CN106442266B - 一种土壤中降水入渗量的测量系统、方法及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤中降水入渗量的测量系统、方法及施工方法，该系统包括设置于地表面与地下水位之间的腔体，腔体的顶部和底部均为天然状态的土壤；腔体内设有土壤入渗量测量装置，其自上而下包括依次连接的汇集漏斗、计量装置和底座，汇集漏斗的顶部开口处依次覆盖支撑层和透水性过滤层，透水过滤层的上部与土壤紧密接触，计量装置与地面上的数据存储装置连接。本发明的测量结果反映了天然状态下土壤中降水入渗量的变化。根据具体需求，可以在不同地段、不同深度埋设若干个腔体部件，从而实现同时、多地、长期监测。本发明不局限于特定条件，可适用于任意地理环境或岩性条件，具有良好的普适性。

Description

一种土壤中降水入渗量的测量系统、方法及施工方法

技术领域

本发明涉及一种测量系统，具体涉及一种土壤中降水入渗量的测量系统、方法及施工方法。属于水利及地质技术领域。

背景技术

随着人口数量的急剧增长，水资源短缺的问题越来越严重，这已经成为一个全球性的问题。研究降水入渗，进而提高雨水的入渗效率，这是充分利用雨、洪水资源，增加地下水供给量的重要途径，进而可以缓解水资源危机，保护人类生存环境，促进社会经济发展。为了实现上述目的，首要关键步骤就是测量土壤中的降水入渗量，但是，现在比较成熟的技术仅仅集中在地下水位的监测上，关于非饱和带的降水入渗量研究非常有限。

从地表面至地下水位之间，土壤孔隙中含有一定数量的空气，土壤水分经常呈非饱和状态，故称非饱和带。非饱和带的厚度随着地下水位埋深不同变化很大，从地下水浅埋地区的几米至地下水深埋地区的几十米甚至上百米。同时，同一地点非饱和带的厚度也会随着地下水位的升降而变化。显然，非饱和带的整体厚度以及不同深度土层的含水量是一个不断变化的过程。

目前公开的野外测定土壤中降水入渗量的方法均不成熟，要么会破坏天然状态，要么只能适用于某些特定的地理环境或岩性条件，不具有普适性。比如，只能用于测量某一段时间的入渗总量，很难记录入渗过程参数(历时、强度及总量等)；而且，往往不能用于测量地面以下较深处的土壤入渗量。

因此，如何在不破坏土壤原状的前提下，实现连续监控非饱和带不同深度土层的入渗水量变化具有非常重要的意义，这样的测量结果才能反映野外天然状态下土壤中降水入渗量连续变化的真实情况。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种土壤中降水入渗量的测量系统。

本发明还提供了上述一种土壤中降水入渗量的测量系统相应的测量方法，以及该测量系统的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种土壤中降水入渗量的测量系统，包括设置于地表面与地下水位之间的腔体，腔体的顶部和底部均为天然状态的土壤；腔体内设有土壤入渗量测量装置，其自上而下包括依次连接的汇集漏斗、计量装置和底座，汇集漏斗的顶部开口处依次覆盖支撑层和透水性过滤层，透水过滤层的上部与土壤紧密接触，计量装置与地面上的数据存储装置连接。

优选的，所述腔体顶端与地表面之间的距离为0.5m以上，腔体的高度为40cm左右，汇集漏斗的直径为10～50cm之间。

优选的，土壤入渗量测量装置与腔体的底部之间形成空腔，底座通过第一支架固定于腔体的底部；所述计量装置包括排水口，排水口排出的水流入空腔。

优选的，所述汇集漏斗的斗体置于第二支架上，第二支架的下端与底座固定连接。

优选的，所述支撑层为网状结构支架，所述透水性过滤层为纱布或土工布。

进一步优选的，所述支撑层为不锈钢材质的网状结构支架。

优选的，所述计量装置通过数据线与地面上的数据存储装置连接。

优选的，所述数据存储装置固定于封闭的盒状容器中。

优选的，所述数据存储装置内置电源，并设有通讯端口，工作人员可定期利用计算机或手机，通过通讯端口导出数据；或者，数据存储装置内嵌无线通信模块，以与监控室内的计算机无线通信。

进一步优选的，所述无线通信模块通过太阳能电池供电。

进一步优选的，所述数据存储装置为移动硬盘。

优选的，所述计量装置为水流量传感器。

优选的，所述计量装置为浮子式，类似JFZ-01型浮子式数字雨量传感器。

优选的，所述计量装置为翻斗式，类似SL-3雨量传感器，包括计量翻斗以及位于其正下方的计数翻斗，计量翻斗与汇集漏斗的出口端配合，计数翻斗的顶端装有磁钢，磁钢上端有干簧管，干簧管与采集器连接，采集器与地面上的数据存储装置通过数据线连接。

进一步优选的，所述计量翻斗所承受的水量为0.1mm。

一种土壤中降水入渗量的测量方法，包括步骤：

(1)当有降水或其他水体流经腔体顶部土壤表面时，入渗的水分依次经过透水性过滤层和支撑层，进入汇集漏斗，然后流入土壤入渗量测量装置；

(2)土壤入渗量测量装置采集到的水量信号通过数据线传送至地面上的数据存储装置。

优选的，工作人员可定期利用计算机或手机，通过通讯端口导出步骤(2)中的数据存储装置收集到的水量数据；或者，将收集到的水量数据无线发送至监控室内的计算机。

上述的一种土壤中降水入渗量测量系统的施工方法，包括步骤：

(A)竖直挖设施工井，在施工井的侧面，按照所需检测的深度侧挖出腔体；

(B)将土壤入渗量测量装置放入腔体内，保证透水过滤层与其上部的土壤紧密接触；所述土壤入渗量测量装置引出的数据线连接至地面上的数据存储装置；

(C)回填施工井。

另一种施工方法，包括步骤：

(a)竖直挖设施工井，将土壤入渗量测量装置放入其中并固定安装，然后将土壤入渗量测量装置引出的数据线连接至地面上的数据存储装置；

(b)使用步骤(a)中挖出的土壤回填施工井，经人工夯实或者一段时间自然密实后，可视为原状土，从而进行降水入渗量测量。

本发明的有益效果：

本发明的一种土壤中降水入渗量的测量系统可以根据监测需求设置于非饱和带的不同深度位置，在施工时，利用侧挖放置本系统，或者挖设施工井安装土壤入渗量测量装置后，利用挖出的土壤回填，经人工夯实或一段时间自然密实后，基本维持土壤原状，测量结果反映了天然状态下土壤中降水入渗量的变化。

本系统中的计量装置与地面上的数据存储装置通过数据线连接，可以将计量装置采集到的水量数据传送至数据存储装置，故位于腔体内的部件可以长期埋设于地下，工作人员可定期导出数据存储装置中的数据，或者通过监控室内的计算机与数据存储装置无线通信，即可远程、长期、连续监测土壤中降水入渗量连续变化的真实情况。同时，根据具体需求，可以在不同地段、不同深度埋设若干个腔体部件，从而实现同时、多地、长期监测。

本系统的测量精度根据具体使用的计量装置，可达到0.1mm甚至更高。本发明不局限于特定条件，可适用于任意地理环境或岩性条件，具有良好的普适性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中，1为腔体，2为土壤，3为汇集漏斗，4为计量装置，5为底座，6为支撑层，7为透水性过滤层，8为数据存储装置，9为计算机，10为第一支架，11为第二支架，12为排水口，13为空腔，14为数据线，15为容器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种土壤中降水入渗量的测量系统，包括设置于地表面与地下水位之间的腔体1，腔体1的顶部和底部均为天然状态的土壤2；腔体1内设有土壤入渗量测量装置，其自上而下包括依次连接的汇集漏斗3、计量装置4和底座5，汇集漏斗3的顶部开口处依次覆盖支撑层6和透水性过滤层7，透水过滤层7的上部与土壤2紧密接触，计量装置4与地面上的数据存储装置8连接。

其中，腔体1顶端与地表面之间的距离为0.5m以上，腔体1的高度为40cm左右，汇集漏斗3的直径为10cm。

土壤入渗量测量装置与腔体1的底部之间形成空腔13，底座5通过第一支架10固定于腔体1的底部；计量装置4包括排水口12，排水口12排出的水流入空腔13。

汇集漏斗3的斗体置于第二支架11上，第二支架11的下端与底座5固定连接。

支撑层6为不锈钢材质的网状结构支架，透水性过滤层7为纱布。

计量装置4通过数据线14与地面上的数据存储装置8连接，数据存储装置8固定于封闭的盒状容器15中。数据存储装置8内置电源，并设有通讯端口，工作人员可定期利用计算机或手机，通过通讯端口导出数据。

计量装置4为浮子式水流量传感器，类似JFZ-01型浮子式数字雨量传感器。

一种上述的测量系统相应的土壤中降水入渗量的测量方法，包括步骤：

(1)当有降水或其他水体流经腔体顶部土壤2表面时，入渗的水分依次经过透水性过滤层7和支撑层6，进入汇集漏斗3，然后流入土壤入渗量测量装置；

(2)土壤入渗量测量装置采集到的水量信号通过数据线14传送至地面上的数据存储装置8。

工作人员可定期利用计算机或手机，通过通讯端口导出步骤(2)中的数据存储装置8收集到的水量数据。

上述的一种土壤中降水入渗量测量系统的施工方法，包括步骤：

(A)竖直挖设施工井，在施工井的侧面，按照所需检测的深度侧挖出腔体；

(B)将土壤入渗量测量装置放入腔体1内，保证透水过滤层7与其上部的土壤2紧密接触；土壤入渗量测量装置引出的数据线14连接至地面上的数据存储装置8；

(C)回填施工井。

实施例2：

如图1所示，本发明的一种土壤中降水入渗量的测量系统，包括设置于地表面与地下水位之间的腔体1，腔体1的顶部和底部均为天然状态的土壤2；腔体1内设有土壤入渗量测量装置，其自上而下包括依次连接的汇集漏斗3、计量装置4和底座5，汇集漏斗3的顶部开口处依次覆盖支撑层6和透水性过滤层7，透水过滤层7的上部与土壤2紧密接触，计量装置4与地面上的数据存储装置8连接。

其中，腔体1顶端与地表面之间的距离为0.5m以上，腔体1的高度为40cm左右，汇集漏斗3的直径为50cm。

土壤入渗量测量装置与腔体1的底部之间形成空腔13，底座5通过第一支架10固定于腔体1的底部；计量装置4包括排水口12，排水口12排出的水流入空腔13。

汇集漏斗3的斗体置于第二支架11上，第二支架11的下端与底座5固定连接。

支撑层6为不锈钢材质的网状结构支架，透水性过滤层7为土工布。

计量装置4通过数据线14与地面上的数据存储装置8连接，数据存储装置8固定于封闭的盒状容器15中。数据存储装置8内置电源，内嵌无线通信模块，以与监控室内的计算机9无线通信。无线通信模块通过太阳能电池供电。数据存储装置8为移动硬盘。

计量装置4为翻斗式水流量传感器，类似SL-3雨量传感器，包括计量翻斗以及位于其正下方的计数翻斗，计量翻斗与汇集漏斗3的出口端配合，计数翻斗的顶端装有磁钢，磁钢上端有干簧管，干簧管与采集器连接，采集器与地面上的数据存储装置8通过数据线14连接。计量翻斗所承受的水量为0.1mm。

一种上述的测量系统相应的土壤中降水入渗量的测量方法，包括步骤：

(1)当有降水或其他水体流经腔体顶部土壤2表面时，入渗的水分依次经过透水性过滤层7和支撑层6，进入汇集漏斗3，然后流入土壤入渗量测量装置；

(2)土壤入渗量测量装置采集到的水量信号通过数据线14传送至地面上的数据存储装置8。

数据存储装置8收集到的水量数据可直接无线发送至监控室内的计算机9。

上述的一种土壤中降水入渗量测量系统的施工方法，包括步骤：

(a)竖直挖设施工井，将土壤入渗量测量装置放入其中并固定安装，然后将土壤入渗量测量装置引出的数据线14连接至地面上的数据存储装置8；

(b)使用步骤(a)中挖出的土壤2回填施工井，经人工夯实或者一段时间自然密实后，可视为原状土，从而进行降水入渗量测量。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种土壤中降水入渗量的测量系统的施工方法，其特征在于，土壤中降水入渗量的测量系统包括设置于地表面与地下水位之间的腔体，腔体的顶部和底部均为天然状态的土壤；腔体内设有土壤入渗量测量装置，其自上而下包括依次连接的汇集漏斗、计量装置和底座，汇集漏斗的顶部开口处依次覆盖支撑层和透水性过滤层，透水过滤层的上部与土壤紧密接触，计量装置与地面上的数据存储装置连接；

土壤入渗量测量装置与腔体的底部之间形成空腔，底座通过第一支架固定于腔体的底部；所述计量装置包括排水口，排水口排出的水流入空腔；

所述汇集漏斗的斗体置于第二支架上，第二支架的下端与底座固定连接；

所述支撑层为网状结构支架，所述透水性过滤层为纱布或土工布；

所述计量装置通过数据线与地面上的数据存储装置连接；所述数据存储装置固定于封闭的盒状容器中；

该施工方法包括如下步骤：

(A)竖直挖设施工井，在施工井的侧面，按照所需检测的深度侧挖出腔体；

(B)将土壤入渗量测量装置放入腔体内，保证透水过滤层与其上部的土壤紧密接触；所述土壤入渗量测量装置引出的数据线连接至地面上的数据存储装置；

(C)回填施工井；

或

该施工方法包括如下步骤：

(a)竖直挖设施工井，将土壤入渗量测量装置放入其中并固定安装，然后将土壤入渗量测量装置引出的数据线连接至地面上的数据存储装置；

(b)使用步骤(a)中挖出的土壤回填施工井，经人工夯实或者一段时间自然密实后，可视为原状土，从而进行降水入渗量测量。