CN110389097A - 一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪。本发明装置主要包括测定圆筒(1)、双向活动阀门(2)、测定软管(3)、可插拔接头(4)、角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)、扩展管(8)、空心保护套(9)、渗漏圆筒(10)。其特征是测定圆筒通过双向阀门与测定软管连接，进而连接在空心圆筒的一侧。在渗透圆筒的正上方连接一根起固定及插入作用的扩展管，使用者可根据需求自由伸缩。扩展管的外部套有空心保护套，起到密闭保护作用。扩展管的上方的角度盘、量角器、铅锤可确定渗透圆筒的倾斜度。在复杂的野外条件下，使用者不必将渗漏圆筒垂直插入土壤，可通过几何关系准确地计算接触土壤的表面积，进而确定土壤渗漏系数。

Description

一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪

技术领域

本发明属于生态学、农学、水文学、环境科学等学科的现场实验新型仪器，具体涉及一种便携式的野外原位测定湿地土壤渗漏系数的装置。

背景技术

水是湿地形成及发育的先决条件和关键因子。无论是季节性的，还是长期的积水或湿润的湿地，在一定时期内，其地表水分的总收入应等于或大于总支出，以此来保证区域的湿润、过湿或积水的特性，进而达到湿地系统稳定的立地条件。在此过程中，湿地土壤的渗透性反映了水分在湿地土壤中垂向迁移、扩散的能力，是衡量湿地健康程度的重要指标。其作为生态保护、设计与恢复的技术基础指标，对于湿地水资源的优化配置、湿地生态环境需水核算、受损湿地生态系统的恢复与重建、人工湿地生态系统的设计与规划等起着非常重要的作用。

对于水分在土壤中渗透规律的研究日益受到重视，已从最初的定性描述发展到当前的定量确定阶段。目前，国内外已经发展出多种土壤水分渗漏系数的测定技术与方法，大致分为室内法(环刀法)及室外法(渗透桶法)两种。室内法的测定结果虽然较为精确，但不能很好的反映野外的真实情况，因此，为了尽可能真实的反映野外自然状态下土壤水分的渗漏情况，目前的湿地土壤渗透性观测实验多采用渗漏计法，较为常见的仪器装置包括：圆盘渗漏仪、圭尔夫渗漏仪、大型原状土渗漏仪、模拟土柱渗漏仪、变水头渗漏仪等。虽然，这些测定装置能够相对准确的测定湿地土壤水分渗漏系数，但存在适用范围小(仅能室内使用)、野外携带不便、场地工作效能低、野外测定结果误差偏大、造价成本高等问题。为了弥补现有的湿地土壤水分渗漏测定仪器的不足，我们设计了一种新型的野外原位便携式湿地土壤渗漏仪，可更直接、更方便、更准确、更迅速的在野外原位测定湿地土壤水分渗漏系数。

发明内容

本发明提供了一种新型的野外原位便携式湿地土壤渗漏仪器，可在野外快速、便捷、准确地原位测定湿地土壤水分渗漏系数。在生态学、环境科学、水文学、农学中土壤水分垂向迁移的研究具有较强的实用价值。

本发明提出便携、准确、野外适用性强的原位湿地土壤渗漏仪，主要包括：渗漏圆筒、测定软管、测定圆筒、双向活动阀门、角度盘、角量器、铅锤、扩展管、空心保护套等。具体特征为有容量标记的的测定圆筒通过双向活动阀门与测定软管相连接，测定软管通过可插拔接头连接在渗漏圆筒的一侧。在渗漏圆筒的正上方连接一根起固定及插入作用的扩展管，扩展管可根据使用者的需求自由伸缩。扩展管的外部套有延展性的空心保护套，起到密闭保护作用。在扩展管的上方设置一个与其垂直(处于水平)的角度盘，角度盘能够360°旋转，其下方为垂直放置的量角器，与量角器同一平面的竖直方向上悬挂有铅锤，通过角度盘、量角器以及铅锤之间的角度确定渗透圆筒的倾斜角度。

本发明中，由于采用了角度盘及量角器的设计，空心圆筒不必垂直插入土壤中即可测定土壤渗漏系数。在实际应用中，可根据地表土壤的实际情况选择适宜的测量方式。本发明可广泛的应用在沼泽、河流浅滩、滨海盐沼、农田、水田、湖泊等各种湿地类型。

本发明的创新点是：

1)该仪器设计高度集成、携带方便、操作简易，只需要将仪器插入待测土壤即可，无需携带任何其他辅助工具，能够在野外迅速地原位测定土壤渗漏系数。

2)该仪器适用范围广，特别适合于湿地复杂的地表地形，当渗漏圆筒不能垂直插入地表土壤时，角度盘及量角器能够测出任意位置的角度，使用者可通过几何关系准确地计算接触土壤的表面积，进而确定土壤渗漏系数。

3)该仪器操作灵活，伸缩型的支撑杆适用于任何深度的湿地水域，使用者可根据自身需求调节扩展管的长度进行实地测量。

附图说明

图1为本发明的剖面图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的使用示意图。

图中标号：1测定圆筒，2双向活动阀门，3测定软管，4可插拔接头，5角度盘，6量角器，7铅锤，8扩展管，9空心保护套，10渗漏圆筒。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明装置主要包括测定圆筒(1)、双向活动阀门(2)、测定软管(3)、可插拔接头(4)、角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)、扩展管(8)、空心保护套(9)、渗漏圆筒(10)。其中测定圆筒(1)的具体尺寸：高为500mm，直径53mm；角度盘(5)的具体尺寸：厚度2mm，直径50mm；扩展管(8)具体尺寸为：长1500mm，直径30mm；渗漏圆筒(10)的具体尺寸：高为300mm，直径150mm；(1)、(5)、(8)、(10)的材料均采用不锈钢；测定软管(3)的具体尺寸：长为2000mm，直径50mm，材料为橡胶。测定圆筒(1)通过双向活动阀门(2)与测定软管(3)相连接，测定软管(3)通过可插拔接头(4)安装在渗漏圆筒(10)一侧。扩展管(8)通过可插拔接头(4)连接在渗漏圆筒(10)的正中心，扩展管(8)外部被空心保护套(9)包裹，可在300mm～1500mm范围内自由伸缩。角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)固定在扩展管(8)上方，角度盘(5)可360°自由旋转。

如图3所示，该发明装置使用时的操作步骤如下：

1)在野外选择具有代表性的研究样地，将渗透圆筒插在待测土壤中。

2)将测定管提高，阀门处于打开状态，用吸水球在测定圆筒的底部小孔处吸气，待水上升至测定圆筒2/3处(试野外具体情况可以稍微调整高度)，直到确定测定管中没有气泡，状态稳定后，将阀门关闭，读出测定圆筒中的水面高度h₁(精确到mm)。

3)将测定圆筒放入水中，待其稳定漂浮在水面上之后，将阀门关闭。通过角度盘与铅锤的位置读出装置的倾斜角度α。

4)一段时间后，在水中将双向阀门关闭，然后读出测定圆筒中的刻度h₂(精确至mm)。

5)按照下列公式计算土壤渗漏系数k：

式中，k为渗漏系数(cm/s)；h₁为测定前测定圆筒读数(cm)；h₂为测定后渗透圆筒读数(cm)；R′为测定圆筒的直径(cm)；S为渗漏圆筒与土壤接触的面积(cm²)；R‘’为渗漏圆筒直径(cm)；t为时间(s)。h₁、h₂、R′、R‘’均可以直接测定，S的计算则根据倾斜角度α。

因此，最终土壤渗漏系数计算公式为：

Claims (4)

1.一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪，其特征在于：组成结构包括测定圆筒(1)、双向活动阀门(2)、测定软管(3)、可插拔接头(4)、角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)、扩展管(8)、空心保护套(9)、渗漏圆筒(10)；其中测定圆筒(1)的具体尺寸：高为500mm，直径53mm；角度盘(5)的具体尺寸：厚度2mm，直径50mm；扩展管(8)具体尺寸为：伸缩长范围300mm～1500mm，直径30mm；渗漏圆筒(10)的具体尺寸：高为300mm，直径150mm；(1)、(5)、(8)、(10)的材料均采用不锈钢材料；测定软管(3)的具体尺寸：长为2000mm，直径50mm，材料为橡胶。

2.如权利要求1所述的野外原位便携式湿地土壤渗漏仪，测定圆筒(1)通过双向活动阀门(2)与测定软管(3)相连接，测定软管(3)通过可插拔接头(4)安装在渗漏圆筒(10)一侧；扩展管(8)通过可插拔接头(4)连接在渗漏圆筒(10)的正中心，扩展管(8)外部被空心保护套(9)包裹，可在1500mm内自由伸缩；角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)固定在扩展管(8)上方，角度盘(5)可360°自由旋转。

3.如权利要求1所述的一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪，其特征在于设置有角度盘(5)、量角器(6)、铅锤(7)，可测量出渗漏圆筒放置在任意位置的角度，通过几何关系准确地计算接触土壤的表面积，进而确定土壤渗漏系数。

4.如权利要求1所述的一种野外原位便携式湿地土壤渗漏仪，其特征在于可通过测定圆筒(1)、角度盘(5)、量角器(6)的读数及固定参数获得湿地土壤渗漏系数k，计算公式为：

式中，k为渗漏系数(cm/s)；h₁为测定前测定圆筒读数(cm)；h₂为测定后渗透圆筒读数(cm)；R′为测定圆筒的直径(cm)；R‘’为渗漏圆筒直径(cm)；t为时间(s)；α为角度盘读数(°)；R′、R‘’为固定参数，h₁、h₂、t、α均可由该装置直接测定。