CN102890047A - 一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统 - Google Patents

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吕华芳
杨汉波
丛振涛
杨大文
秦越
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Abstract

本发明属于水文观测设备，特别涉及一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统。马氏瓶的顶部进气管路上设置通气电磁阀，下部的进水管道上设置供水电磁阀，底部的出水口通过出水管路与针盘式降雨器顶部的入水口连接，并在该出水管路上设置调节阀；针盘式降雨器的下方设置实验土槽，实验土槽的上部通过径流管道与径流瓶的下部连接，实验土槽的底部设置自由排水口；马氏瓶内设置第一液位传感器，径流瓶内设置第二液位传感器；通气电磁阀、供水电磁阀、调节阀、第一液位传感器和第二液位传感器分别与可编程控制器连接。系统测定方便，精度较高，适用于与土壤有关领域（如农业、土壤环境、水资源）的土层降雨入渗的测试工作中。

Description

一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统
技术领域
本发明属于水文观测设备，特别涉及一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统。
背景技术
入渗是指水分（降雨或者灌溉）进入土壤的过程，土壤水分入渗是水文学中非常重要的基本概念，定量描述土壤入渗过程是水循环及水利用的重要基础内容，对研究地表产流的机理，以及增加土壤入渗、提高作物水分利用效率等具有重要的理论意义和实践价值。目前传统的室内降雨入渗实验是采用人工测量的方法，在底部自由排水的土柱上利用马氏瓶进行人工降雨，通过测量人工降雨量、土柱表面径流量，由水量守恒关系得到土壤的入渗量。此方法原理清晰、简单易行，但实验过程中存在马氏瓶人工补水困难；需长时间人工看守记录数据；人工读数精度较差，实验数据不易保存处理等问题。
发明内容
本发明提供了一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，可以实现对土壤入渗过程的自动监测，同时还可以实现实验数据的采集存储、分析处理、实时显示、历史查询等功能。
本发明采用的技术方案为
马氏瓶的顶部进气管路上设置通气电磁阀，下部的进水管道上设置供水电磁阀，底部的出水口通过出水管路与针盘式降雨器顶部的入水口连接，并在该出水管路上设置调节阀；针盘式降雨器的下方设置实验土槽，实验土槽的上部通过径流管道与径流瓶的下部连接，实验土槽的底部设置自由排水口；
马氏瓶内设置第一液位传感器，径流瓶内设置第二液位传感器；
通气电磁阀、供水电磁阀、调节阀、第一液位传感器和第二液位传感器分别与可编程控制器连接。
所述可编程控制器通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏连接。
所述针盘式降雨器与实验土槽通过套筒连接。
所述马氏瓶的侧壁底部设置一根顶部出口不低于马氏瓶顶面的与大气相通的通气管道。
本发明的有益效果为：
该系统作为教学仪器在使学生更好地理解降雨入渗的概念及影响因素的同时，对自动测定仪器设备及系统实现有一个全面的了解与认识，拓宽学生的知识面。在科研中，可进行多种设定情况下土层降雨入渗机理的研究。
系统测定方便，精度较高，适用于与土壤有关领域（如农业、土壤环境、水资源）的土层降雨入渗的测试工作中，具有较广泛的应用前景以及继续开发的功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标号：
1-通气电磁阀，2-马氏瓶，3-液位传感器，4-供水电磁阀，5-调节阀，6-针盘式降雨器，7-实验土槽，8-径流瓶，9-液位传感器，10-可编程控制器，11-触摸屏。
具体实施方式
本发明提供了一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示的一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，马氏瓶2的顶部进气管路上设置通气电磁阀1，下部的进水管道上设置供水电磁阀4，底部的出水口通过出水管路与针盘式降雨器6顶部的入水口连接，并在该出水管路上设置调节阀5；马氏瓶2的侧壁底部设置一根顶部出口不低于马氏瓶2顶面的与大气相通的通气管道，从而保证瓶底出水口处的压力恒定，形成稳定压力的供水水头；针盘式降雨器6的下方设置实验土槽7，两者间通过套筒连接；实验土槽7的上部通过径流管道与径流瓶8的下部连接，实验土槽7的底部设置自由排水口。
针盘式降雨器6由上部的水箱和下部的针盘室两部分组成，针盘室的底部均匀钻有小孔，用来安装医用胶塞，然后垂直将医用针头插入胶塞中，从而形成降雨阵；水箱和针盘室通过法兰方式进行连接，以形成密封水路，且可以方便更换、清洗针头。
马氏瓶2内设置第一液位传感器3，径流瓶8内设置第二液位传感器9。
通气电磁阀1、供水电磁阀4、调节阀5、第一液位传感器3和第二液位传感器9分别与可编程控制器10连接。可编程控制器10通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏11连接。
可编程控制器10对第一液位传感器3的输出电流的进行实时检测，并通过模拟量到数字量的计算转换，获得马氏瓶2中的水位情况；当马氏瓶2中水位降低到下限值（开阀液位）时，可编程控制器10控制通气电磁阀1与供水电磁阀4打开，对马氏瓶2进行补水；当水位上升到上限值（关阀液位）时，可编程控制器10控制通气电磁阀门1与供水电磁阀4关闭，并自动记录补水次数，从而实现对马氏瓶2的自动补水及降雨量的实时采集记录。
可编程控制器10通过调节调节阀5的输入电流大小来实现调节阀5开度大小的自动控制，从而实现降雨强度大小的自动调节功能。
可编程控制器10通过对第二液位传感器9的输出电流的实时检测，并通过模拟量到数字量的计算转换，获得径流瓶8中的水位情况，从而实现对径流量实时数据采集及存储功能。
通过触摸屏11人机界面软件的二次开发，可在触摸屏11上对马氏瓶2供水装置的控制液位（开阀液位与关阀液位）与调节阀5的开度大小进行手自动设定；手自动控制通气电磁阀1与供水电磁阀4的开关及整个实验的启停；对累计降雨量、累计径流量、累计入渗量、雨强、入渗率等实验数据进行实时显示；可进行实验数据的趋势显示及历史数据的查询。

Claims (4)

1.一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，其特征在于，马氏瓶（2）的顶部进气管路上设置通气电磁阀（1），下部的进水管道上设置供水电磁阀（4），底部的出水口通过出水管路与针盘式降雨器（6）顶部的入水口连接，并在该出水管路上设置调节阀（5）；针盘式降雨器（6）的下方设置实验土槽（7），实验土槽（7）的上部通过径流管道与径流瓶（8）的下部连接，实验土槽（7）的底部设置自由排水口；
马氏瓶（2）内设置第一液位传感器（3），径流瓶（8）内设置第二液位传感器（9）；
通气电磁阀（1）、供水电磁阀（4）、调节阀（5）、第一液位传感器（3）和第二液位传感器（9）分别与可编程控制器（10）连接。
2.根据权利要求1所述的一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，其特征在于，所述可编程控制器（10）通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏（11）连接。
3.根据权利要求1所述的一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，其特征在于，所述针盘式降雨器（6）与实验土槽（7）通过套筒连接。
4.根据权利要求1所述的一种室内柱状土层降雨入渗自动测定系统，其特征在于，所述马氏瓶（2）的侧壁底部设置一根顶部出口不低于马氏瓶（2）顶面的与大气相通的通气管道。
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