CN105336257A - 地下水位变化及水淹的模拟装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水位变化及水淹的模拟装置,包括高度可调的水箱、环保材料制成的生长池、供水系统和排水系统，蓄水池中的水经水箱流入生长池中，在所述水箱与供水系统相连的管路上设有调节水位的水位控制器，所述水箱中的水位在水位平衡时与所述生长池内土壤层中的地下水位相平，并达到所述水位控制器设定的水位高度；在生长池的侧壁上设有用于水淹试验的淹水进水管和淹水出水管。

Description

地下水位变化及水淹的模拟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及生态环境工程技术领域，具体地说是一种地下水位变化及水淹的模拟装置及其使用方法。

背景技术

海岸带生态系统中各种生物对地下水位变化及淹水过程的响应是生态学研究的重要内容之一，研究海岸带生物对地下水位变化及水淹运动的响应机制将揭示海岸带生物的适应与进化规律，并有助于解释海岸带生态系统的演变过程和规律，同时为海岸带生物的应用研究提供一定的理论指导。现有技术中，在有关模拟地下水位变化及降水水淹对生物生长影响的室内、室外模拟研究中，主要还是依靠人工灌水和排水方式，这种不能够准确计量不同水位及水淹条件下植物的生长状况，造成了模拟结果的随意性和不精确性。另外，整个装置的灌水和放水过程都依赖于人工操作，劳动量大，操作也极为不便。

同时，现有的地下水位变化及水淹的模拟装置一般都采用水泥等建筑材料建设的方式来制造，这种方式需要在每一个试验场地进行建设，一旦试验结束，建设的试验装置就需要拆除或者荒废，造成很大的浪费。同时，建设试验装置时通常采用水泥等建筑材料，这对试验地本身也是一种破坏，不利于环境的保护。例如，本申请的申请人的发明专利申请2014103293292，发明名称为一种模拟地下水位变化及水淹的试验装置及其使用方法；该申请就是采用水泥等建筑材料来构建试验装置，使用完毕后无法在异地重复利用，不利于试验装置的重复利用，造成浪费，同时也会破坏试验场地的环境。

发明内容

本发明的目的在于提供地下水位变化及水淹的模拟装置及其使用方法，该模拟装置能够自动精确的控制地下水位及水淹的深度变化情况。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

地下水位变化及水淹的模拟装置及其使用方法,包括高度可调的水箱、环保材料制成的生长池、供水系统和排水系统，蓄水池中的水经水箱流入生长池中，在所述水箱与供水系统相连的管路上设有调节水位的水位控制器，所述水箱中的水位在水位平衡时与所述生长池内土壤层中的地下水位相平，并达到所述水位控制器设定的水位高度；在生长池的侧壁上设有用于水淹试验的淹水进水管和淹水出水管。

所述生长池采用环保材料制成，例如不锈钢、PP材料或PE材料。

所述水箱上设有水箱进水管和水箱出水管，所述水箱进水管与供水系统相连，所述水箱出水管与生长池相通。

在水箱进水管和水箱出水管上均设有控制管路启停及调整流量的控制阀，其中水箱进水管上的控制阀与所述水位控制器相连，所述水箱进水管通过所述水位控制器控制开启或闭合。

所述供水系统上设有能够开启和关闭的控制阀和抽水泵，供水系统还具有蓄水池以及供水管路；蓄水池与抽水泵之间的供水管路设有所述控制阀，抽水泵通过供水管路与水箱的进水管连接，并且抽水泵与水箱进水管连接的供水管路上设有控制阀；

生长池之间设有中间过道，所述水箱通过水箱升降机构与水箱升降机构底座安装在生长池之间的中间过道中。

所述生长池的侧壁与底部上铺设塑料薄膜，塑料薄膜的底部上铺设石子层，在石子层中设置有与水箱相连的生长池进水管。

所述在生长池中，土壤层设置在石子层上。

所述淹水进水管与供水系统相连通，所述淹水进水管和淹水出水管安装在生长池的侧壁上，且设置于生长池内的土壤层上方，所述淹水进水管和淹水出水管上均设有控制管路启停及调整水流量的控制阀。

所述排水系统包括控制阀、滤网和排水管道，其中排水管道与生长池相连通，且在排水管道设置于生长池内部的端部设有滤网，排水管道设置于生长池外部的一端设有控制阀。

在进行模拟地下水位变化试验时，将水箱通过水箱升降机构设定在合适的高度，并通过水位控制器设定水箱内的试验水位，然后开启供水系统的抽水泵，并且打开供水系统管路上的控制阀以及水箱进水管上的控制阀，蓄水池中的水便进入水箱中，并经水箱的水箱出水管，通过进水管进入到生长池中，当生长池内的水位与水箱内的水位相平，并达到水箱内由水位控制器设定的试验水位时，此时水位控制器感应器感应到水位变化，便发出信号关闭水箱进水管，同时将信号发送给供水系统，使供水系统关闭供水管路上的控制阀，从而停止向水箱供水。由于蒸发及植物生长需要消耗地下水，导致生长池中地下水位降低，与该生长池相通的水箱，其水位也会随着该生长池中地下水位的下降而下降，此时水位水位控制器的感应器便感应到水箱中的水位变化，然后发出信号打开水箱进水管的控制阀，同时将信号发送给供水系统，供水系统打开抽水泵，开启供水系统的控制阀，使供水系统重新向水箱注入蓄水池中的水，并经由水箱向生长池供水，补给生长池中的消耗用水，直到水位重新达到试验水位，当试验完成后,开启排水系统的排水管道即将水排出。

当进行降水水淹的模拟试验时，首先通过水箱升降机构将水箱设定到合适高度，并使水位控制器设定的水箱内的试验水位为与土壤层地表距离为0的0水位位置，即设定地下水位最高，然后供水系统打开抽水泵以及供水系统的控制阀，开始向水箱供水，蓄水池中的水通过水箱进入生长池中,直到生长池内水位与水箱内水位相平，并达到水箱内设定的0水位，此时水位控制器的感应器发出信号关闭水箱进水管上的控制阀；水位控制器的感应器同时将信号发送给淹水进水管上的控制阀，开启淹水进水管上的控制阀后，供水系统向淹水进水管供水，开始水淹试验，蓄水池中的水经淹水进水管向生长池供水，由于生长池内地下水位已达到0水位的最高位置，蓄水池中的水经淹水进水管流入生长池后便形成水淹状态，作业人员可以通过调节淹水进水管和淹水出水管上的控制阀调整水的流速，使生长池内水淹高度达到试验要求高度，这样便可以模拟不同的水淹状况进行水淹实验，模拟植物对水淹的耐受限度。试验完成后,水可由所述排水系统排走。

在本发明中，蓄水池中的水需要采自与试验环境生长作物灌溉用完全一致的水，例如试验场地环境的地表水、地下水。

本发明的优点与积极效果为：

1、由于试验装置完全采用与实际相同的水源，因此本发明能有效的模拟不同的地下水位及不同水淹深度对植物生长的影响。

2、本发明地下水位控制准确，大大提高了试验的精确性。

3、本发明可以全自动控制生长池内的地下水水位，操作简便，劳动量低。

4、本发明的生长池采用环保的材料制成，在试验完成后，可以将生长池拆卸，连同供水系统等一起运输到另外一个试验场地，拆卸后的试验场地可以恢复原貌；因此，本发明的试验装置不仅可以多次重复利用，达到了节约材料的目的，而且对试验场地环境的破坏也降到了最低。

附图说明

图1为本发明的主视图,

图2为本发明的供水系统示意图；

图3为图1中单个生长池的侧视图。

其中，1为水箱；2为淹水出水管；3为水箱进水管；4为水箱出水管；5为中间过道；6为土壤层；7为石子层；8为生长池；9为生长池进水管；10为淹水进水管；11为水箱升降机构；12为水箱升降机构底座；13为蓄水池；14为抽水本；15为水箱供水管；16、17为控制阀；18为塑料薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明的地下水位变化及水淹的模拟装置包括水箱1、环保材料制成的生长池8、供水系统20、排水系统，其中水箱1上设有水箱进水管3和水箱出水管4，所述水箱进水管3与外部的供水系统20的水箱供水管15相连，所述水箱出水管4与生长池8的生长池进水管9相通，且在所述水箱进水管3与供水系统20的水箱供水管15相连的水箱进水管3上设置有用于自动调节控制水箱1内水位的水位控制器(图中未示出)，并且该水位控制器具有水位感应器(图中未示出)，该水位感应器位于水箱内部，在与水箱进水管3相连的水箱供水管15设有控制管路启停及调整流量的控制阀17；供水系统20还设有蓄水池13和抽水泵14，蓄水池13与抽水泵14之间设有控制管路启停及调整流量的控制阀16；水箱出水管4上同样设有控制管路启停及调整流量的控制阀(图中未示出)，所述水位控制器为市购产品，型号为J1102B-00，生产厂家为艾拉美，所述控制阀为本领域公知技术。如图1所示,相邻的两排生长池8之间设有中间过道5，所述水箱1通过水箱升降机构11以及水箱升降机构底座12设置于生长池8之间的中间过道5中，根据试验需要，所述水箱1的高度可通过水箱升降机构11进行自动调整。

所述生长池8为环保材料生长池，所述环保材料为不锈钢材料、PP材料或者PE材料，在每个生长池8的侧壁和底部覆盖一层塑料薄膜18，在塑料薄膜18的底部设有石子层7，在石子层7上设置有土壤层6,所述生长池8用于模拟植物生长的环境。如图3所示，在生长池8的侧壁底部设置有生长池8的进水管9，所述生长池8的进水管9与水箱1上的水箱出水管4相连通，在生长池8的侧壁上部设有淹水进水管10和淹水出水管2，所述淹水进水管10和淹水出水管2紧贴土壤层6表面设置，其中淹水进水管10与外部的供水系统20的水箱供水管15相连通，淹水出水管2在水淹试验时将生长池8内的水排出，淹水进水管10和淹水出水管2上均设有控制管路启闭及调整水流量的控制阀(图中未示出)，所述控制阀为本领域公知技术。

所述排水系统包括控制阀、滤网和排水管道(图中未示出)，其中排水管道与生长池8相连通，且在排水管道设置于生长池8内部的端部设有滤网，排水管道设置于生长池8外部的一端设有一个控制阀(图中未示出)，作业人员可通过该控制阀调整排水量，从而可以进一步控制生长池内的地下水位变化情况。

本发明的工作原理为：

本发明根据试验的要求设置合适的地下水位及水淹深度，根据试验要求，可以把水箱1设定在不同的高度,并通过水位控制器精确设定水箱1内的试验水位。当水箱1内水位达到水位控制器设定的试验水位时，水位控制器中的水位感应器发出信号使水箱进水管3上的控制阀关闭，停止向水箱内供水。

首先，将水箱1通过水箱升降机构11设定在合适的高度，并通过水位控制器设定水箱1内的试验水位，然后开启供水系统20的抽水泵14，并且打开控制阀16、17以及水箱进水管3上的控制阀，蓄水池13中的水便进入水箱1中，并经水箱1的水箱出水管4，通过进水管9进入到生长池8中，当生长池8内的水位与水箱1内的水位相平，并达到水箱1内由水位控制器设定的试验水位时，此时水位控制器感应器感应到水位变化，便发出信号关闭水箱进水管3，同时将信号发送给供水系统20，使供水系统20关闭控制阀16和17，从而停止向水箱1供水。由于蒸发及植物生长需要消耗水，导致生长池8中的水位降低，与该生长池8相通的水箱1，其水位也会随着该生长池8中的水位的下降而下降，此时水位控制器的感应器便感应到水箱1中的水位变化，然后发出信号打开水箱进水管3的控制阀，同时将信号发送给供水系统20，供水系统20打开抽水泵14，开启控制阀16和17，使供水系统20重新向水箱1注入蓄水池中的水，并经由水箱1向生长池8供水，补给生长池8中的消耗用水，直到水位重新达到试验水位，当试验完成后,开启排水系统的排水管道即将水排出。

当进行降水水淹的模拟试验时，首先通过水箱升降机构将水箱1设定到合适高度，并使水位控制器设定的水箱1内的试验水位为与土壤层6地表距离为0的0水位位置，即设定地下水位最高，然后供水系统20打开抽水泵以及控制阀16和17，开始向水箱1供水，蓄水池中的水通过水箱1进入生长池8中,直到生长池8内水位与水箱1内水位相平，并达到水箱1内设定的0水位，此时水位控制器的感应器发出信号关闭水箱进水管3上的控制阀(图中未示出)；水位控制器的感应器同时将信号发送给淹水进水管10上的控制阀(图中未示出)，淹水进水管10上的控制阀由关闭状态变为开启状态，从而开启淹水进水管10上的控制阀后，使得供水系统20向淹水进水管10供水，开始水淹试验。蓄水池中的水经淹水进水管10向生长池8供水，由于生长池8内地下水位已达到0水位的最高位置，蓄水池中的水经淹水进水管10流入生长池8后便形成水淹状态，作业人员可以通过调节淹水进水管10和淹水出水管2上的控制阀调整水的流速，使生长池8内水淹高度达到试验要求高度，这样便可以模拟不同的水淹状况进行水淹实验，模拟植物对水淹的耐受限度。试验完成后,水可由所述排水系统排走。

实施例1、研究芦苇、碱蓬生长季最适地下水水位

本实施例中，水箱1的外形尺寸为长×宽×高＝65cm×45cm×35cm，水箱进水管3与水箱出水管4为外径2.5cm，内径2.0cm的PPR管。生长池8的外形尺寸为长×宽×高＝3m×3m×2m的，其中生长池8埋入地下的高度为1.5m，在生长池8侧壁和底部设有塑料薄膜，塑料薄膜的底部设有15cm厚的石子层7，并且石子层7上面设有1.35m厚的土壤层6。本实施例总共建20个生长池8，其中每10个连成一排且排成两排，两排生长池8之间的中间过道5间距为2-3m，淹水进水管10和淹水出水管2安装在生长池8侧壁上，且距离生长池8上沿为0.5-1m。

选定一排10个生长池8，设定距地表距离分别为0m、0.5m、1m、1.5m、2m的5个地下水位，其中每个地下水位包含2个生长池8，在生长池8中分别种植芦苇和碱蓬。实验初期，按照地下水位0m、0.5m、1m、1.5m、2m的位置放置好每个水箱1并设定好该水箱1内水位控制器的感应水位，然后开启供水系统，让蓄水池中的水经各个水箱1进入到相应的生长池8中，当生长池8内水位达到设定水位时，水位控制器发出信号停止供水系统经该水箱1向生长池8内供水。如果实验中后期，芦苇和碱蓬等造成水位差存在，水位控制器感应到相对应的水箱1内的水位变化后自动控制供水系统向该水箱1内补水，使该水箱1与对应的生长池8内的水位重新达到平衡。该装置适合研究芦苇和碱蓬在生长季是如何响应不同地下水位变化。

实施例2、研究芦苇、碱蓬生长对水淹的响应

本实施例与实施例1的不同之处在于选定一排规格为3m×3m×3m的10个生长池8用于水淹试验。首先，将水箱1放置到合适位置同时设定水位控制器的感应水位为地下水位为0水位的位置，然后使供水系统经水箱1向生长池8充入淡水，直到地下水位达到地表，即地下水位为0的位置，此时水位控制器控制供水系统停止经水箱1向生长池8内供水。本发明可以根据不同降雨强度来设定水淹的深度，模拟不同降水强度对芦苇、碱蓬的水淹影响程度，本发明设置了5种水淹深度即0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m，每种水淹深度包括两个生长池8，当每个生长池8中的地下水位达到地表后，依次打开生长池8的淹水进水管10和淹水出水管2，使外部的供水系统通过淹水进水管10向各个生长池8内供水，通过调节淹水进水管10和淹水出水管2上的控制阀调整流量，使每个生长池8内水淹高度达到试验要求高度，然后便可以进行研究芦苇、碱蓬对降雨造成水淹的生长响应。

Claims (7)

1.一种地下水位变化及水淹的模拟装置,包括高度可调的水箱、环保材料制成的生长池、供水系统和排水系统，蓄水池中的水经水箱流入生长池中，在所述水箱与供水系统相连的管路上设有调节水位的水位控制器，所述水箱中的水位在水位平衡时与所述生长池内土壤层中的地下水位相平，并达到所述水位控制器设定的水位高度；在生长池的侧壁上设有用于水淹试验的淹水进水管和淹水出水管。

2.如权利要求1所述的地下水位变化及水淹的模拟装置，其中，所述生长池采用环保材料制成，例如不锈钢、PP材料或PE材料。

3.如权利要求1所述的地下水位变化及水淹的模拟装置，所述水箱上设有水箱进水管和水箱出水管，所述水箱进水管与供水系统相连，所述水箱出水管与生长池相通。

4.如权利要求1所述的地下水位变化及水淹的模拟装置，在水箱进水管和水箱出水管上均设有控制管路启停及调整流量的控制阀，其中水箱进水管上的控制阀与所述水位控制器相连，所述水箱进水管通过所述水位控制器控制开启或闭合。

5.如权利要求1所述的地下水位变化及水淹的模拟装置，所述供水系统上设有能够开启和关闭的控制阀和抽水泵，供水系统还具有蓄水池以及供水管路；蓄水池与抽水泵之间的供水管路设有所述控制阀，抽水泵通过供水管路与水箱的进水管连接，并且抽水泵与水箱进水管连接的供水管路上设有控制阀；生长池之间设有中间过道，所述水箱通过水箱升降机构与水箱升降机构底座安装在生长池之间的中间过道中；所述生长池的侧壁与底部上铺设塑料薄膜，塑料薄膜的底部上铺设石子层，在石子层中设置有与水箱相连的生长池进水管；所述在生长池中，土壤层设置在石子层上；所述淹水进水管与供水系统相连通，所述淹水进水管和淹水出水管安装在生长池的侧壁上，且设置于生长池内的土壤层上方，所述淹水进水管和淹水出水管上均设有控制管路启停及调整水流量的控制阀；所述排水系统包括控制阀、滤网和排水管道，其中排水管道与生长池相连通，且在排水管道设置于生长池内部的端部设有滤网，排水管道设置于生长池外部的一端设有控制阀。

6.一种地下水位变化及水淹的模拟装置的使用方法，在进行模拟地下水位变化试验时，将水箱通过水箱升降机构设定在合适的高度，并通过水位控制器设定水箱内的试验水位，然后开启供水系统的抽水泵，并且打开供水系统管路上的控制阀以及水箱进水管上的控制阀，蓄水池中的水便进入水箱中，并经水箱的水箱出水管，通过生长池进水管进入到生长池中，当生长池内的水位与水箱内的水位相平，并达到水箱内由水位控制器设定的试验水位时，此时水位控制器感应器感应到水位变化，便发出信号关闭水箱进水管，同时将信号发送给供水系统，使供水系统关闭供水管路上的控制阀，从而停止向水箱供水；由于蒸发及植物生长需要消耗地下水，导致生长池中地下水位降低，与该生长池相通的水箱，其水位也会随着该生长池中地下水位的下降而下降，此时水位控制器的感应器便感应到水箱中的水位变化，然后发出信号打开水箱进水管的控制阀，同时将信号发送给供水系统，供水系统打开抽水泵，开启供水系统的控制阀，使供水系统重新向水箱注入蓄水池中的水，并经由水箱向生长池供水，补给生长池中的消耗用水，直到水位重新达到试验水位，当试验完成后,开启排水系统的排水管道即将水排出。

7.一种地下水位变化及水淹的模拟装置的使用方法，当进行降水水淹的模拟试验时，首先通过水箱升降机构将水箱设定到合适高度，并使水位控制器设定的水箱内的试验水位为与土壤层地表距离为0的0水位位置，即设定地下水位最高，然后供水系统打开抽水泵以及供水系统的控制阀，开始向水箱供水，蓄水池中的水通过水箱进入生长池中,直到生长池内水位与水箱内水位相平，并达到水箱内设定的0水位，此时水位控制器的感应器发出信号关闭水箱进水管上的控制阀；水位控制器的感应器同时将信号发送给淹水进水管上的控制阀，使得淹水进水管上的控制阀由关闭状态变为开启状态；开启淹水进水管上的控制阀后，供水系统向淹水进水管供水，开始水淹试验，蓄水池中的水经淹水进水管向生长池供水，由于生长池内地下水位已达到0水位的最高位置，蓄水池中的水经淹水进水管流入生长池后便形成水淹状态，作业人员通过调节淹水进水管和淹水出水管上的控制阀调整水的流速，使生长池内水淹高度达到试验要求高度，这样便模拟不同的水淹状况进行水淹实验，模拟植物对水淹的耐受限度；试验完成后,水可由所述排水系统排走。