УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА Российский патент 2008 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для изучения склоновой эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии.

Известен метод источников [1], применяемый при изучении ряда физических процессов и явлений. Сущность метода сводится к следующему: на изучаемый объект воздействуют каким-либо источником, находящимся в определенных точке (точечный источник), линии (линейный источник), плоскости (плоский источник) с заданными параметрами; затем исследуется влияние этих параметров на изучаемый объект.

Нами в качестве точечного источника рассматривается струя жидкости с заданным расходом и скоростью истечения, воздействующая на деформируемую поверхность с известными характеристиками.

Цель изобретения - повышение точности определения направления деформации подстилающей поверхности.

Цель достигается тем, что устройство для моделирования и изучений направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника, содержащее сосуд с жидкостью, выполненный с возможностью изменения расхода сливающейся из сосуда жидкости, устройство снабжено шарнирной насадкой, находящейся в заданной верхней точке лотка и выполненной с возможностью направления потока воды под заданными углами, съемным наклонным лотком с перфорированным дном и шероховатой поверхностью для отделения воды, просочившейся через образцы почвогрунта, причем лоток, расположенный на раме, шарнирно установленной на неподвижной опоре, выполнен с возможностью размещения образцов почвогрунта в разной последовательности и под заданными углами, а на нижней части рамы установлен лоточек и под ним мерная емкость для сбора воды и смытой почвы.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства, на фиг.2 и 3 - вид сверху на лоток 2.

Устройство состоит из рамы 1, съемного наклонного лотка 2 с перфорированным дном 3 и шероховатой поверхностью для отделения воды, просочившейся через образец почвогрунта 4. Подача воды в лоток 2 осуществляется из сосуда Мариотта 5 постоянного напора посредством трубопровода 6 с зажимом Гофмана 7 и насадка 8. Сосуд 5 снабжен подвижной Мариоттовой трубкой 9 для поддержания постоянного напора, трубкой 10 для заполнения сосуда 5 водой, а также шкалой расхода воды 11. На выходной части лотка 2 установлены лоточек 12 и сосуд 13 для сбора воды и смытой почвы.

Устройство функционирует следующим образом. Образцы почвогрунта, взятые из пахотного или же подпахотных горизонтов, в воздушно-сухом состоянии просеиваются через сито с диаметром отверстия 1 мм и укладываются в лоток 2. Схема расположения образцов почвогрунта на лотке может быть различной: А-Б-В, Б-В-А, В-А-Б и т.д. Здесь условно обозначено: А, Б и В - тип почвы, имеющий определенную противоэрозионную стойкость, тем самым, представляющий собой отдельную эквипотенциальную поверхность. После взвешивания лоток (днище 3 перфорировано отверстиями с диаметром 0,5 мм) с образцом почвогрунта помещается в ванну с водой для капиллярного увлажнения в течение 24 ч и затем после повторного взвешивания устанавливается на раму устройства для исследования. С помощью системы постоянного напора устанавливается заданные расход воды Q_в, скорость истечения υ_в, угол наклона β насадка 8 от продольной оси лотка 2. В процессе опыта определяются расход воды Q_в, масса m_n разрушенной и вынесенной потоком почвы, продолжительность опыта.

Направление деформации образцов почвогрунта определяется путем линейных измерений, а также по фотоснимкам в плане фиг.4-7, снятым через определенное время.

Изучение направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника проводилось в лабораторных условиях. Расположение образцов почвогрунта на лотке было различным: А-Б-В, Б-В-А, В-А-Б и т.д. Здесь условно обозначено: А - песок древнеаллювиальных отложений; Б - агрегаты серой лесной почвы, просеянные на сите 1,0 мм; В - агрегаты чернозема, просеянные на сите 1,0 мм. Образцы почвогрунта, подготовленные для исследования, укладывались в лоток (в плане) под углом β к направлению действия струи воды, а угол наклона насадка 8 был равен нулю, т.е. совпадал с продольной осью лотка 2. В результате было исключено влияние угла наклона α лотка на направление течения струи воды. Результаты исследований приведены в таблице.

Изучение направления деформации почвы на предлагаемом устройстве показало, что направление деформации (угол отклонения γ микрорусла от продольной оси лотка) зависит от скорости истечения υ_в воды из насадка: при достаточно больших значениях υ_в, угол отклонения γ микрорусла от продольной оси лотка незначителен, но тем не менее при пересечении микрорусла одной эквипотенциальной поверхности другой наблюдается заметное изменение направления деформации; снижение скорости истечения υ_в приводит к существенному отклонению микрорусла от продольной оси лотка при пересечении эквипотенциальных поверхностей, а при малых скоростях υ_в микрорусло пересекает эквипотенциальные поверхности практически под прямым углом.

Использование устройства для моделирования направления деформации подстилающей поверхности позволяет точно определить направление деформации подстилающей поверхности, следовательно, прогнозировать склоновую эрозию и разрабатывать эффективные мероприятия по сокращению склонового стока атмосферных осадков.

Литература

1. Чудновский А.Ф. Физика теплообмена в почве. Л. - М.: ОГИЗ Гостехиздат, 1948, 220 с.

ТаблицаРезультаты лабораторных исследований по изучению направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника№ п/пПродольный угол наклона лотка α, град.Угол укладки образцов почвогрунта в лотке (в плане) к направлению действия струи β град.Расход воды Q_в, см³/сСкорость истечения струи воды из насадка υ_в, см/сМасса смытой почвы m_n, г/сНаправление деформации образца почвогрунта γ, град.118642,8283,4030,0218645,8585,9320,0318646,4647,5313,0418647,07010,407,0518649,09013,95,0613643,4341,535,0713646,0604,630,0813646,5656,621,0913649,0908,35,010136415,815810,44,0117642,4244,327,0127646,0605,210,0137646,8684,37,0147648,9898,15,0157649,5958,52,0

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для изучения склоновой эрозии. Устройство содержит сосуд Мариотта постоянного напора. С целью повышения точности определения направления деформации подстилающей поверхности, устройство снабжено шарнирной насадкой, находящейся в заданной верхней точке лотка и выполненной с возможностью направления потока воды под заданными углами, съемным наклонным лотком с перфорированным дном и шероховатой поверхностью для отделения воды, просочившейся через образцы почвогрунта. При этом лоток, расположенный на раме, шарнирно установлен на неподвижной опоре и выполнен с возможностью размещения образцов почвогрунта в разной последовательности и под заданными углами, а на нижней части рамы установлен лоточек и под ним мерная емкость для сбора воды и смытой почвы. Устройство позволяет повысить точность определения направления деформации подстилающей поверхности. 1 табл., 7 ил.

Устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника, содержащее сосуд Мариотта постоянного напора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения направления деформации подстилающей поверхности, устройство снабжено шарнирной насадкой, находящейся в заданной верхней точке лотка и выполненной с возможностью направления потока воды под заданными углами, съемным наклонным лотком с перфорированным дном и шероховатой поверхностью для отделения воды, просочившейся через образцы почвогрунта, причем лоток, расположенный на раме, шарнирно установленной на неподвижной опоре, выполнен с возможностью размещения образцов почвогрунта в разной последовательности и под заданными углами, а на нижней части рамы установлен лоточек и под ним мерная емкость для сбора воды и смытой почвы.