不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)定包氣帶水流運(yùn)動(dòng)的野外試驗(yàn)裝置，尤其適合不同地下水埋深條件下的長(zhǎng)期自動(dòng)觀測(cè)，屬水文氣象測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]包氣帶是土壤水分劇烈變化的土壤帶，其上界直接與大氣接觸，它既是大氣降水的承受面，又是土壤蒸發(fā)的蒸發(fā)面。當(dāng)包氣帶生長(zhǎng)著植物時(shí)，包氣帶土壤水分的變化要更復(fù)雜。下界面的地下水補(bǔ)給會(huì)增加包氣帶水分增長(zhǎng)，內(nèi)排水會(huì)使包氣帶水分消退。包氣帶是地下水與大氣水、地表水聯(lián)系的必經(jīng)通道。因此，包氣帶的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)提高水分利用、流域的水資源管理、流域規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展研究至關(guān)重要。
[0003]包氣帶水流運(yùn)動(dòng)主要利用人工降雨入滲模擬實(shí)驗(yàn)和野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究?，F(xiàn)有人工降雨入滲模擬裝置分為室內(nèi)和野外，室內(nèi)的存在安裝和維護(hù)難度較大、不便攜、造價(jià)高昂、難以反映氣象因素影響；野外一般需要選擇不同坡度的場(chǎng)地做實(shí)驗(yàn)，而且人工降雨設(shè)備也會(huì)存在精度問(wèn)題，兩種人工降雨入滲模擬實(shí)驗(yàn)裝置均具有一定局限性。長(zhǎng)期野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)則更能反映真實(shí)的自然情況，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于降水的不確定性和環(huán)境影響等限制因素，多采用人工測(cè)量的方法，造成觀測(cè)人員工作量大，并且得不到時(shí)間上連續(xù)的蒸散發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)。而且前人的諸多研究都是針對(duì)包氣帶的部分參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能完全模擬野外實(shí)際情況。
[0004]因此，必須促成一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、制作成本低、操作方便的包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置研究。本發(fā)明涉及的不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置能克服前人研制的試驗(yàn)裝置不足，尤其能夠進(jìn)行多種參數(shù)的同時(shí)監(jiān)測(cè)，包括地面徑流量、滲漏量、土壤植被蒸散量和潛水蒸發(fā)量，進(jìn)而可以推算出降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、潛水蒸發(fā)系數(shù)和蒸發(fā)折算系數(shù)，這幾個(gè)參數(shù)對(duì)于氣候變化和人類活動(dòng)影響下的水循環(huán)及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響有著重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的一種適用于不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置，從減少儀器實(shí)驗(yàn)誤差和人力投入出發(fā)，旨在克服現(xiàn)有包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置技術(shù)的缺陷，可以實(shí)現(xiàn)不同地下水埋深下降雨入滲過(guò)程中包氣帶水分動(dòng)態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]一種適用于不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置，包括測(cè)量筒，與測(cè)量筒連接的平衡杯以及與平衡杯連接的馬氏瓶，其特征在于:在所述測(cè)量筒內(nèi)設(shè)置有一稱重傳感器，在該稱重傳感器的上端由下至上依次為反濾層和原狀土柱，在所述測(cè)量筒的上端與所述原狀土柱等高的位置連接有一徑流排水管，在該徑流排水管的下端為一徑流集水器，在該徑流集水器內(nèi)設(shè)有用于測(cè)量從所述徑流排水管流出的徑流水量的第一液壓傳感器，在所述平衡杯的內(nèi)連接有一滲流排水管，在該滲流排水管的下端為一滲流集水器，在該滲流集水器內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量從所述滲流水管流出的滲流水量的第二液壓傳感器，在所述馬氏瓶?jī)?nèi)設(shè)置有用于測(cè)量從所述馬氏瓶補(bǔ)入所述平衡杯內(nèi)流量的第三液壓傳感器，在所述第一液壓傳感器、第二液壓傳感器和第三液壓傳感器三的信號(hào)控制端連接有一定時(shí)控制電路，在所述第一液壓傳感器、第二液壓傳感器和第三液壓傳感器的信號(hào)輸出端連接一采集經(jīng)所述定時(shí)控制電路輸出設(shè)定時(shí)間間隔數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器，所述稱重傳感器的信號(hào)輸出端也連接至該數(shù)據(jù)采集器，在所述數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)輸出端連接一對(duì)所述數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的處理器；在所述數(shù)據(jù)采集器上還連接有一用于測(cè)量降雨量的雨量計(jì)以及用于測(cè)量水面蒸發(fā)量的水面蒸發(fā)器，所述處理器根據(jù)所述稱重傳感器不同時(shí)刻的質(zhì)量記錄值，以及與同一給定時(shí)間段第一液壓傳感器、第二液壓傳感器和第三液壓傳感器獲取的流量值，計(jì)算出為這個(gè)時(shí)間段的降雨量、地面徑流量、滲漏量、土壤植被蒸散發(fā)量和潛水蒸發(fā)量，計(jì)算得到的滲漏量與降雨量的比值得到降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；計(jì)算潛水蒸發(fā)量與水面蒸發(fā)量的比值得到潛水蒸發(fā)系數(shù)；計(jì)算土壤和植被蒸散發(fā)量與水面蒸發(fā)量的比值得到蒸發(fā)折算系數(shù)。
[0008]所述測(cè)量筒包括測(cè)量?jī)?nèi)筒和測(cè)量外筒，測(cè)量?jī)?nèi)筒在測(cè)量外筒內(nèi)，測(cè)量?jī)?nèi)筒填有所述原狀土柱和反濾層，測(cè)量?jī)?nèi)筒底部外側(cè)是稱重傳感器，稱重傳感器通過(guò)傳感器支撐裝置連接在測(cè)量外筒的底部。
[0009]在所述徑流排水管端口處包裹過(guò)濾網(wǎng)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:用液壓傳感器和稱重傳感器，使儀器一直連續(xù)工作成為可能，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)任意時(shí)段的地面徑流、土壤蒸發(fā)和滲漏量，測(cè)量精度高；采用商業(yè)途徑購(gòu)買(mǎi)的馬氏瓶作為自動(dòng)補(bǔ)水裝置，成本低廉，并集平衡杯與一體，在不需要外界干預(yù)的條件下可以使測(cè)量?jī)?nèi)筒內(nèi)的水位與平衡杯保持一致。有降雨時(shí)，進(jìn)入測(cè)量?jī)?nèi)筒的雨量一部分通過(guò)排水管一進(jìn)入地面徑流集水器，一部分下滲到土壤里面的水通過(guò)排水管二和平衡杯進(jìn)入滲漏量集水器，能同時(shí)監(jiān)測(cè)地表徑流量、土壤入滲量和蒸發(fā)量，從而實(shí)現(xiàn)不同地下水埋深條件下的包氣帶水流運(yùn)動(dòng)研究。該試驗(yàn)裝置為野外作業(yè)提供方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，有效提高了測(cè)量精度，同時(shí)使用和維修都很方便，普通工作人員都可完成。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述的不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明所述的測(cè)量?jī)?nèi)筒、測(cè)量外筒、平衡杯、馬氏瓶與供水管一及排水管二之間的關(guān)系不意圖。
[0013]圖1和圖2中:1_地面徑流集水器，2-液壓傳感器一，3-排水管一，4-稱重傳感器，5-鋰電蓄電池，6-傳感器支撐裝置，7-數(shù)據(jù)采集器，8-測(cè)量?jī)?nèi)筒，9-測(cè)量外筒，10-地下水埋深，11-反濾層，12-排水管二，13-閥門(mén)一，14-液壓傳感器二，15-滲漏集水器，16-排水管三，17-閥門(mén)二，18-平衡杯，19供水管一，20-進(jìn)氣管，21-排氣管，22-閥門(mén)三，23-馬氏瓶，24-閥門(mén)四，25-液壓傳感器三，26-供水管二。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，不同埋深下包氣帶水流運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)包括包氣帶水流形成裝置、自動(dòng)補(bǔ)水裝置、徑流集水裝置、滲漏量集水裝置。其中測(cè)量?jī)?nèi)筒8在測(cè)量外筒9內(nèi)，測(cè)量?jī)?nèi)筒8填有原狀土柱(如果在原狀土柱上種植作物，該實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的蒸散發(fā)即為土壤和植物的蒸散發(fā))和反濾層11，反濾層11置于原狀土柱下部，測(cè)量?jī)?nèi)筒8底部外側(cè)是稱重傳感器4，稱重傳感器4通過(guò)傳感器支撐裝置6連接測(cè)量外筒9的底部，傳感器支撐裝置5的左側(cè)是數(shù)據(jù)采集器7，傳感器支撐裝置6的右側(cè)是鋰電蓄電池5。
[0015]測(cè)量?jī)?nèi)筒8、測(cè)量外筒9通過(guò)排水管二 12與平衡杯18連接，排水管二 12設(shè)有閥門(mén)一 13，平衡杯18用于保持水面穩(wěn)定，平衡杯18下方設(shè)有滲漏量集水器15，通過(guò)排水管三16將包氣帶滲漏的水排到滲漏量集水器15中，滲漏量集水器15底部設(shè)有液壓傳感器二 14。地面徑流集水器1位于測(cè)量外筒9的左側(cè)，與測(cè)量?jī)?nèi)筒8、測(cè)量外筒9相連的排水管一 3將地面徑流收集到地面徑流集水器9中，地面徑流集水器1底部設(shè)有液壓傳感器一 2。
[0016]馬氏瓶23位于平衡杯18右側(cè)，通過(guò)供水管一 19連接，供水管一 19設(shè)有閥門(mén)二17，馬氏瓶23頂部設(shè)有進(jìn)氣管20和排氣管21，排水管21上設(shè)有閥門(mén)三22。馬氏瓶23內(nèi)部設(shè)置液壓傳感器三25，右側(cè)底部設(shè)有供水管二 26，供水管二上設(shè)有閥門(mén)四24。
[0017]排水管一 3的端口與測(cè)量?jī)?nèi)筒8的外壁排齊，并在端口處包裹過(guò)濾網(wǎng)，防止測(cè)量?jī)?nèi)筒的土壤進(jìn)入排水管一 3。
[0018]測(cè)量?jī)?nèi)筒8置于稱重傳感器4上的中心位置，稱重傳感器4由傳感器支撐裝置6支撐，數(shù)據(jù)采集器7、傳感器支撐裝置6和鋰電蓄電池5都固定于測(cè)量外筒9的底部，稱重傳感器4的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集器7的信號(hào)輸入端相接。稱重傳感器6和數(shù)據(jù)采集器7由鋰電蓄電池5提供電源，稱重傳感器4的質(zhì)量變化通過(guò)電纜傳輸給數(shù)據(jù)采集器7。
[0019]