Устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника

Устройство для моделирования и изучения направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

Таблица
Результаты лабораторных исследований по изучению направления деформации подстилающей поверхности методом точечного источника
№ п/п	Продольный угол наклона лотка α, град.	Угол укладки образцов почвогрунта в лотке (в плане) к направлению действия струи β град.	Расход воды Qв, см3/с	Скорость истечения струи воды из насадка υв, см/с	Масса смытой почвы mn, г/с	Направление деформации образца почвогрунта γ, град.
1	18	64	2,8	28	3,40	30,0
2	18	64	5,8	58	5,93	20,0
3	18	64	6,4	64	7,53	13,0
4	18	64	7,0	70	10,40	7,0
5	18	64	9,0	90	13,9	5,0
6	13	64	3,4	34	1,5	35,0
7	13	64	6,0	60	4,6	30,0
8	13	64	6,5	65	6,6	21,0
9	13	64	9,0	90	8,3	5,0
10	13	64	15,8	158	10,4	4,0
11	7	64	2,4	24	4,3	27,0
12	7	64	6,0	60	5,2	10,0
13	7	64	6,8	68	4,3	7,0
14	7	64	8,9	89	8,1	5,0
15	7	64	9,5	95	8,5	2,0

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.