КЮВЕТА ДЛЯ ОТБОРА ПОЧВЕННОГО МОНОЛИТА И ИССЛЕДОВАНИЯ ЕГО ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ В ЭРОЗИОННОМ ЛОТКЕ

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к вспомогательному лабораторному измерительному оборудованию, и может быть использована для отбора проб почвы и в процессе исследования эрозионной стойкости почвы водному потоку, организованному в эрозионном лотке.
Уровень техники
Известные кюветы (или иные емкости) для исследования почвы в водном потоке в эрозионном лотке в общем случае имеют основание, закрытое контуром бортов (Эрозия и охрана почв: учебник для вузов /М. С. Кузнецов, Г. П. Глазунов. - 3-е изд., испр, и доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2019-387 с. (стр.175, рис.3.2, 10-кассета с образцом, 11-дно лотка)).
Заполняют такие кюветы насыпным способом. Почвенный образец в результате получается рыхлым, что не соответствует естественному состоянию почвы и не даёт возможности получать её действительные эрозионные характеристики в ненарушенном, естественном состоянии.
Для отбора проб почвы в общем случае применяют цилиндрическую трубу с заостренной режущей кромкой, снабженную приспособлением для извлечения пробы в виде трехстержневой вилки и ручки (патент РФ № 2534139).
Однако, монолиты, вырезанные таким образом, не пригодны для проведения исследований в эрозионном лотке
В источнике https://studme.org/355715/geografiya/printsip_deystviya_ustroystvo_srednego_erozionnogo_lotka описана конструкция среднего эрозионного лотка, в котором  имеется приемная камера, представляющая собой выемку в желобе лотка, по которому направляют водный поток. В такой приемной камере лотка устанавливают кассету с вырезанным пластом почвы (монолит) с ненарушенной структурой или кювету с насыпным образцом. Кассеты, выполненные в виде неразъёмных замкнутых рам, предназначены для работ с крупными монолитами большой высоты (15-20 см). Отбор таких монолитов представляет собой трудоёмкий процесс. Необходимо обкопать будущий монолит по контуру кассеты и на образованный почвенный столб надеть кассету.
В патентной публикации SU 979936 также раскрыта конструкция эрозионного лотка с кассетой, предназначенной для размещения монолитного почвенного образца. Кассета выполнена неразъемной, что создает неудобства при размещении в ней монолитного образца почвы. Кроме того, по требованиям регламента исследований, монолитный образец должен занимать весь объем такой кассеты, без зазоров, что также накладывает определенные ограничения и сложности в реализации исследований почвы с использованием известной кассеты.
Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемой полезной модели, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам, за счет создания унифицированного устройства, которое может быть использовано для отбора проб монолитных почвенных образцов с последующим проведением исследований отобранного образца на эрозионную стойкость. Проба почвы с ненарушенной структурой формируется непосредственно в заявляемой кювете в процессе ее отбора. Кювету с пробой впоследствии помещают в приемную камеру (или специальную выемку, предусмотренную конструкцией) эрозионного лотка для дальнейших исследований. После окончания исследований кювета с почвой легко изымается из приемной камеры, после чего почвенный образец может быть утилизирован.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой модели, заключается в упрощении процесса исследований почвы на эрозионную стойкость за счет создания и использования универсального устройства, обеспечивающего возможность его одновременного использования для отбора для почвенных исследований монолитного почвенного образца с ненарушенной структурой, имеющей естественное (природное) состояние (сложение), а также для проведения исследований отобранного почвенного образца на эрозионную стойкость.
Заявленный технический результат достигается тем, что кювета для отбора почвенного монолита и исследования его эрозионной стойкости в эрозионном лотке включает две сопряженные между собой через слой фильтрующего элемента части, при этом каждая часть имеет плоское перфорированное основание с четырьмя кромками, по трем кромкам которого расположены торцевые борта с отверстиями для размещения крепежных элементов, и боковой борт, при этом четвертая кромка одной части выполнена заостренной, а основания обеих частей кюветы имеют равную площадь перфорации, при этом размеры частей кюветы обеспечивают возможность их сопряжения посредством вложения одной части в другую с получением единой собранной конструкции с четырьмя бортами. Перфорация оснований выполнена в виде равномерно расположенных рядов округлых отверстий диаметром 5-10 мм. Торцевые борта одной из частей имеют установочные фланцы в виде участков бортов, отогнутых на 90° от плоскости борта.
Устройство выполнено таким образом, что отсутствует необходимость перегрузки изъятого из почвенного слоя образца в другую емкость, которую необходимо будет разместить непосредственно в гнездо (приемную камеру) лотка для измерения эрозионной стойкости, что способствует упрощению проведения исследований. Вместе с тем, заявляемое устройство за счет его разъемности позволяет сформировать пробу почвенного монолита, заполняющую весь объем кюветы, без зазоров, что является крайне важным при проведении исследований с использованием водных потоков. Заявляемое устройство за счет его конструктивных особенностей также обеспечивает возможность оценки объема вымытой в результате протекания водного потока почвы. Заявляемая конструкция кюветы позволяет заменить неразъёмные кассеты, что значительно упростит отбор монолитов различной мощности по высоте.
Краткое описание чертежей
Заявляемая конструкция разборной кюветы и принцип ее использования поясняются следующими чертежами, где
на фиг. 1 схематично изображена кювета в разобранном виде,
на фиг.2 схематично представлен принцип размещения кюветы в гнезде эрозионного лотка.
Позициями на чертежах обозначены:
1. Верхняя основная часть кюветы.
2. Нижняя вспомогательная часть кюветы.
3. Крепежные элементы.
4. Фильтрующий элемент.
5. Эрозионный лоток.
6. Почвенный образец.
Осуществление полезной модели
Заявляемая кювета в общем случае в собранном виде имеет прямоугольную форму (форма кюветы определяется формой, предусмотренной конструкцией эрозионного лотка) с внешними габаритными размерами, например, 135-150×280-300 мм (для среднего эрозионного лотка), обеспечивающими возможность её установки в приемную камеру (гнездо) эрозионного лотка. Кювета состоит из верхней основной (1) и нижней вспомогательной (2) частей, предпочтительно, изготовленных из тонколистовой стали 0,5-1,0 мм и соединенных между собой посредством крепежных элементов (3). Верхняя основная часть кюветы имеет плоское перфорированное основание. Перфорацию образуют, предпочтительно, круглые отверстия диаметром 5-10 мм, предпочтительно, равномерно расположенные по основанию указанной верхней части, например, рядами. Расстояние между соседними отверстиями перфорации в продольных и поперечных рядах перфорации составляет 25-30 мм. По трем кромкам основания выполнены вертикально ориентированные борта (два торцевых борта и один боковой), ограничивающие объем отбираемой почвы. Высота бокового борта составляет 50-60 мм. Высота торцевых бортов составляет 35-40 мм. В верхней части торцевых бортов отогнуты участки борта с формированием установочных фланцев (опорных полок) шириной 7-10 мм. Свободная четвертая кромка основания выполнена заостренной для обеспечения возможности подрезания слоя почвы при отборе пробы. Таким образом, форма основной части кюветы напоминает форму совковой лопаты, предназначенной для размещения пробы грунта, с перфорацией в основании и полостью, ограниченной тремя бортами и основанием.
Нижняя вспомогательная часть кюветы имеет аналогичную конструкцию, а именно, также имеет плоское перфорированное основание с одним боковым бортом и двумя торцевыми. При выполнении перфорации оснований обеспечивают равенство площадей перфорации основной и вспомогательной частей кюветы, что обеспечит беспрепятственный, без застоев, отток воды при проведении исследования. Высота бокового борта вспомогательной части равна высоте бокового борта основной части. Высота торцевых бортов вспомогательной части не превышает высоты торцевых бортов основной части и составляет 25-30 мм. В целом, габаритные размеры вспомогательной части кюветы обеспечивают возможность сопряжения с основной частью посредством вложения указанных частей друг в друга со стороны свободных кромок оснований, то есть размещения основания основной части на основании вспомогательной части. Между основаниями при такой сборке кюветы проложен фильтрующий элемент (4), в качестве которого может быть использована, например, фильтрующая бумага. Размеры бокового борта соответствуют размерам бокового борта верхней части кюветы, а торцевые борта вспомогательной части прилегают к торцевым бортам верхней части. В торцевых бортах обеих частей кюветы выполнены по два сквозных соосных отверстия для размещения крепежных элементов (3), в качестве которых могут быть использованы шпильки или шурупы. Таким образом, в сборе кювета представляет собой прямоугольную конструкцию с двойным плоским перфорированным дном и четырьмя бортами.
Заявляемая кювета используется следующим образом.
Для отбора пробы кювету используют в разобранном виде. На исследуемом участке почвы выкапывают ямку прямоугольной формы заранее выбранной глубины. В неё опускают основную часть разборной кюветы до соприкосновения установочных фланцев с поверхностью почвы. Затем, прикладывая боковое усилие со стороны бокового борта, вдавливают кювету в почву таким образом, чтобы установочные фланцы скользили по поверхности почвы. Заостренная кромка основания срезает пласт почвы. При этом подрезанный монолит почвы заполняет весь объём основной части кюветы. После этого вертикальным движением вспомогательного режущего инструмента отделяют почвенный образец, который остается в верхней части кюветы. Основную часть кюветы, заполненную почвенным монолитом, извлекают из почвенной массы и вставляют её в нижнюю вспомогательную часть кюветы, на основание которой предварительно уложен фильтрующий элемент. При соединении обеих частей отверстия для соединительных деталей совмещаются и фиксируются крепежными элементами. Таким образом, получают образец монолита почвы в ненарушенном состоянии, плотно и надежно размещенный в кювете без необходимости дополнительной его перегрузки в устройство для проведения исследований. Отбор пробы с использованием заявляемой кюветы может быть произведен не только поверхностного слоя почвы, а также с любой, заранее определенной глубины. Для этого предварительно отбирают колонку почвы, например, с использованием известных средств почвенного пробоотбора, а затем по аналогии с вышеописанным применением боковым усилием погружают основную часть кюветы в колонку почвы на заданной глубине, после чего использованием вспомогательного режущего инструмента отделяют почвенный образец, изъятый с выбранной глубины.
Для моделирования эрозионных процессов в почве применяют эрозионные лотки. Средний эрозионный лоток, используемый на кафедре эрозии почв факультета почвоведения МГУ (МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛЕСОАГРАРНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ, К. Н. Кулик, А. Р. Зубов, И. Г. Зыков, А. А. Зубов), представляет собой устройство с замкнутым циклом водопотребления, предназначенное для определения величины смыва с поверхности почвенного образца при разных значениях характеристик водного потока. Устройство состоит из собственно лотка с приемной камерой, имеющего в поперечном сечении форму прямоугольника, системы подачи в лоток чистой воды, системы отвода и очистки от примесей отработанной воды и вспомогательных устройств для регулирования и измерения параметров водного потока в лотке и извлечения и учета смытой с поверхности образца почвы. Кювету с отобранной пробой почвы устанавливают в гнездо желоба эрозионного лотка (приемную камеру) таким образом, что поверхность почвы в кювете расположена в плоскости дна желоба эрозионного лотка. Поток воды, движущийся по жёлобу, выносит, вымывает частицы почвы, которые собираются, высушиваются и взвешиваются, характеризуя воздействие водного потока на исследуемый почвенный образец. Часть воды просачивается через почву и стекает в поддон лотка через перфорацию кюветы. Чтобы вода не уносила почву, между частями кюветы проложена фильтровальная бумага 4, где остаются почвенные агрегаты, прошедшие через перфорацию основной части. Поскольку отобранный монолит почвы заполняет весь объем кюветы, скапливания воды по его периметру или, наоборот, излишнего стекания мимо почвенного образца не происходит, в результате чего удается снизить вероятность ошибки при исследовании. Установочные фланцы обеспечивают надежное размещение кюветы в приемной камере
Пример конкретного выполнения
3
На кафедре эрозии и охраны почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова была изготовлена из тонколистовой стали толщиной 0,5 мм разборная кювета с рабочим объёмом 1092 см, габариты которой в собранном виде составили 28×13×3 см. Кювета состояла из двух частей. Обе части имели прямоугольное плоское перфорированное основание. Основание верхней части с трёх сторон было закрыто бортами. Высота бокового борта 50 мм, а торцевых 30 мм. На торцевых бортах выполнены установочные фланцы шириной 10 мм и по два отверстия диаметром 2,5 мм для размещения крепежных элементов. Боковой борт нижней части кюветы имел высоту 50 мм, а торцевые борта 20 мм. При вкладывании верхней части кюветы в нижнюю, боковой контур кюветы замыкается. При этом отверстия для соединительных деталей обоих частей совпадают, что позволили надежно зафиксировать части кюветы между собой.
С помощью заявляемой кюветы были отобраны образцы на территории опытного участка МГУ. Для отбора естественной ненарушенной почвы была выкопана прикопка прямоугольного контура размером 30×50 см глубиной 15 см. В одной из боковых стенок прикопки на глубине 3 см вдавливали основную часть кюветы. При этом установочные фланцы на торцевых бортах скользили по поверхности почвы. После соприкосновения бокового борта кюветы со стенкой прикопки был произведён вертикальный надрез почвы ножом по линии соединяющей боковые стороны установочных фланцев. Кювета с обрезанным со всех сторон почвенным монолитом, сохраняющим свою естественную структуру, была извлечена из почвы. К ней была подведена нижняя часть кюветы с предварительно уложенной в неё фильтровальной бумагой. После совмещения отверстий для крепёжных элементов в них были ввёрнуты шурупы. В таком виде кювета была установлена в гнездо жёлоба лотка для исследовательских работ. Применение заявляемой кюветы позволило исследовать образцы с ненарушенной естественной структурой без необходимости перегрузки образца из емкости пробоотборного средства в емкость для исследования. Такая перегрузка, как правило, приводит к нарушению монолитного слоя почвы и влечет за собой получение ошибочных результатов исследования.