泥土固定并与沟床保持同一坡度；在集流槽三角出口正下方设置径流泥沙观测桶，观测桶标记毫米精度的刻度尺以观测径流泥沙水位动态变化。 7.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，重力侵蚀观测装置包括地貌仪(5-1)和视频采集装置(5-2)；视频采集装置由高清摄像头和视线校准器组成，激光笔为视线校准器核心部件固定在支撑架内，摄像头中线点与激光线保持同一水平线，视频采集器沿着小区宽度方向滑动，固定架沿着小区长度方向滑动，通过调节激光笔和固定架位置使激光笔发射的激光线路处于塬面和沟头交界线的中心位置且垂直于地面；地貌仪布设在沟头立壁中心线的正前方，地貌仪中心激光发射线与沟头立壁水平中线齐平吻合；地貌仪开启后激光线在沟头立壁上形成等间距的激光线。 8.根据权利要求1所述的用于沟头溯源侵蚀过程的观测装置，其特征在于，地形监测装置由塬面视频采集装置(7-1)与三维重建技术相结合的方式呈现侵蚀地形的三维形态；塬面视频采集装置包括高清摄像头和支撑架，实验过程将高清摄像头通过支撑架布设在小区中心位置上方录制整个实验过程，通过俯视视频截取不同侵蚀时段的沟道发育状况图片，通过室内分析勾勒沟沿线位置；试验结束后，使用配备50mm定焦镜头的数码相机围绕小区一周采集侵蚀后的照片，保证相邻照片重合度在60％以上且三维建模标靶(7-2)需在照片中出现并能被识别，将照片导入Agisoft Photoscan软件中实现三维重建，并导出侵蚀地形的DEM，此后在ArcGIS中提取地形指标。
所属类别：	发明专利