CN106952550A - 一种阶梯式地下水位调节模拟装置 - Google Patents

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刘亚
苗仁辉
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Abstract

本发明涉及一种阶梯式地下水位调节模拟装置，包括阶梯式植物生长箱组和供水系统，供水系统通过供水管与阶梯式植物生长箱组底部相连通，阶梯式植物生长箱组置于一砂石层上方，砂石层上表面为一水平面，阶梯式植物生长箱组由二个以上高度不同的植物生长箱组成，生长箱为上下两端开口的容器，容器内装填有土壤，土壤由容器下开口端至上开口端充满容器内部；容器下开口端与砂石层上表面相贴接，本装置可以模拟地下水位的升降变化，为相关地下水位变化的植物生理生态试验、土壤理化性质试验、土壤养分含量变化试验等提供支持。通过上述系统的组合，可以设置植物生长箱内的不同地下水位深度值，获得不同地下水位深度值的植物生长条件。

Description

一种阶梯式地下水位调节模拟装置
技术领域
本发明涉及一种地下水位模拟装置，本装置可以模拟地下水位的升降变化，为相关地下水位变化的植物生理生态试验、土壤理化性质试验、土壤养分含量变化试验等提供支持。本装置由阶梯状植物生长箱、供水系统等组成。通过上述系统的组合，可以设置植物生长箱内的不同地下水位深度值，获得不同地下水位深度值的植物生长条件。
背景技术
随着人类社会的发展，人类对自然资源的利用能力得到不断加强，以及全球变暖对水资源全球分配格局的影响，造成了不同地区土壤地下水位的变化(降低为主)，这已经成为当前人类发展过程中面对的严重环境问题之一。土壤地下水位的变化对植物和土壤养分产生显著的影响，其对植物的生理过程、生态分布格局、生存、更新发展等方面具有重要的意义。
在研究地下水位变化对植物和土壤养分影响作用中，目前主要采用人工模拟调节地下水位方法来实现，如何有效调节地下水分的变化成为关键的技术节点。以往的工作主要是设置生长容器，内部填加生长基质用来栽植植株，并在其内部填加一定水量，形成单一的地下水位，无法同时实现不同地下水位埋深的试验条件需求。
本项发明装置通过阶梯式生长箱的设置方法，可以实现生长箱内地下水位的阶梯变化，为相关研究工作提供了有利支持。
发明内容
本发明目的在于提供一种可以模拟不同地下水位埋深的植物生长试验装置。
为实现上述目的所采用的技术方案是：
构建一种阶梯式的植物生长箱，箱体底部设置共同的模拟地下水位，通过生长箱的高度差值，获得不同的地下水位埋深值。一种阶梯式地下水位调节模拟装置：包括阶梯式植物生长箱组和供水系统，供水系统通过供水管与阶梯式植物生长箱组底部相连通，阶梯式植物生长箱组置于一砂石层上方，砂石层上表面为一水平面，阶梯式植物生长箱组由二个以上高度不同的植物生长箱组成，生长箱为上下两端开口的容器，容器内装填有土壤，土壤由容器下开口端至上开口端充满容器内部；容器下开口端与砂石层上表面相贴接；
于砂石层内设有筛管供水管，所述筛管供水管一端密闭，另一端经供水管与水箱的出水口相连接，于供水管上设有阀门，筛管供水管的管壁上开设有1个以上的通孔作为出水孔，且于筛管供水管的外管壁上包裹有纱网；水箱内的水依靠重力流入植物生长箱内。
阶梯式植物生长箱由3mm铁皮焊接而成，内部设置3×3mm角钢支撑架。箱体为矩形，上口规格为120×120cm，高度可根据模拟的地下水位差值设置，即溢水口上沿到各箱体内土壤表面高度。不同高度的生长箱组成阶梯式结构的 生长箱组合，其各个生长箱之间的高度差值即为模拟的地下水位差值(h-1、h-2…)。构成的生长箱组合体底部相互联通，便于形成统一的地下水位，联通空间为箱体底部的20cm高度区域，所有箱体底部完全互通，并铺设20cm厚度的砂石层，便于水分渗出。箱体供水管道安装于箱体底部侧面，高度低于20cm，管道直径6cm，进入箱体内部部分设置为筛孔管道，前端安装堵头，管体上全面钻孔(出水孔)，孔径5mm，筛管整体埋设于砂石层中，管体外包扎纱网，防止泥土堵塞。另外在箱体底部20cm高度，安装溢水口，管径3cm，用于控制箱体内的模拟水位高度，多余水分可通过溢水口及时排出。
供水系统由供水管和水源组成，供水管道连接于箱体底部的供水筛管上，并安装阀门，水源为供水箱，高度高于最高的生长箱上沿。
所述2个以上生长箱之间依次存在等高度差。
所述生长箱由3-5mm厚度铁皮焊接而成长方体结构，长方体内部相邻两面之间设置3-4×3-5mm角钢支撑架，角钢支撑架为在箱体内设置角钢支撑架，防止箱体装填土壤后边形。图示见附图2。
所述阶梯式植物生长箱组底部完全互通，砂石层铺设的厚度20-30cm，砂石的粒径为1-2cm。
所述阶梯式植物生长箱组的每个箱体下部均有筛孔供水管，即筛孔供水管通过于每个箱体底部的一侧，与箱体底部的距离低于20cm，筛孔供水管管道直径6-10cm，经过每个箱体底部的管道上均设置有1个以上的通孔，称之为筛孔，即为筛孔供水管，筛孔供水管(4)延阶梯式植物生长箱底部水平铺设，延伸至远离与供水管相连的末端设置堵头。
所述筛孔供水管管体上设置出水孔，孔径3-5mm，筛孔供水管整体埋设于砂石层中，管体外包扎纱网。
所述距生长箱箱体底部0-20cm高度的箱体侧壁上设置溢水口，溢水口口径2-3cm，用于控制箱体内的模拟水位高度，多余水分可通过溢水口及时排出。
所述阶梯式植物生长箱组的高度可根据模拟地下水位高度设置，即溢水口上沿到各箱体内土壤表面高度，不同高度的生长箱组成阶梯式结构的生长箱组合，其各个生长箱之间的高度差值即为模拟地下水位差值。
所述供水管连接于箱体底部的筛孔供水管上，水箱的出水口设置于水箱底部或下部，水箱内水面高度高于出水口，出水口的高度高于植物生长箱上开口端。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.通过本装置，可以获得稳定的不同深度的地下水位模拟效果，满足相关试验工作要求的地下水位精准调整需求。
附图说明
图1为阶梯式地下水位调节装置示意图(纵剖面),其中的①为生长箱，②为模拟地下水位差，③为模拟地下水位差值④为模拟地下水位深度⑤溢水口⑥供水管⑦供水管阀门⑧水箱⑨砂石层⑩模拟地下水位；
图2为生长箱的角钢架示意图。
具体实施方式
实施例
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1,图2所示，根据需要模拟地下水位深度和模拟地下水位差值要求，按照上述设计要求制作阶梯式植物生长箱；阶梯式植物生长箱组置于一砂石层9上方，砂石层9上表面为一水平面，阶梯式植物生长箱组由二个以上高度不同的植物生长箱1组成，生长箱1为上下两端开口的容器，容器内装填有土壤，土壤由容器下开口端至上开口端充满容器内部；容器下开口端与砂石层9上表面相贴接；于砂石层9内设有筛管供水管，所述筛管供水管4一端密闭，另一端经供水管6与水箱8的出水口相连接，于供水管6上设有供水管阀门7，筛管供水管4的管壁上开设有1个以上的通孔作为出水孔，且于筛管供水管(4)的外管壁上包裹有纱网；依据最矮生长箱高度，设计安装沟深度，纵向将组合的生长箱埋设于沟中，生长箱1中填加试验土壤至箱体上沿，栽植参试的植物种类，并安装好供水水箱8，水箱内的水依靠重力流入植物生长箱内。试验开始时，首先开启供水阀门7，向组合生长箱持续供水，当溢水口5有水流溢出时，关小供水管阀门7，但需保持溢水口有持续的微量水分流出，以维持箱体内稳定的地下水位存在，此时，箱体内形成约20cm深度的水层，用于模拟地下水位。试验过程中，保持供水水箱8内水分的持续存在。在此基础上，组合箱体内形成了水平的地下水位，利用箱体高度差形成的不同土壤表面高度差异，产生了不同的地下水位埋深环境。

Claims (9)

1.一种阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：包括阶梯式植物生长箱组和供水系统，供水系统通过供水管(6)与阶梯式植物生长箱组底部相连通，阶梯式植物生长箱组置于一砂石层(9)上方，砂石层(9)上表面为一水平面，阶梯式植物生长箱组由二个以上高度不同的植物生长箱(1)组成，生长箱(1)为上下两端开口的容器，容器内装填有土壤，土壤由容器下开口端至上开口端充满容器内部；容器下开口端与砂石层(9)上表面相贴接；
于砂石层(9)内设有筛管供水管，所述筛管供水管(4)一端密闭，另一端经供水管(6)与水箱(8)的出水口相连接，于供水管(6)上设有供水管阀门(7)，筛管供水管(4)的管壁上开设有1个以上的通孔作为出水孔，且于筛管供水管(4)的外管壁上包裹有纱网；水箱内的水依靠重力流入植物生长箱内。
2.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述2个以上生长箱(1)之间依次存在等高度差。
3.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述生长箱(1)由3-5mm厚度铁皮焊接而成长方体结构，长方体内部相邻两面之间设置3-4×3-5mm角钢支撑架。
4.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述阶梯式植物生长箱组底部完全互通，砂石层铺设的厚度20-30cm，砂石的粒径为1-2cm。
5.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述阶梯式植物生长箱组的每个箱体下部均有筛孔供水管，即筛孔供水管(4)通过于每个箱体底部的一侧，与箱体底部的距离低于20cm，筛孔供水管(4)管道直径6-10cm，经过每个箱体底部的管道上均设置有1个以上的通孔，称之为筛孔，即为筛孔供水管，筛孔供水管(4)延阶梯式植物生长箱底部水平铺设，延伸至远离与供水管相连的末端设置堵头。
6.根据权利要求1或5所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述筛孔供水管(4)管体上设置出水孔，孔径3-5mm，筛孔供水管(4)整体埋设于砂石层中，管体外包扎纱网。
7.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述距生长箱箱体底部0-20cm高度的箱体侧壁上设置溢水口(5)，溢水口(5)口径2-3cm，用于控制箱体内的模拟水位高度，多余水分可通过溢水口(5)及时排出。
8.根据权利要求1所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述阶梯式植物生长箱组的高度可根据模拟地下水位高度(3)设置，即溢水口(5)上沿到各箱体内土壤表面高度，不同高度的生长箱组成阶梯式结构的生长箱组合，其各个生长箱之间的高度差值即为模拟地下水位差值(2)。
9.根据权利要求8所述的阶梯式地下水位调节模拟装置，其特征在于：所述供水管(6)连接于箱体底部的筛孔供水管(4)上，水箱的出水口设置于水箱底部或下部，水箱内水面高度高于出水口，出水口的高度高于植物生长箱上开口端。
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