Устройство для исследования эрозионных процессов

 

Изобретение относится к оборудованию для моделирования процессов воздействия водного потока на почву и может быть использовано в почвоведении, мелиорации, гидрологии. Цель изобретения - повышение точности учета инфильтрации воды в почву и адекватности моделируемого и природного процессов эрозии. Моделируется процесс эрозии в лотке, учитывается инфильтрация. Для чего в рабочей камере под образцом почвогрунта размещают съемный, пористый водопоглощающий элемент, контактирующий с образцом и составленный из отдельных пористых блоков, по своим гидрофизическим свойствам сравнимый с образцом почвогрунта. 2 з.п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для моделирования процессов воздействия водного потока на почву и может быть использовано в почвоведении/ мелиорации/ гидрологии.

Известны устройства для исследования эрозионных процессов/ включающие лоток/ приспособление для изменения угла наклона/ водоподводящую и отводящую системы/ оборудование для учета смываемой почвы и устройство для измерения воды/ просочившейся через образец почвогрунта/ выполненного в виде перфорированного днища и емкостей для сбора фильтрата.

Недостатком таких устройств является несоответствие фильтрации воды через образец почвогрунта процессу инфильтрации воды в почву в природных условиях/ что снижает точность полученных результатов. Указанная неадекватность обусловлена появлением/ в случае фильтрации/ неучитываемых капиллярных сил на границах раздела: нижняя поверхность образца - перфорированное днище и перфорированное днище-воздух/ что вызывает добавочное сопротивление движению фильтрата.

Известно устройство для исследования эрозионных процессов/ включающее наклонный лоток/ питатель/ успокоитель/ камеру для образца почвогрунта/ помещенную в рабочей части лотка/ регулятор расхода воды/ устройство для учета смываемой почвы и емкости с поддоном с расположенными в ней последовательно сеткой/ перфорированным листом и слоем насыпного несмачиваемого материала.

В этом устройстве природный процесс инфильтрации так же подменен процессом фильтрации через сложный фильтр. В начальный период эксперимента/ фронт воды/ перемещающийся в образце под действием сил тяжести/ отсасывающего воздействия поверхностного потока и капиллярного всасывания почвы/ испытывает добавочное воздействие сил капиллярной природы на границе с гидрофобным материалом/ а после заполнения водой порового пространства образца почвогрунта и слоя насыпного материала - на границе раздела гидрофобный материал - воздух (образование капель)/ что также влияет на точность измерения расхода воды.

Целью изобретения является повышение точности учета инфильтрации воды в почву и адекватности моделируемого и природного процессов эрозии.

Указанная цель достигается тем/ что под образцом почвогрунта установлен съемный пористый водопоглощающий элемент/ находящийся в гидравлическом контакте с почвогрунтом/ причем водопоглощающий элемент выполнен из отдельных пористых блоков/ прилегающих друг к другу/ блоки выполнены из материала имеющего гидрофизические показатели/ равные соответствующим показателям образца почвогрунта.

На фиг. 1 изображено устройство в целом/ вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 - сечение рабочей камеры А-А на фиг. 1.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из лотка 1/ в рабочей части которого герметично установлена съемная рабочая камера 2 с устройством для учета инфильтрации 3. Успокоитель 4/ гидравлически сообщенный с питателем 5/ через регулятор расхода воды 6/ установлен в головной части лотка/ а устройство для учета смытой почвы 7 - на выходной части лотка. Устройство для учета инфильтрации 3 (см. фиг. 2) состоит из водопоглощающего элемента 8/ расположенного в рабочей камере 2 под образцом 9 и контактирующего с ним. Водопоглощающий элемент 8 состоит из блоков 10 пористого гидрофильного материала/ например гипса/ имеющих шлифованные поверхности и контактирующих между собой.

Устройство работает следующим образом. Предварительно взвешенный образец почвогрунта 9 помещается в рабочую камеру 2 поверх/ уложенного в ней/ взвешенного сухого водопоглощающего элемента 8. Рабочая камера 2 герметично укрепляется в рабочей части лотка 1/ который устанавливается на заданный угол наклона. Затем подается вода от питателя 5 через регулятор расхода 6 в успокоитель 4/ а из него в лоток 1. Время начала взаимодействия воды с образцом 9 фиксируется и наблюдаются все иные параметры моделируемого процесса эрозии. Основная масса воды проходит по поверхности образца/ частично разрушая его/ попадает на выходную часть лотка 1/ а затем в устройство для учета смытой почвы 7. Малая часть потока впитывается в образец 9 и водопоглощающий элемент 8. По истечении времени эксперимента/ процесс прекращается закрытием регулятора расхода воды 6/ рабочая камера 2 снимается с лотка 1/ из нее извлекаются остаток образца и блоки 10. Количество воды в каждом блоке и остатке образца определяются весовым методом по отдельности.

Использование для учета инфильтрации водопоглощающего элемента позволяет адекватно моделировать природный процесс эрозии почвогрунтов. Составная конструкция водопоглощающего элемента позволяет определить расход воды на инфильтрацию с высокой точностью. Например/ при использовании гидрофильных гипсовых блоков массой 0/1 кг в насыщенном водой состоянии/ расход воды на инфильтрацию может быть измерен со средней относительной ошибкой менее 0/5% от общего количества фильтрата. При использовании более мелких блоков точность может быть повышена. Кроме того/ использование большого числа мелких/ сравнимых по своим гидрофизическим характеристикам (пористость/ размер пор/ гидрофильность и др.) с почвой водопоглощающих блоков/ при раздельном/ весовом определении их влажности дает дополнительную информацию о количественном распределении влаги в почве и ее динамике в процессе водной эрозии.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащее лоток, имеющий рабочую часть, в которой размещены образец почвогрунта и съемная рабочая камера с устройством для учета инфильтрации, успокоитель, гидравлически сообщенный с питателем через регулятор расхода воды, и устройство для учета смываемой почвы на выходной части потока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности учета инфильтрации воды в почву и адекватности моделируемого и природного процессов эрозии, оно снабжено съемным пористым водопоглощающим элементом, размещенным в рабочей камере под образцом почвогрунта с возможностью взаимодействия с последним.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что водопоглощающие элементы выполнены из отдельных пористых блоков, прилегающих друг к другу.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пористые блоки водопоглощающего элемента выполнены из материала, имеющего гидрофизические показатели, равные соответствующим показателям образца почвогрунта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2