CN103776747A - 滴水式土壤入渗测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滴水式土壤入渗测量装置，该装置包括供水装置，水滴发生装置，集水测量装置和支架系统。本装置使用在一定高度上滴水的方法，使得水滴击打土面导致土壤产生结皮、土粒吸水膨胀填塞孔隙、土壤团粒破碎填充大的裂隙等过程有所体现；通过调整不同的水头，控制滴水的快慢，模拟类似降雨雨强的变化，体现不同的雨型特点；集水可以排走，土面只有薄层积水，使得入渗环境接近降雨情况下的入渗环境；土壤入渗测量适合实验室操作，较传统的定水头实验室方法更接近天然降水情况下的土壤入渗，且造价较低，操作简单。

Description

滴水式土壤入渗测量装置

技术领域

本发明涉及农田水平衡和水土保持观测技术领域，特别是涉及一种滴水式土壤入渗测量装置。

背景技术

土壤水入渗是水渗入土壤的物理现象，以单位时间入渗的水深表示，即入渗强度或入渗率，或以历时入渗累积曲线表示。土壤水入渗与降水、灌溉水进入土壤及其在土壤中的储存有密切关系。入渗率低的情况下，渗入土壤的水分低，会产生滞水内涝；或来不及入渗的水沿地表流走，并带走土壤，引起水土流失等问题。入渗率过高时，可能不利于土壤持水，还会对一些水利设施产生不良影响。因此，水土流失观测和农田水利工程建设都需要关注土壤水入渗。

目前，测量土壤水入渗的方法很多，如单环入渗仪、双环入渗仪、张力入渗仪等，都是在一定的水头驱动下，测定土壤在饱和情况下的导水能力。由于这些实验方法与天然降水情况差异较大，尤其是天然降雨时雨滴对土面击打，导致细土粒因雨滴击溅引起的位移，土壤结皮，土壤团聚体破坏，细土粒对大缝隙的填充等过程缺少；仪器安装过程中对土面的破坏引起的边界效应等问题，导致这些方法的测定值与天然降水的入渗情况有较大的差异。人工模拟降雨的方法测量土壤入渗，可以较好的解决雨滴击打改变土面状态等问题，但需要比较昂贵和操作复杂的人工模拟降雨设备，并且针对面积较小的土柱，降雨的均匀性问题，会导致土柱接收的模拟降水量难于确定，进而影响测量精度。如果增加土柱面积，则会增加工作量。

中国专利CN202854013U公开的测量装置，其水头产生的压强在测量过程中不断变化，很难测定在某一压强下，降水强度对土壤入渗的影响，而有时处于测量的需要，某一压强下的降水对土壤入渗的影响需要多次测定，（建议删掉红字部分）因而，一套简易且能多次重复相同实验条件的测量装置，对于水文过程研究、作物水分利用、灌溉管理、土壤侵蚀和水土保持研究仍很重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种滴水式土壤入渗测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种滴水式土壤入渗测量装置，包括供水装置，水滴发生装置，集水测量装置和支架系统；

所述供水装置包括水泵、水箱、排水软管、上水软管、升降机构和控水桶；

所述水泵位于所述水箱内，所述上水软管连通水泵和控水桶的侧壁下端，所述排水软管连通所述水箱和所述控水桶的侧壁上端，所述升降机构位于所述控水桶的底部；水泵通过上水软管将水箱的水输入控水桶中，水位超过排水软管的排水口时，排水软管会将多余的水排到水箱中，使得控水桶的液面恒定。升降机构可以调整控水桶的高度，从而通过上水软管给供水桶提供不同水头的水；

所述水滴发生装置包括供水桶、供水软管和滴水盘；

所述滴水盘位于所述供水桶的底部，所述供水软管连通所述供水桶和所述控水桶；供水桶的水位不同，滴水盘的水滴发生速度也不同，因此，可以通过控制供水桶的水位模拟不同强度的降水；

所述集水装置包括防风管、外环刀、内环刀、集水盘、漏斗、水量自记器和集水桶；

所述防风管套装在所述滴水盘的外侧，所述外环刀位于所述防风管的下端并与其下端紧密连接，所述内环刀位于所述外环刀内与其同心，所述外环刀与所述内环刀共同安装于底部的环刀盖上，环刀盖盖在内外环刀的底上后，直接放到漏斗上，所述漏斗位于所述水量自记器上方，所述集水盘套装于所述外环刀的外侧并通过软管与集水桶连通；

防风管，是一个有机玻璃的透明管，套在滴水盘的外侧，可以防止空气流动对水滴自由降落的干扰；设置的双重环刀中内环刀盛装的是原状土，先安装到底上，然后安装外环刀，外环刀装相同土层的土壤。雨滴击打到内环刀的土壤上可能会有土溅出，外环刀的土也会溅入内环刀，从而保持一定的平衡和缓冲作用，内环刀用于测量入渗水量，外环刀的土壤起缓冲区的作用，主要是减少内环刀内的土壤溅失，以及防风管的边界效应；漏斗则是承接渗过内环刀内土壤的水，收集到的水由水量自记器来测量和记录；

所述支架系统包括支架和水桶托盘；

所述水桶托盘位于支架的底部，所述支架为倒置的凹字，所述升降机构位于所述支架顶部一侧，所述供水桶位于所述支架顶部的另一侧并贯穿所述支架顶部，是防风管位于所述支架与是供水桶的同侧，所述集水桶位于所述水桶托盘上并与所述供水桶同侧；水桶托盘可以调整高度，对防风管，外环刀、内环刀、漏斗、水量自记器、集水桶等起到顶托作用。

优选地，供水桶的内壁上方装有水位感应器，水位感应器用来自动记录水头高度变化。

优选地，滴水盘安有滴水盘开关，盘底面上均匀分布有孔洞；滴水盘上均匀分布的小孔用以发生水滴，通过滴水盘开关控制实验开始和结束。

优选地，防风管的侧壁设有通气孔，所述通气孔有多个；防风管侧壁的通气孔，使得水滴在降落过程中，空气可以排出。

优选地，防风管的下端与外环刀的连接处设有溢流孔；连接处的溢流孔，可以使高出环刀土面的水沿环刀外壁流入集水盘。

优选地，外环刀的直径与所述滴水盘的直径相同。

优选地，外环刀与所述内环刀的共同底部为可拆卸的底，其在对应内环刀的部分设有孔。

优选地，外环刀的侧壁设有排水孔；排水孔可供水渗出，渗出的水由集水盘收集并通过软管排入集水桶内。

本发明的有益效果如下：

（1）使用在一定高度上滴水的方法，使得水滴击打土面导致土壤产生结皮、土粒吸水膨胀填塞孔隙、土壤团粒破碎填充大的裂隙等过程有所体现；

（2）通过调整不同的水头，控制滴水的快慢，模拟类似降雨雨强的变化，体现不同的雨型特点；

（3）集水可以排走，土面只有薄层积水，使得入渗环境接近降雨情况下的入渗环境；

（4）土壤入渗测量适合实验室操作，较传统的定水头实验室方法更接近天然降水情况下的土壤入渗，且造价较低，操作简单。

附图说明

图1是滴水式土壤入渗测量装置的侧视图。

图中，1水泵，2水箱，3支架，4排水软管，5上水软管，6升降机构，7控水桶，8水位感应器，9供水桶，10供水软管，11滴水盘开关，12滴水盘，13防风管，14通气孔，15溢流孔，16外环刀，17内环刀，18排水孔，19集水盘，20漏斗，21水量自记器，22集水桶，23水桶托盘。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面将通过具体的实施例进一步说明本发明的方案，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，但不限于此。

实施例1

本装置包括供水装置，水滴发生装置，集水测量装置和支架系统；

供水装置包括水泵1、水箱2、排水软管4、上水软管5、升降机构6和控水桶7，水泵1位于水箱2内，上水软管5连通水泵1和控水桶7的侧壁下端，排水软管4连通水箱2和控水桶的侧壁上端，升降机构6位于控水桶7的底部；

水滴发生装置包括供水桶9、供水软管10和滴水盘12，滴水盘12位于供水桶9的底部，供水软管10连接供水桶9和控水桶7；

集水装置包括防风管13，外环刀16，内环刀17，集水盘19，漏斗20，水量自记器21和集水桶22，防风管13套装在滴水盘12的外侧，外环刀16位于防风管13的下端并与其下端紧密连接，内环刀17位于外环刀16内部与其同心，外环刀16与内环刀17共同安装于底部的环刀盖上，环刀盖盖在内外环刀的底上后，放到漏斗上，漏斗20位于水量自记器21上方，集水盘19套装于外环刀16的外侧并通过软管与集水桶22连接；

支架系统包括支架3和水桶托盘23，水桶托盘23位于支架3的底部，支架3为倒置的凹字，升降机构6位于支架3顶部一侧，供水桶9位于支架3顶部的另一侧并贯穿支架3顶部，防风管13位于支架3与供水桶9的同侧，集水桶22位于水桶托盘23上并与供水桶9同侧。

供水桶9的内壁上方装有水位感应器8。滴水盘12安有滴水盘开关11，盘底面上均匀分布有孔洞。防风管13的侧壁开有通气孔14，通气孔14有多个。防风管13的下端与外环刀16的连接处设有溢流孔15。外环刀16的直径与滴水盘12的直径相同。外环刀16与内环刀17的共同底部为可拆卸的底，其在对应内环刀17的部分设有孔。外环刀16的侧壁设有排水孔18。

实际测量时，将装满原状土的内环刀17安装在环刀盖上，再将外环刀16安装在环刀盖上，在外环刀16内填土并略微压实，将集水盘19套到外环刀16外侧，备用。摆好支架3，将水桶托盘23调松。将控水桶7安放在升降机构6上，连接好上水软管5和排水软管4。用供水软管10将控水桶7和供水桶9连接好。关闭滴水盘开关11。

将漏斗20放到水量自记器23上，将安装好的双重环刀放到漏斗20上，将防风管13安装到外环刀16上，并连接到滴水盘12的外围。将水桶托盘23调到合适位置，对水量自记器21等起一个顶托作用。将集水桶22放到水桶托盘23上，并将集水盘19的排水管放入集水桶22。

将上水管5与水泵1连接好，将水泵1和排水软管4放入水桶2中，加入足够的清水。开动水泵1给控水桶7加水，使水通过供水软管10进入供水桶9。使用水位感应器8测量最终供水桶9内的水位高度，调节升降机构6获得理想的水位高度。打开滴水盘开关11，使滴水盘12发生水滴开始实验，实验过程中，可以根据需要调整供水桶9内的水位高度，获得不同的水滴产生速度。

使用结束后，关闭滴水盘开关11。取下集水桶22，依次拆卸水桶托盘23、防风管13、漏斗20、水量自记器23和外环刀16、内环刀17。

双重环刀的拆卸方法是将外环刀16内的土挖出。将内环刀17的外壁擦净、称重，确定水分增量。

根据内环刀17的土壤含水量的增量，与水量自记器21记录的水量之和，即为土壤渗水量。

将控水桶7的水和供水桶9的水排到水箱2中，将排水软管4、供水软管10、上水软管5和水泵1等一一拆开，拆下控水桶7。

根据需要，也可以使用烘干法测量外环刀16的土壤水分增量，测量集水桶22中的水量，以及水箱1中的水量，根据差减法了解实验耗水量。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：包括供水装置，水滴发生装置，集水测量装置和支架系统；

所述供水装置包括水泵(1)、水箱(2)、排水软管(4)、上水软管(5)、升降机构(6)和控水桶(7)；

所述水泵(1)位于所述水箱(2)内，所述上水软管(5)连通水泵(1)和控水桶(7)的侧壁下端，所述排水软管(4)连通所述水箱(2)和所述控水桶(7)的侧壁上端，所述升降机构(6)位于所述控水桶(7)的底部；

所述水滴发生装置包括供水桶(9)、供水软管(10)和滴水盘(12)；

所述滴水盘(12)位于所述供水桶(9)的底部，所述供水软管(10)连通所述供水桶(9)和所述控水桶(7)；

所述集水装置包括防风管(13)、外环刀(16)、内环刀(17)、集水盘(19)、漏斗(20)、水量自记器(21)和集水桶(22)；

所述防风管(13)套装在所述滴水盘(12)的外侧，所述外环刀(16)位于所述防风管(13)的下端并与其下端紧密连接，所述内环刀(17)位于所述外环刀(16)内与其同心，所述外环刀(16)与所述内环刀(17)共同安装于底部的环刀盖上，所述环刀盖与所述漏斗(20)连接，所述漏斗(20)位于所述水量自记器(21)上方，所述集水盘(19)套装于所述外环刀(16)的外侧并通过软管与集水桶(22)连通；

所述支架系统包括支架(3)和水桶托盘(23)；

所述水桶托盘(23)位于支架(3)的底部，所述支架(3)为倒置的凹字，所述升降机构(6)位于所述支架(3)顶部一侧，所述供水桶(9)位于所述支架(3)顶部的另一侧并贯穿所述支架(3)顶部，所述防风管(13)位于所述支架(3)与所述供水桶(9)的同侧，所述集水桶(22)位于所述水桶托盘(23)上并与所述供水桶(9)同侧。

2.根据权利要求1所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述供水桶(9)的内壁上方装有水位感应器(8)。

3.根据权利要求2所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述滴水盘(12)安有滴水盘开关(11)，盘底面上均匀分布有孔洞。

4.根据权利要求3所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述防风管(13)的侧壁开有通气孔(14)，所述通气孔(14)有多个。

5.根据权利要求4所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述防风管(13)的下端与外环刀(16)的连接处设有溢流孔(15)。

6.根据权利要求5所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述外环刀(16)的直径与所述滴水盘(12)的直径相同。

7.根据权利要求6所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述位于外环刀(16)与所述内环刀(17)底部的环刀盖可拆卸，其在对应内环刀(17)的部分设有孔。

8.根据权利要求7所述的滴水式土壤入渗测量装置，其特征在于：所述外环刀(16)的侧壁设有排水孔(18)。

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