一种室内重力侵蚀过程试验观测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种室内重力侵蚀过程试验观测系统，所述系统包括：填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统；所述填土装置、人工降雨系统以及数字地形采集系统配合搭建用于试验的特定形状的试验土体，所述土体的不同深度层中埋设有所述土壤水分传感器，所述试验土体外侧设置有沟道；所述数字地形采集系统、以及所述沟道水沙过程测控系统在人工降雨过程中，对试验土体进行监测分析试验土体的重力侵蚀。本实用新型专利技术实施例提供的室内重力侵蚀过程试验观测系统，可以全面同步获取重力侵蚀各种影响数据，对重力侵蚀过程进行高精度观测，提升观测试验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种室内重力侵蚀过程试验观测系统
本技术涉及土壤侵蚀研究
，尤其涉及一种室内重力侵蚀过程试验观测系统。
技术介绍
重力侵蚀是一种重要的土壤侵蚀类型。在黄土高原地区，随着水土保持治理措施的推进，水力侵蚀正逐步得到遏制。然而重力侵蚀的研究和防控一直没有取得大的进展，其中最主要的因素是难以对重力侵蚀的发生发展机制开展有效研究。这主要受制于重力侵蚀过程难以观测、难以量化。目前对黄土高原地区重力侵蚀过程观测主要通过如下两种方式：方式一：通过前期勘察，人工确定重力侵蚀发生几率较大的位置，然后埋设土壤水分传感器监测土壤水分变化，埋设观测桩测量地形变化，如观测桩的位移、掩埋等，确定重力侵蚀发生的规模、形态等，同时在下游设径流、泥沙过程观测站，取得径流泥沙过程数据。方式二：利用三维激光扫描仪或无人机进行重力侵蚀前后地形测量：先进行较大区域的测量，然后对发生重力侵蚀的部位进行变化后的测量，同时结合下游观测站获取水沙过程观测数据。现有的重力侵蚀过程观测方法具有如下缺点：第一、确定前期工作量大，测量过程速度慢、效率低，同时重力侵蚀发生位置、规模等的不确定性太大，难以实施有效观测，且难以观测和量化侵蚀过程，更难以有效区分次生重力侵蚀；第二、精度低，难以实现定量研究；第三、重力侵蚀发生的降雨、地形、土壤含水量、沟道水沙过程难以同步，使研究具有较大的不确定性。
技术实现思路
鉴于上述现有的重力侵蚀过程观测方案中存在的上述问题，提出了本技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的室内重力侵蚀过程试验观测系统。为了解决上述问题，本技术公开了一种室内重力侵蚀过程试验观测系统，其中，所述系统包括：填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统；所述土壤含水量监测系统包括多个土壤水分传感器以及采集各土壤水分传感器数据的数据采集器，数据采集器与控制电脑连接；所述填土装置、人工降雨系统以及数字地形采集系统配合搭建用于试验的特定形状的试验土体，所述土体的不同深度层中埋设有所述土壤水分传感器，所述试验土体外侧设置有沟道；所述数字地形采集系统包括相机阵列、同步器以及基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件；所述相机阵列排布在所述试验土体上方，用于在试验过程中拍摄所述试验土体的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，所述处理软件对所述相机阵列拍摄的地形图像进行分析，得到所述试验土体地形变化数据；所述人工降雨系统搭建在所述试验土体正上方且完全覆盖所述试验土体，用于在土堆搭建过程中、以及在重力侵蚀观测过程中提供降雨；所述沟道水沙过程测控系统用于配置试验过程中所需的含沙水流，对所述含沙水流进行调控以控制经过所述试验土体外侧沟道的水流流量；对所述沟道上游、下游中预设的取样点的水流含沙量进行监测，对所述沟道出流的流量进行监测。可选地，所述沟道水沙过程测控系统包括：水沙拌合水箱、潜污泵、变频控制系统、电磁流量计、三角堰测流系统以及水流量含沙量测量装置；所述水沙拌合水箱配置试验过程中所需的含沙水流；所述潜污泵、变频控制系统和所述电磁流量计对所述含沙水流进行调控，以控制经过所述试验土体外侧沟道的水流流量；所述三角堰测流系统设置在所述沟道末端，所述三角堰测流系统对所述沟道出流的流量进行监测；所述水流量含沙量测量装置对所述沟道的上游、下游中预设的取样点的水流含沙量进行监测。可选地，土壤水分传感器分别埋设在所述试验土体的10cm深度处、20cm深度处、30cm深度处、70cm深度处、90cm深度处、120cm深度处、150cm深度处。可选地，搭建试验土体时，所述填土装置在围挡中填土，围挡中土填充完毕后，通过所述人工降雨系统提供降雨，然后干燥通风使土壤含水量控制在预设含水量范围内；反复降雨、通风干燥预设次数搭建得到试验土体轮廓。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术实施例提供的重力侵蚀过程观测系统，在室内搭建实验土堆模拟野外待观测实体地形，并搭建人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统来模拟重力侵蚀发生条件。并设置数字地形采集系统对相机阵列拍摄的地形图像进行分析，得到试验土体地形变化数据。由于各系统均是在室内搭建，因此，重力侵蚀发生位置、规模等的确定性均可控，能够对重力侵蚀过程进行有效观测，不仅突刺，试验中所设置的各系统可分别采集重力侵蚀相关的各种数据，因此，可以全面同步获取重力侵蚀各种影响数据，对重力侵蚀过程进行高精度观测，提升观测试验效率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例的一种室内重力侵蚀过程试验观测系统的结构示意图；图2是试验土体搭建相关系统的结构示意图；图3是本技术实施例三的一种室内重力侵蚀过程试验观测方法的步骤流程图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例一参照图1，示出了本技术实施例一的一种室内重力侵蚀过程试验观测系统的结构示意图。本技术实施例的室内重力侵蚀过程试验观测系统包括：填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统。其中，由于图1中已经搭建出了试验土体101，因此，在图中未示出填土装置。在具体实现过程中，填土装置与人工降雨系统、数字地形采集系统相配合，搭建用于试验的特定形状试验土体；利用填土装置堆置特定容重的土壤；利用人工降雨系统模拟自然降雨通过控制土地干湿变化塑造土壤结构，利用数字地形采集系统检查和确定试验土体地形，通过设计试验土体DEM和堆置试验土体DEM检查形状是否满足设计要求。土壤含水量监测系统包括：多个土壤水分传感器1021以及采集各土壤水分传感器数据的数据采集器(在图1中未示出)，数据采集器与控制电脑连接在图1中未示出控制电脑。数字地形采集系统包括相机阵列1031、同步器以及基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件，其中，同步器以及基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件设置在计算机1032中。在搭建试验所观测的试验土体时，在土体的不同深度层中埋设有土壤水分传感器，试验土体外侧设置有沟道104。土壤水分传感器用于对试验土体的土壤水分过程进行自动监测，数据采集器采集分别采集各土壤水分传感器检测到的土壤含水量。在整个室内重力侵蚀过程试验观测过程中，数据采集器按照第一预设时间间隔采集土壤水分传感器的数据。试验土体的面积可以为8m×12m。相机阵列1031排布在试验土体上方，用于在试验过程中拍摄试验土体的地形图像，同步器控制相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件对相机阵列拍摄的地形图像进行分析，得到试验土体地形变化数据。其中，每个地形图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内重力侵蚀过程试验观测系统，其特征在于，所述系统包括：填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统；所述土壤含水量监测系统包括多个土壤水分传感器以及采集各土壤水分传感器数据的数据采集器，数据采集器与控制电脑连接；所述填土装置、人工降雨系统以及数字地形采集系统配合搭建用于试验的特定形状的试验土体，所述土体的不同深度层中埋设有所述土壤水分传感器，所述试验土体外侧设置有沟道；所述数字地形采集系统包括相机阵列、同步器以及基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件；所述相机阵列排布在所述试验土体上方，用于在试验过程中拍摄所述试验土体的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，所述处理软件对所述相机阵列拍摄的地形图像进行分析，得到所述试验土体地形变化数据；所述人工降雨系统搭建在所述试验土体正上方且完全覆盖所述试验土体，用于在土堆搭建过程中、以及在重力侵蚀观测过程中提供降雨；所述沟道水沙过程测控系统用于配置试验过程中所需的含沙水流，对所述含沙水流进行调控以控制经过所述试验土体外侧沟道的水流流量；对所述沟道的上游、下游中预设的取样点的水流含沙量进行监测，对所述沟道出流的流量进行监测。...

【技术特征摘要】
1.一种室内重力侵蚀过程试验观测系统，其特征在于，所述系统包括：填土装置、人工降雨系统、土壤含水量监测系统、沟道水沙过程测控系统以及数字地形采集系统；所述土壤含水量监测系统包括多个土壤水分传感器以及采集各土壤水分传感器数据的数据采集器，数据采集器与控制电脑连接；所述填土装置、人工降雨系统以及数字地形采集系统配合搭建用于试验的特定形状的试验土体，所述土体的不同深度层中埋设有所述土壤水分传感器，所述试验土体外侧设置有沟道；所述数字地形采集系统包括相机阵列、同步器以及基于近景摄影和倾斜摄影测量原理的处理软件；所述相机阵列排布在所述试验土体上方，用于在试验过程中拍摄所述试验土体的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像，所述处理软件对所述相机阵列拍摄的地形图像进行分析，得到所述试验土体地形变化数据；所述人工降雨系统搭建在所述试验土体正上方且完全覆盖所述试验土体，用于在土堆搭建过程中、以及在重力侵蚀观测过程中提供降雨；所述沟道水沙过程测控系统用于配置试验过程中所需的含沙水流，对所述含沙水流进行调控以控制经过所述试验土体外侧沟道的水流流量；对所述沟道的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，赵勇，王浩，贾仰文，王英，王庆明，何国华，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11