一種「二元」結構孔隙流的模擬裝置的製作方法

2023-12-06 00:03:56 2

本實用新型涉及孔隙流模擬裝置領域，具體涉及一種「二元」結構孔隙流的模擬裝置。

背景技術：

大孔隙流的研究是目前土壤水運動機理的研究熱點，標誌著土壤物理學研究由均質走向非均質領域。大孔隙流是一種優先流，土壤大孔隙中的水流可以繞過周圍大部分土壤基質並且短時間內到達土壤深層，產生大孔隙流，此時的非均質流不再符合達西定律，土壤水分的流速和流量遠大於達西定律描述下的運動特性。

在青藏高原區域，土壤往往由大塊卵礫石和沙土組成，而這種土壤類型易形成土壤大孔隙，這也是導致高原區洪水頻發的根本原因，因此對於青藏高原區土壤的模擬為青藏高原區易形成洪水的原因提供理論支撐。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述不足，本實用新型提供的「二元」結構孔隙流的模擬裝置提供了對青藏高原區易形成洪水的原因的理論支撐。

為了達到上述發明目的，本實用新型採用的技術方案為：

提供一種「二元」結構孔隙流的模擬裝置，其包括透明箱、設置在透明箱正上方的人工模擬降雨器，設置在透明箱旁的高速攝像機，以及設置在透明箱內的「二元」結構土柱。

進一步地，「二元」結構土柱包括填充在透明箱底部的破碎基巖層，破碎基巖層上的砂礫層，以及砂礫層上的植被土壤層。

進一步地，透明箱為1x1x1.5m的有機玻璃箱，透明箱的上端無蓋，箱底設置有排水孔。

進一步地，破碎基巖層的填充厚度為48-52cm。

進一步地，砂礫層的填充厚度為28-32cm。

進一步地，植被土壤層的填充厚度為18-22cm。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型可以模擬青藏高原區域的土壤分層結構，利用染色示蹤與剖面圖像解譯相結合的方法，探討「二元」土壤結構空隙中的水流運動模式，為青藏高原區易形成洪水的原因提供理論支撐。與現有技術相比，本實用新型結構簡單，便於操作，可實現「二元」土壤結構空隙中的水流運動的全過程實時動態觀測。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為透明箱的剖視圖。

其中：1、透明箱；11、植被土壤層；12、砂礫層；13、破碎基巖層；2、人工模擬降雨器；3、高速攝像機。

具體實施方式

下面對本實用新型的具體實施方式進行描述，以便於本技術領域的技術人員理解本實用新型，但應該清楚，本實用新型不限於具體實施方式的範圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本實用新型的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本實用新型構思的發明創造均在保護之列。

如圖1和圖2所示，該「二元」結構孔隙流的模擬裝置包括透明箱1、設置在透明箱1正上方的人工模擬降雨器2，以及設置在透明箱1旁的高速攝像機3；透明箱1設置成1x1x1.5m的有機玻璃箱，透明箱1的上端無蓋，箱底設置有排水孔，透明箱1的底部填充有破碎巖石並形成破碎基巖層13，破碎基巖層13的填充厚度為48-52cm，且優先設置為50cm；破碎基巖層13上填充有砂礫並形成砂礫層12，砂礫層12的填充厚度為28-32cm，且優先設置為30cm；砂礫層12上填充有土壤並形成植被土壤層11，植被土壤層11的填充厚度為18-22cm，優先設置為20cm，其土壤採用青藏高原野外原狀土。

在具體實施過程中，人工降雨模擬器2的有效降雨面積不小於2x2m，其雨強連續變化範圍為20-150mm/h，人工模擬降雨器2設置在透明箱1的正上方，與有機玻璃1保持5m左右的間距（可根據實際需要調節）。

高速攝像機3設置在透明箱1的側面，並保證高速攝像機3能同時攝錄植被土壤層11、砂礫層12和破碎基巖層13。

本實用新型在使用時，先將人工降雨模擬器2所噴灑的液體使用染色劑染色（染色劑可以選用亮藍、羅丹明B、螢光素、亞甲基藍或碘離子等），當染色後的溶液均勻噴灑在透明箱1內，溶液將下滲，下滲的同時會對植被土壤層11、砂礫層12和破碎基巖層13進行染色，並在透明箱1的邊緣顯示出顏色變化，高速攝像機3將該顏色的變化過程拍攝下來，並利用電腦技術和圖像分析技術確定空隙中水流的運動模式，進而模擬青藏高原地區土壤中雨水的運動模式。

綜上所述，本實用新型可以模擬青藏高原區域的土壤分層結構，探討「二元」土壤結構空隙中的水流運動模式，為青藏高原區域易形成洪水的原因提供理論支撐。本實用新型結構簡單，便於操作，可實現「二元」土壤結構空隙中的水流運動的全過程實時動態觀測。