可應用于水土保持監測的均勻分流方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可應用于水土保持監測的均勻分流方法和裝置。本發明使徑流從分流裝置的幾何中心進入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進流點與各分流管的水平距離相等；同時使各分流管長度相同，集流管設置與分流管相同。本發明可達到均勻分流效果，有效保證集流桶（池）所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區徑流泥沙測驗精度，獲取精確的、可靠的水土流失數據資料。
【專利說明】
可應用于水土保持監測的均勻分流方法和裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及水土保持監測技術領域，更具體地，涉及一種可應用于水土保持監測 的均勻分流方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 我國面臨較為嚴峻的水土流失問題。水土保持監測是開展水土流失定量研究的基 礎，通常利用徑流小區法取得試驗數據來預報和估算區域土壤侵蝕和產沙量。盡管近幾年 我國水土流失自動觀測進展較快，但是受野外水土監測現場條件影響，如電源配備、背景光 線、水溫、泥沙顆粒粒徑、泥沙化學成分、泥沙沉淤等影響，自動觀測技術的測量精度受到制 約。目前對徑流泥沙測量多數為雨后觀測，普遍采用集水池法和多孔分流法:若徑流量很小 時，可采用集流桶(池)全部收集;若徑流量很大時，可采用分流裝置測定，將小區產生的徑 流均勻分成若干份，通過集流桶(池)收集其中一份從而換算徑流總量和侵蝕量，如附圖1所 示。一般而言，一年內的水土流失量主要由少數的暴雨或大暴雨事件產生，準確地觀測大暴 雨下的徑流量、泥沙量是區域水土保持規劃的重要內容。
[0003]實踐表明，不少徑流小區分流裝置存在設計缺陷，集流桶(池)收集的徑流不能充 分代表分流后的水沙組成，徑流小區設計缺陷包括：（1)徑流泥沙進入分流裝置后，從進流 點到各分流管的水平運動流程不相同，影響泥沙在裝置內的沉降，導致徑流含沙率相差較 大；（2)僅延長某一個分流孔長度（以下簡稱為"集流管"）以便于收集徑流的目的，造成集流 管內徑流水動力參數與其余分流管的差異性很大。從以往研究來看，段海俠等 (ZL200720015666.X)發明了一種小區觀測九孔分流裝置，采用分流法，將產生的徑流分成9 份，避免了多級加裝集流設施，減少占地面積，但分流裝置的大小尺寸選擇、分流是否均勻 卻未見驗證報道。分流不均使得觀測的徑流泥沙與實際不符，影響著小區試驗數據的科學 性、廣普性。我國水利部相繼頒布《水土保持監測設施通用技術條件》(SL342-2006)和《水土 保持試驗規程》（SL419-2007)，僅對分流裝置的結構、安裝連接等方面提出要求，未詳細規 定徑流進入分流裝置的方式和集流管、分流管參數設計，不能徹底解決分流不均的問題。
[0004] 目前國內的研究方向集中在水土保持自動監測設備、小區結構、布局設計等方向， 缺乏科學的、具體的均勻分流設計的研究報道。為此，發明一種均勻分流的方法，提供能實 現均勻分流的裝置，對于彌補水土保持雨后水沙觀測技術的不足，獲取精確的徑流小區土 壤侵蝕量具有重要的意義。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是針對現有徑流小區進流點設計不合理、集流管長度設 計不合理的缺陷，提供一種可應用于水土保持監測的均勻分流方法，達到均勻分流效果，有 效保證集流桶(池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區徑流泥沙 測驗精度，獲取精確的、可靠的水土流失數據資料。
[0006] 本發明的要解決的另一技術問題是提供實現所述可應用于水土保持監測的均勻 分流方法的裝置。
[0007] 本發明的目的通過以下技術方案予以實現：
[0008] 提供一種可應用于水土保持監測的均勻分流方法，經分流裝置進行分流，使徑流 從分流裝置的幾何中心進入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進流點與各分流管的 水平距離相等;同時使各分流管長度相同。
[0009] 優選地，所述分流管其中的一個為集流管，所述集流管與集流池相連接。
[0010] 本發明采用簡單的技術手段從兩個方面實現均勻分流，一是經分流裝置的中心進 流，二是使各分流管長度相同。在分流過程中，徑流泥沙從進流點運動至分流孔后隨水流溢 出，泥沙水平運動流程對分流管內徑流含沙率有顯著的影響，若進流位置與各分流管的水 平距離各不相等時，影響分流均勻性，本發明使徑流從分流裝置的幾何中心進入，水流方向 垂直于底面，保證進流點與各分流管的水平距離相等，排除泥沙水平運動流程的不同對分 流管內徑流含沙率的影響;本
【申請人】進一步從能量的觀點進行分析研究，分流過程是一種 勢能轉化為動能的過程，分流過程的能量損失由局部損失和沿程損失組成，若簡單地延長 集流管長度以便于收集徑流，對分流過程的流態、水力參數、能量損失等會造成很大的影 響，不能有效保證分流的均勻性，現有技術的集流管與其他分流管的設置不同，本發明方法 是將分流裝置連接集流池的集流管與其他分流管設置相同，與集流池連接的分流管的長度 與其余分流管長度必須相同，有效保證分流的均勻性。
[0011] 本發明同時提供一種所述可應用于水土保持監測的均勻分流方法的裝置，所述裝 置由分流裝置、導流管、分流管、排空閥和集流池組成，分流裝置底部與排空閥相連，其中， 導流管將徑流輸送至分流裝置的幾何中心位置，在分流裝置四周均勻布設若干個分流管， 所有分流管必須管長相同，并在同一水平面上，集流池與其中一個分流管相接。
[0012] 基于本發明裝置，導流管將徑流輸送至分流裝置的中心位置，徑流以垂直于分流 裝置底面的方向進入分流裝置，在分流裝置四周均勻布設的分流管管長相同并在同一水平 面上，將徑流小區內產生的徑流均勻分割為若干份，將集流池與其中一個分流管相接，收集 徑流、泥沙進行分析。分流裝置底部與排空閥相連，用于裝置內徑流的排空。
[0013] 優選地，所述分流管的個數為單數。
[0014] 優選地，所述分流裝置設置有雨蓋，為防止雨水等進入分流箱及集流池內，影響觀 測結果，頂部設有雨蓋進行遮蓋。
[0015]優選地，所述分流裝置為圓柱狀筒體。導流管將徑流輸送至分流裝置的圓心位置。 [0016]優選地，所述導流管設置于分流裝置的上方。
[0017] 可選地，所述裝置中，分流裝置為圓柱設計，圓柱的直徑為0.9m，高為0.8m。所述分 流管的數量為9個，所述分流管的直徑為〇38mm，所述分流管的管長均為0.1m，與底面距離 均為0.6m。
[0018]本發明的有益效果如下：
[0019] 本發明從分流過程的泥沙水平運動流程對分流管內徑流含沙率影響規律、分流過 程的能量變化規律角度出發，科學設計經分流裝置的中心進流和使各分流管長度相同，排 除泥沙水平運動流程的不同對分流管內徑流含沙率的影響，減少分流對徑流流態、水力參 數、能量損失等造成的影響，有效保證分流的均勻性。
[0020] 本發明進一步提供了一種實現均勻分流的裝置，達到均勻分流效果，有效保證集 流桶（池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區徑流泥沙測驗精 度，獲取精確的、可靠的水土流失數據資料。而且本發明裝置可以在現有技術的分流裝置基 礎上進行科學改進，簡單易行，設備投資成本低，具有重要的推廣應用價值。
【附圖說明】
[0021 ]圖1徑流小區現有常規設計缺陷示意圖。
[0022]圖2本發明均勻分流裝置示意圖。
[0023]圖3本發明均勻分流技術示意圖。
[0024]圖4本發明三種進流方式的實施示意圖。
[0025] 圖5本發明方法徑流量分析折線圖。
[0026] 圖6本發明方法含沙率分析折線圖。
[0027] 圖7本發明方法進流點與分流管的距離s與含沙率的關系。
[0028] 圖8本發明裝置與現有常規設計的分流誤差對比。
[0029] 圖9本發明裝置與常規設計的分沙誤差對比。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明。下述實施例僅用于示例性說明， 不能理解為對本發明的限制。除非特別說明，下述實施例中使用的設備材料和方法為本領 域常規使用的設備材料和方法。
[0031] 實施例1
[0032] 本實施例提供一種適用于均勻分流的裝置，柱形設計，為國內廣泛采用的圓筒形。
[0033] 見附圖2所示，所述裝置由分流裝置1、導流管2、分流管3、排空閥4和集流池5組成， 分流裝置1的底部與排空閥4相連，其中，導流管2將徑流輸送至分流裝置1的幾何中心位置， 在分流裝置1四周均勻布設若干個分流管3,所有分流管3必須管長相同，并在同一水平面 上，集流池5與其中一個分流管3相接。
[0034]圓柱的直徑為0.9m，高0.8m，9個〇 38mm的分流管均勻分布在分流裝置的四周，所 述分流管的管長均為0. lm，與底面距離均為0.6m。
[0035] 1 ? "中心進流"的實施驗證試驗
[0036] 按比例把水和泥沙配制成與相似度較高的徑流，通過導流管輸送到分流裝置。如 附圖4所示，采用三種進流方式進行對比，分析項目包括所有各分流管的徑流、泥沙數據，測 量進流點與分流管的水平距離s，試驗結果如附圖5、附圖6所示。
[0037] 附圖5、附圖6分別是各分流管的徑流量和含沙率分析折線圖。從圖中可以看出，采 用非中心進流時，徑流量、含沙率發生較大范圍波動，各分流管分流量、泥沙量均勻性差;采 用中心進流時，徑流量、含沙率波動較為平緩，取得較好的均勻分流效果。
[0038] 附圖7是回歸分析的結果圖。從圖中可以看出，進流點與分流管的水平距離s和含 沙率呈現非常好的相關關系，相關確定系數為〇. 93，進一步說明采用中心進流時，保證進流 點與各分流管口的水平距離相等，可有效減少分流的差異，提高均勻分流的效果。
[0039] 2. "各分流管長度相同"的實施驗證試驗
[0040]將配制的徑流以中心進流的方式進入分流裝置內開展試驗。發明裝置的集流管和 其余分流管的長度1均為0.1m;按常規徑流小區分流裝置的設計，僅增大集流管長度至 0.2m、0.4m、0.8m，較其余分流管要長。分析項目包括集流管與其余8個分流管的分流量和泥 沙量，將發明裝置試驗結果如表1、附圖8和附圖9所示。
[0041] 采用本均勻分流技術設計的裝置進行分流處理時(集流管長度1 = 0. lm)，分流系 數和分沙系數在8.87~9.41之間，與理論值9較為接近，常規設計（1 = 0.2m、0.4m、0.8m)中 集流管收集的徑流量和泥沙量偏小，造成較大的分流誤差和分沙誤差，分流均勻性比發明 裝置的要差。這說明"各分流管長度相同"的分流技術可有效保證集流池收集的徑流具有高 代表性的水沙組成，有效提高了分流均勻性。
[0042] 表1本發明方法與常規設計的分流系數、分沙系數對比
[0045]將本發明方法和裝置經實地多次試驗使用，證明本發明裝置可達到均勻分流效 果，有效保證集流桶(池)所采集的水沙樣品充分代表分流后的水沙組成，提高徑流小區徑 流泥沙測驗精度，獲取精確的、可靠的水土流失數據資料。
【主權項】
1. 一種可應用于水土保持監測的均勻分流方法，經分流裝置進行分流，其特征在于，使 徑流從分流裝置的幾何中心進入，水流方向垂直于分流裝置的底面，保證進流點與各分流 管的水平距離相等；同時使各分流管長度相同并在同一水平面上，集流管設置與分流管相 同。2. 根據權利要求1所述可應用于水土保持監測的均勻分流方法，其特征在于，所述分流 管其中的一個為集流管，所述集流管與集流池相連接。3. -種實現權利要求1所述均勻分流方法的裝置，由分流裝置、導流管、分流管、排空閥 和集流池組成，分流裝置底部與排空閥相連，其特征在于，導流管將徑流輸送至分流裝置的 幾何中心位置，在分流裝置四周均勻布設若干個分流管，所有分流管必須管長相同，并在同 一水平面上，集流池與其中一個分流管相接。4. 根據權利要求3所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流管的個數為單 數。5. 根據權利要求3或4所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述導流管設置于 分流裝置的上方。6. 根據權利要求5所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置設置有雨 蓋。7. 根據權利要求3所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置為圓柱狀 筒體，導流管將徑流輸送至分流裝置的圓心位置。8. 根據權利要求3、4或7所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置設 置有雨蓋。9. 根據權利要求3所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流裝置為圓柱， 圓柱的直徑為0.9m，高為0.8m;所述分流管的數量為9個。10. 根據權利要求9所述實現均勻分流方法的裝置，其特征在于，所述分流管的直徑為 Φ 38mm，所述分流管的管長均為0.1 m，與底面距離均為0.6m。
【文檔編號】G01N33/24GK105911248SQ201610220389
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】李定強, 梁志權, 卓慕寧, 謝真越, 廖義善
【申請人】廣東省生態環境與土壤研究所