1、第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.1水力侵蝕模擬試驗水力侵蝕模擬試驗3.2核素示蹤試驗核素示蹤試驗3.3野外定位觀測試驗野外定位觀測試驗 3.1水力侵蝕水力侵蝕模擬試驗模擬試驗坡面水力侵蝕模擬試驗坡面水力侵蝕模擬試驗坡溝系統水蝕模擬試驗坡溝系統水蝕模擬試驗小流域水蝕模擬試驗小流域水蝕模擬試驗第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.1.1坡面坡面水力侵蝕水力侵蝕模擬試驗模擬試驗1 .水力水力侵蝕過程發生初始階段雨滴濺蝕侵蝕過程發生初始階段雨滴濺蝕試驗試驗2 .降雨模擬試驗降雨模擬試驗3 .徑流徑流模擬試驗模擬試驗第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試

2、驗1 .雨滴雨滴濺蝕濺蝕試驗試驗1)目的目的 是是為了研究土壤與雨滴打擊力之間的定性定量關系，為保護土壤提供為了研究土壤與雨滴打擊力之間的定性定量關系，為保護土壤提供科學依據。科學依據。2)主要主要研究內容研究內容 通過通過雨滴發生塔（器）形成單個雨滴雨滴發生塔（器）形成單個雨滴 單個單個雨滴擊濺動能雨滴擊濺動能 雨滴動能雨滴動能與土壤濺蝕量的關系與土壤濺蝕量的關系 不同不同土壤濺蝕過程及其機理土壤濺蝕過程及其機理3)試驗試驗設備設備第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗2.降雨降雨模擬試驗模擬試驗1)目的目的 是是利用人工模擬降雨技術，探索不同降雨和下墊面（如地形、土壤、水利用人工模擬降雨技

3、術，探索不同降雨和下墊面（如地形、土壤、水土保持措施等）條件下，坡面土壤侵蝕過程及其機理，為建立土壤流失預報土保持措施等）條件下，坡面土壤侵蝕過程及其機理，為建立土壤流失預報模型提供基礎數據，并為坡面水土保持措施的配置提供科學依據模型提供基礎數據，并為坡面水土保持措施的配置提供科學依據。2)研究研究內容內容 是利用人工模擬降雨技術，探索不同降雨和下墊面（如地形、土壤、水土是利用人工模擬降雨技術，探索不同降雨和下墊面（如地形、土壤、水土保持措施等）條件下，坡面土壤侵蝕過程及其機理，為建立土壤流失預報模保持措施等）條件下，坡面土壤侵蝕過程及其機理，為建立土壤流失預報模型提供基礎數據，并為坡面水土保

4、持措施的配置提供科學依據。型提供基礎數據，并為坡面水土保持措施的配置提供科學依據。降雨試驗降雨試驗設備設備: 側側噴式降雨機噴式降雨機下噴下噴式降雨機式降雨機第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗 目前目前國內野外使用的降雨機大多為側噴式單噴頭降雨機，國內野外使用的降雨機大多為側噴式單噴頭降雨機，通過兩組以上降雨機的組合，可獲得通過兩組以上降雨機的組合，可獲得30 120mm/h的降雨強的降雨強度和所需的降雨面積度和所需的降雨面積。 用于用于室內降雨試驗的降雨機有從日本引進的下噴式降雨室內降雨試驗的降雨機有從日本引進的下噴式降雨機，機，從從美國引進的美國引進的Norton型降雨機和我國自行研制

5、的側噴式降雨型降雨機和我國自行研制的側噴式降雨機。機。1 降雨噴頭降雨噴頭2 拉索拉索3 角鋼支架角鋼支架4 供水管供水管 5 壓力表壓力表6 控水閥門控水閥門7 底座底座8 錨桿錨桿旋轉噴射式降雨模擬器旋轉噴射式降雨模擬器其噴水原理是其噴水原理是: 具有具有一定壓力的水流進入噴頭之后一定壓力的水流進入噴頭之后,推動噴頭內部一個螺旋形的葉片轉動推動噴頭內部一個螺旋形的葉片轉動,最后以一定的角度自噴嘴噴出最后以一定的角度自噴嘴噴出,散成雨散成雨滴下降。滴下降。 噴嘴噴嘴口徑不同口徑不同,其降雨強度也不同其降雨強度也不同,一一般噴嘴直徑越大降雨強度也越大般噴嘴直徑越大降雨強度也越大。 多個多個旋轉

6、噴射式降雨模擬器組合旋轉噴射式降雨模擬器組合,可可以形成很大面積雨場的模擬降雨。以形成很大面積雨場的模擬降雨。 穩壓穩壓水源從供水鋼管水源從供水鋼管(4) 輸入到降雨輸入到降雨器中，該鋼管既可以為降雨器噴頭提供器中，該鋼管既可以為降雨器噴頭提供水源，又起到支架的作用。旋轉噴射式水源，又起到支架的作用。旋轉噴射式噴頭噴頭(1) 位于支架的頂部，噴口向下，位于支架的頂部，噴口向下，距下墊面大約距下墊面大約7m左右。左右。 各各降雨單元的入口流量可以通過閥門降雨單元的入口流量可以通過閥門(6) 控制，流量的大小可以通過壓力表控制，流量的大小可以通過壓力表(5) 監測。監測。 盡管盡管各降雨器單元的入

7、口水壓不等，各降雨器單元的入口水壓不等，但由于控水閥門的調節作用，可以使各但由于控水閥門的調節作用，可以使各降雨噴頭的供水壓力一致降雨噴頭的供水壓力一致,以保證降雨以保證降雨的均勻性。的均勻性。 降雨降雨器單元可以隨意移動器單元可以隨意移動,通過錨桿通過錨桿(8) 固定，可以將降雨器安放在模型試驗所固定，可以將降雨器安放在模型試驗所需的任意位置。需的任意位置。1 穩壓水池穩壓水池 2 潛水泵潛水泵 3 分流管分流管 4 閥門閥門 5 壓壓力表力表 6供水管供水管 7 降雨器降雨器 8 支架支架 9 擋雨蓬擋雨蓬 10 拉繩拉繩 11 下墊面模型下墊面模型 12 排水孔排水孔 13 徑流桶徑流桶

8、 14 尾管尾管 15 堵頭堵頭管網式降雨模擬試驗系統管網式降雨模擬試驗系統 該該系統由降雨器系統由降雨器(7) 、支架、支架(8) 以及供以及供水系統水系統3 部分組成部分組成,支架由角鋼和槽鋼焊支架由角鋼和槽鋼焊制制,高高410 m. PVC 管制成的降雨模擬器放管制成的降雨模擬器放置于支架的頂部置于支架的頂部,噴孔直徑噴孔直徑1mm ,相鄰噴相鄰噴孔間距孔間距10 cm. 該降雨系統由潛水泵該降雨系統由潛水泵(2)供供水水. 為為保證供水壓力的穩定保證供水壓力的穩定:潛水泵的電潛水泵的電源經過穩壓器以防電流波動源經過穩壓器以防電流波動;水源不斷水源不斷向穩壓水池向穩壓水池(1) 供水供水

9、,以保持水面穩定以保持水面穩定. 雨強值通過壓力表雨強值通過壓力表(5) 監測監測. 調節分流調節分流管上的控水閥門管上的控水閥門(4) ,可以改變雨強的可以改變雨強的大小大小. 為了為了避免降雨穩定前雨水對水土流失避免降雨穩定前雨水對水土流失量的影響量的影響,可用帆布擋雨蓬可用帆布擋雨蓬(9) 將初始降將初始降雨擋住雨擋住,等降雨穩定后將擋雨蓬收攏等降雨穩定后將擋雨蓬收攏;降降雨試驗結束時雨試驗結束時,迅速拉開擋雨蓬迅速拉開擋雨蓬,擋住雨擋住雨水水,然后關閉電閘然后關閉電閘,以避免降雨器內殘余以避免降雨器內殘余水流對水土流失的水流對水土流失的影響。影響。 為為防止噴孔被雜質堵塞影響降雨的均防

10、止噴孔被雜質堵塞影響降雨的均勻性勻性,每次降雨試驗前先排放尾管每次降雨試驗前先排放尾管(14)內內含雜質的積水含雜質的積水;然后將降雨器內的水壓調然后將降雨器內的水壓調到較大值到較大值,把積存在降雨器內的雜質沖出。把積存在降雨器內的雜質沖出。槽式下噴降雨器槽式下噴降雨器1驅動電機驅動電機 2電磁離合器電磁離合器 3四連桿機構四連桿機構 4噴頭噴頭 5降雨隔罩降雨隔罩 6供水管道供水管道 7潛水泵潛水泵 8溢流管溢流管 9上上水水針孔式降雨器針孔式降雨器徑流小區水泵供水壓力表控制閥直立輸水管道噴頭匯流槽試驗土壤單位:mm第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.徑流模擬試驗徑流模擬試驗利用利用水

11、槽試驗裝置研究不同水流侵蝕過程及其水流搬運能水槽試驗裝置研究不同水流侵蝕過程及其水流搬運能力力；通過通過人工建造細溝發育初期模型，利用人工徑流沖刷試驗人工建造細溝發育初期模型，利用人工徑流沖刷試驗研究細溝侵蝕過程研究細溝侵蝕過程；通過通過人工建造淺溝發育初期模型，利用人工徑流沖刷人工建造淺溝發育初期模型，利用人工徑流沖刷試驗試驗 研究研究淺溝侵蝕過程淺溝侵蝕過程；利用利用徑流沖刷試驗研究坡面土壤侵蝕方式（主要是片蝕、徑流沖刷試驗研究坡面土壤侵蝕方式（主要是片蝕、細溝、淺溝）、演變過程細溝、淺溝）、演變過程；設計設計匯流沖刷試驗研究坡面土壤侵蝕。匯流沖刷試驗研究坡面土壤侵蝕。第三章第三章 水力侵

12、蝕試驗水力侵蝕試驗徑流徑流模擬試驗模擬試驗用于徑流模擬降雨試驗設備用于徑流模擬降雨試驗設備為：為：不同不同尺寸的水流槽、模擬尺寸的水流槽、模擬層流或股流沖刷的實驗設備及徑流泥沙采集裝置。水流槽主層流或股流沖刷的實驗設備及徑流泥沙采集裝置。水流槽主要用于室內試驗，而模擬層流或股流沖刷試驗設備，既用于要用于室內試驗，而模擬層流或股流沖刷試驗設備，既用于室內，也用于野外。室內，也用于野外。放水流量的放水流量的設計：設計：應應由研究區次侵蝕性降雨量、降雨強度由研究區次侵蝕性降雨量、降雨強度和降雨歷時而確定。和降雨歷時而確定。模擬降雨試驗模擬降雨試驗設計：設計：應應由研究內容確定，設計試驗重復次由研究內

13、容確定，設計試驗重復次數不應少于數不應少于2次。次。第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.1.2坡坡溝系統水蝕溝系統水蝕模擬試驗模擬試驗1.降雨模擬試驗降雨模擬試驗2.匯流匯流模擬試驗模擬試驗第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.1.2坡坡溝系統水蝕溝系統水蝕模擬試驗模擬試驗1）目的：）目的：利用利用模擬降雨技術，并結合模擬坡面匯流試驗設備，模擬降雨技術，并結合模擬坡面匯流試驗設備，通過建立不同比例尺坡溝系統實體模型，獲取次降雨條件下坡溝通過建立不同比例尺坡溝系統實體模型，獲取次降雨條件下坡溝系統侵蝕產沙過程，定量評價坡溝系統侵蝕產沙來源，為建立土系統侵蝕產沙過程，定量評價坡溝系統侵蝕

14、產沙來源，為建立土壤侵蝕預報模型奠定基礎壤侵蝕預報模型奠定基礎,并為水土保持綜合治理提供科學依據并為水土保持綜合治理提供科學依據。2）研究內容：）研究內容：坡溝系坡溝系統產流和匯流分析；坡溝系統侵蝕產沙過統產流和匯流分析；坡溝系統侵蝕產沙過程；坡面匯流對坡溝系統侵蝕產沙貢獻分析；坡溝系統泥沙來源程；坡面匯流對坡溝系統侵蝕產沙貢獻分析；坡溝系統泥沙來源分析等；分析等；3）試驗設備：）試驗設備：利用模擬降雨技術，并結合模擬坡面匯流試驗設利用模擬降雨技術，并結合模擬坡面匯流試驗設備，通過建立不同比例尺坡溝系統實體模型，獲取次降雨條件下備，通過建立不同比例尺坡溝系統實體模型，獲取次降雨條件下坡溝系統侵

15、蝕產沙過程，定量評價坡溝系統侵蝕產沙來源，為建坡溝系統侵蝕產沙過程，定量評價坡溝系統侵蝕產沙來源，為建立土壤侵蝕預報模型奠定基礎立土壤侵蝕預報模型奠定基礎,并為水土保持綜合治理提供科學依并為水土保持綜合治理提供科學依據。據。第三章第三章 水力侵蝕試驗水力侵蝕試驗3.1.3小流域小流域水蝕模擬試驗水蝕模擬試驗1）目的）目的 是是利用模擬降雨技術，通過建立不同比例尺小流域實體模型，利用模擬降雨技術，通過建立不同比例尺小流域實體模型，研究次降雨條件下小流域侵蝕產沙過程，定量評價小流域產沙來研究次降雨條件下小流域侵蝕產沙過程，定量評價小流域產沙來源，為建立土壤侵蝕預報模型奠定基礎，并為水土保持綜合治理源，為建立土壤侵蝕預報模型奠定基礎，并為水土保持綜合治理提供科學依據提供科學依據。2）研究）研究內容內