本申请公开了一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法，该土壤管道流输沙能力模拟试验装置包括土壤管道流模拟管、混合漏斗、接收容器、称重器以及多个压力传感器，土壤管道流模拟管的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各压力传感器沿土壤管道流模拟管的延伸方向依次间隔设置于土壤管道流模拟管上，混合漏斗的进料口加入沙子和水流，并在混合漏斗内混合形成含沙水流，混合漏斗的出料口与土壤管道流模拟管的一端连接，土壤管道流模拟管的另一端与接收容器连接，且接收容器放置于称重器上。本申请解决了缺少定量研究土壤管道流的试验装置的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法
本申请涉及土壤侵蚀及泥沙运移规律试验研究领域，具体而言，涉及一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法。
技术介绍
土壤管道流引起的土壤侵蚀过程发生在地下，具有隐蔽性且不容易被地表监测所发现，因此，在过去的研究工作中一直被忽视，但其对流域内的侵蚀产沙过程具有重要的贡献。与地表薄层径流和沟道内的明渠流不同，土壤管道流的特性和输沙规律明显不同，特别是土壤管道内粗糙的不均匀性质，其水流特性和输沙规律会存在明显差异。在土壤管道内，当径流输沙能力达到饱和输沙能力，泥沙颗粒就会在土壤管道内发生沉积，而当沉积过程不断积累，土壤管道则会发生堵塞，进而引发堵塞处水压力不断增强，最终水压力冲开堵塞，这一过程不断循环往复，会在出水口处监测到忽大忽小的流量和差异明显的产沙量。然而目前针对这一过程的定量化机理研究相对较少，还无法通过模拟试验定量研究土壤管道流的输沙规律以及找出临界输沙能力，更无法定量描述土壤管道流的输沙过程，严重阻碍对土壤管道流的研究。针对相关技术中缺少定量研究土壤管道流的试验装置的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法，以解决缺少定量研究土壤管道流的试验装置的问题。为了实现上述目的，本申请提供了一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置。根据本申请的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，包括土壤管道流模拟管、对沙子和水流进行混合的混合漏斗、接收容器、称重器以及多个压力传感器，其中：所述土壤管道流模拟管的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各所述压力传感器沿所述土壤管道流模拟管的延伸方向依次间隔设置于所述土壤管道流模拟管上，所述混合漏斗的进料口加入沙子和水流，并在所述混合漏斗内混合形成含沙水流，所述混合漏斗的出料口与所述土壤管道流模拟管的一端连接，所述土壤管道流模拟管的另一端与所述接收容器连接，且所述接收容器放置于所述称重器上。进一步的，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括数据采集器和上位机，所述称重器的检测信号输出端和各所述压力传感器的检测信号输出端分别与所述数据采集器检测信号接收端电性连接，所述数据采集器与所述上位机通信连接。进一步的，所述混合漏斗的顶部扩口端为所述混合漏斗的进料口，所述混合漏斗的底部缩口端为所述混合漏斗的出料口；所述混合漏斗上开设有与所述混合漏斗的内部相连通的溢流口。进一步的，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括向所述混合漏斗内添加沙子的加沙装置和向所述混合漏斗内泵入水流的水泵，所述加沙装置设置于所述混合漏斗的进料口的上方，所述水泵的出水口通过输水管道与所述混合漏斗的进料口连接。进一步的，所述土壤管道流模拟管为沿水平方向设置透明长管。进一步的，所述土壤管道流模拟管采用透明塑料制成。进一步的，所述土壤管道流模拟管的内壁上粘附的沙粒的粒径为0.25mm至0.35mm。为了实现上述目的，本申请另外提供了一种土壤管道流输沙能力模拟试验方法。根据本申请的土壤管道流输沙能力模拟试验方法，包括如下步骤：步骤S1：向混合漏斗中以稳定的速率加入沙子，同时向所述混合漏斗中持续注入足量的水流，以在所述混合漏斗与所述土壤管道流模拟管之间保持稳定的水头高度；步骤S2：所述混合漏斗内的沙子与水流混合形成流动的含沙水流，并获取所述含沙水流的径流含沙浓度；步骤S3：逐渐增加所述径流含沙浓度，并记录各径流含沙浓度下的产流速率、产沙速率、所述土壤管道流模拟管进入堵塞状态的临界径流含沙浓度以及所述土壤管道流模拟管处于堵塞状态的持续时间；步骤S4：改变所述混合漏斗与所述土壤管道流模拟管之间的水头高度，并依次按照所述步骤S1至所述步骤S3获取多组所述临界径流含沙浓度以及多组所述土壤管道流模拟管处于堵塞状态的持续时间；步骤S5：对各组所述临界径流含沙浓度以及各组所述土壤管道流模拟管处于堵塞状态的持续时间进行比较，获得并分析各水头高度条件下的土壤管道流的挟沙能力。进一步的，所述步骤S1中，向所述混合漏斗中注入足量的水流能够保证所述混合漏斗始终处于溢流状态。进一步的，所述步骤S2中，通过称重器接取所述含沙水流，并称量所述含沙水流中的径流量和泥沙含量，进而获得所述含沙水流中的径流含沙浓度。在本申请实施例中，在土壤管道流模拟管的内壁上粘附沙粒，用以模拟土壤管道环境，土壤管道流模拟管与混合漏斗连接，通过混合漏斗对沙子和水流进行混合并形成含沙水流，由于在土壤管道流模拟管的延伸方向依次间隔设置于多个压力传感器，含沙水流在通过土壤管道流模拟管过程中，通过透明管目测以及通过各压力传感器采集到的压力数据可实时监测土壤管道流模拟管内是否发生堵塞，并通过称重器可获取含沙水流中的径流含沙浓度、产流速率以及产沙速率，通过多组不同水头高度条件下土壤管道流模拟管进入堵塞状态的临界径流含沙浓度以及土壤管道流模拟管处于堵塞状态的持续时间，即可达到获取不同边界条件下土壤管道流的挟沙能力的目的，本专利技术对土壤管道流模拟管内不同位置的压力进行实时监测，能够动态描述土壤管道流模拟管中发生的由沉积至堵塞，再由堵塞引起压力上升至冲开堵塞位置，最后再沉积的整个过程，从而通过模拟试验的方式定量研究土壤管道流的输沙规律并顺利找出临界输沙能力，进而解决了缺少定量研究土壤管道流的试验装置的技术问题。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本专利技术土壤管道流输沙能力模拟试验装置的结构示意图；图2是本专利技术土壤管道流输沙能力模拟试验装置的电气结构框图；图3是本专利技术土壤管道流输沙能力模拟试验装置中各压力传感器的压力值变化示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置包括土壤管道流模拟管(1)、对沙子和水流进行混合的混合漏斗(3)、接收容器(4)、称重器(8)以及多个压力传感器(2)，其中：/n所述土壤管道流模拟管(1)的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各所述压力传感器(2)沿所述土壤管道流模拟管(1)的延伸方向依次间隔设置于所述土壤管道流模拟管(1)上，所述混合漏斗(3)的进料口加入沙子和水流，并在所述混合漏斗(3)内混合形成含沙水流，所述混合漏斗(3)的出料口与所述土壤管道流模拟管(1)的一端连接，所述土壤管道流模拟管(1)的另一端与所述接收容器(4)连接，且所述接收容器(4)放置于所述称重器(8)上。/n
【技术特征摘要】
1.一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置包括土壤管道流模拟管(1)、对沙子和水流进行混合的混合漏斗(3)、接收容器(4)、称重器(8)以及多个压力传感器(2)，其中：
所述土壤管道流模拟管(1)的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各所述压力传感器(2)沿所述土壤管道流模拟管(1)的延伸方向依次间隔设置于所述土壤管道流模拟管(1)上，所述混合漏斗(3)的进料口加入沙子和水流，并在所述混合漏斗(3)内混合形成含沙水流，所述混合漏斗(3)的出料口与所述土壤管道流模拟管(1)的一端连接，所述土壤管道流模拟管(1)的另一端与所述接收容器(4)连接，且所述接收容器(4)放置于所述称重器(8)上。
2.根据权利要求1所述的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括数据采集器(7)和上位机(9)，所述称重器(8)的检测信号输出端和各所述压力传感器(2)的检测信号输出端分别与所述数据采集器(7)检测信号接收端电性连接，所述数据采集器(7)与所述上位机(9)通信连接。
3.根据权利要求1所述的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述混合漏斗(3)的顶部扩口端为所述混合漏斗(3)的进料口，所述混合漏斗(3)的底部缩口端为所述混合漏斗(3)的出料口；
所述混合漏斗(3)上开设有与所述混合漏斗(3)的内部相连通的溢流口(301)。
4.根据权利要求3所述的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括向所述混合漏斗(3)内添加沙子的加沙装置(5)和向所述混合漏斗(3)内泵入水流的水泵(6)，所述加沙装置(5)设置于所述混合漏斗(3)的进料口的上方，所述水泵(6)的出水口通过输水管道与所述混合漏斗(3)的进料口连接。
5.根据权利要求1所述的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，其特征在于，所述土壤管道流模...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐锡蒙，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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