CN1268912C - 岩土饱和入渗自动测定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于测定系统包括通过管路连接构成循环的供水装置、双环入渗装置，流量测定仪组成，所述的双环入渗装置的出水口与翻斗式流量测定仪的进水口衔接，经流量测定仪流出的水通过水泵补充到供水装置，通过计算单位时间进入和溢出入渗双环中的水量之差得到地面水饱和入渗到岩土中的速率。本发明与目前所应用的测定方法相比技术进步效果表现在改变了测定同心环内环的水位变化或马氏瓶内水位变化的传统思路，根据动态水量平衡原理，利用翻斗式流量计通过自动测定同心环的出口流量来测定入渗速率，使水文数据的自动监测成为可能，并且大大提高了测定精确度。本发明的测定系统结构简单、运行管理方便。

Description

岩土饱和入渗自动测定系统

技术领域

本发明涉及到一种岩土饱和入渗自动测定系统，主要应用于研究山地或平原在降雨或灌溉时地面水的入渗量和入渗过程，属于农业节水蓄水的小型水文资料测定设备技术领域。

背景技术

目前，应用于现场测定地面水饱和入渗到土壤中的装置主要是“双环入渗仪”，即采用两个同心圆柱环，通过直接测定内环内的水位变化来计算入渗总量及入渗过程；或者将双环入渗仪与马氏瓶相连，通过观测马氏瓶的水位变化来计算不同时刻的入渗速率及入渗总量。第二种方法相对第一种方法，虽然实现了恒压自动供水，但是，该方法仍未摆脱通过测定水位来计算入渗过程的传统思路，无法对岩土的饱和入渗过程进行自动、连续、准确的测定。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，根据动态水量原理，利用翻斗式自记量水技术，提出了一种通过供水循环、自动测定入渗流量的方法和系统，实现测定小流域水文地质的饱和入渗情况。

本发明的技术方案是这样实现的：这种岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于测定系统包括通过管路连接构成循环的供水装置、双环入渗装置，流量测定仪组成，所述的双环入渗装置的出水口与翻斗式流量测定仪的进水口衔接，经流量测定仪流出的水通过水泵补充到供水装置，通过计算单位时间进入和溢出入渗双环中的水量之差得到地面水饱和入渗到岩土中的速率。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪由通过轴承和翻转轴架持于支座上的两个连体集水翻斗和固定于框架上的记数器构成，集水翻斗侧面设置拉绳与记数器拉杆连接。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪的拉绳与拉杆之间设置滑轮。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪的两个翻斗的夹角小于180°。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪框架底板上对应翻斗翻转位置设置可调减震螺栓。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪的计数器拉杆设置复位弹簧。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪的计数器为拉动式自动进位递加机械计数器。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的流量测定仪置于蓄水池之内，蓄水池通过供水管路和水泵与供水装置连通。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的供水装置由储水箱和供水箱组成，供水箱设置浮球阀保持压力恒定。

所述的岩土饱和入渗自动测定系统的供水箱与双环入渗装置之间设置控制阀。

本发明与目前所应用的测定方法和系统相比技术进步效果表现在改变了测定同心环内环的水位变化或马氏瓶内水位变化的传统思路，根据动态水量平衡原理，利用翻斗式流量计通过自动测定同心环的出口流量来测定入渗速率，使水文数据的自动监测成为可能，并且大大提高了测定精确度。本发明的测定系统结构简单、运行管理方便。

附图说明

图1是本发明岩土饱和入渗自动测定系统示意图

图2是本发明翻斗式流量测定仪的结构示意图

图3是本发明浮球阀的放大图

图中：1、供水箱 2、浮球阀 2-1浮球 2-2、杠杆 2-3、阀堵3、储水箱 4、水泵 5、双环 6、漏斗 7、控制阀 8、蓄水池9、翻斗式流量测定仪 9-1、计数器框架 9-2、被测水流的出水口9-3、拉绳 9-4、计数器 9-5、复位弹簧 9-6、拉杆9-7、滑轮 9-8、集水翻斗 9-9、可调减震螺栓9-10、支座 9-11、翻转轴

具体实施方式

图1所示，本发明的岩土饱和入渗自动测定系统主要由储水箱3、恒压供水箱1、两个同心环5和翻斗式流量计9通过管路循环连接构成，采用两个同心双环控制入渗面，可有效避免了水分的侧渗对垂直入渗的影响。系统的中双环与供水箱的连接管路可敞开设置，便于与对供水箱的出口水流速进行标定，减少误差。

在进行测定之前，首先根据岩土的物理性质，组略估计岩土的最大入渗速率，通过调节阀门7确定恒压供水箱的出口流量Q1，以保证其在进行测定时双环的出水口始终有水流出为原则；测定开始时启动翻斗式流量计的计数器9-4并开始供水。水流通过漏斗6进入同心环5后，由于进入同心环的水流流量大于岩土的入渗流量，因此，将有一部分水流通过同心环的出水口流出，这部分水流将被翻斗式流量计进行时时监测。根据水量平衡原理，在同心环内环水位不变的情况下，单位时间内进入同心环内环的水量，应等于入渗到岩土中的水量与经过出水口流出同心环内环的水量之和，即有下面的公式：

Q₁＝Q₂+Q₃          (1)

Q₃＝Q₁-Q₂          (2)

$V=\mathrm{\α}\frac{Q_3}{S}=\mathrm{\α}\frac{Q_1-Q_2}{S}---\left(3\right)$

式中：V-入渗到岩土中的入渗速率，mm/h

      Q1-进入同心环的流量，ml/h

      Q2-流出同心环的流量，ml/h

      Q3-入渗到岩土中的流量，ml/h

      S-同心环内环的截面积，cm2

      α-折算系数，10

图2所示，本发明的流量测定仪主要由集水翻斗9-8驱动计数器9-4自动计数，集水翻斗的主要结构是由两个互为反向设置的集水翻斗支撑于支座9-10的翻转轴9-11上构成，双环出水口即为翻斗流量测定仪9的进水口9-2，流出的水进入其中的一个集水翻斗9-8内，当水达到一定量时，集水翻斗9-8便会自动翻转，安装在集水翻斗侧壁上的拉绳9-3就会拉动计数器拉杆9-6一次，同时，被测水流注入另一个集水翻斗内，从而保证水流监测的连续性。本发明的拉绳设置于翻斗的外侧壁，每个翻斗设置1根拉绳3。

本发明采用的计数器为机械拉动自动进位递加计数器，计数范围0-99999，拉杆角度可以任意调整，拉杆在外力作用下每拉动一次，计数部分跳动一下，逢十进位，拉杆在外力撤销后，在复位弹簧5的作用下回到原来的位置，掀动回零掀手数字全部复零，该计数器能受较强震动而不影响计数正确。

通过调整两个翻斗设置的夹角，调节集水翻斗的容水量的平衡点，达到控制集水翻斗的翻转频率的目的。一般情况下两个翻斗的夹角小于180°，可以设置在120-160°之间。实际应用中，还可以根据被监测流量的实际变化情况，重新调整以上参数，从而提高系统的测量精度。

本发明的流量测定仪9设置于蓄水池8之内，蓄水池的水可通过水泵循环使用，完成连续自动测定地面水饱和入渗资料的测定。

Claims (9)

1、岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于测定系统包括通过管路连接构成循环的供水装置(1、3)、双环入渗装置(5)，流量测定仪(9)组成，所述的双环入渗装置的出水口与翻斗式流量测定仪(9)的进水口衔接，经流量测定仪流出的水通过水泵(4)补充到供水装置(3)，通过计算单位时间进入和溢出入渗双环中的水量之差得到地面水饱和入渗到岩土中的速率，所述的流量测定仪(9)由通过轴承和翻转轴(9-11)架持于支座(9-10)上的两个连体集水翻斗(9-8)和固定于框架上的记数器(9-4)构成，集水翻斗侧面设置拉绳(9-3)与记数器拉杆(9-6)连接。

2、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述流量测定仪(9)的拉绳与拉杆之间设置滑轮(9-7)。

3、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述流量测定仪的两个翻斗(9-8)的夹角小于180°。

4、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述流量测定仪框架底板上对应翻斗翻转位置设置可调减震螺栓(9-9)。

5、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述流量测定仪的计数器拉杆设置复位弹簧(9-5)。

6、根据权利要求5所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述流量测定仪的计数器为拉动式自动进位递加机械计数器。

7、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述的流量测定仪置于蓄水池(8)之内，蓄水池(8)通过供水管路和水泵(4)与供水装置连通。

8、根据权利要求1所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述的供水装置由储水箱(3)和供水箱(1)组成，供水箱(1)设置浮球阀(2)保持压力恒定。

9、根据权利要求8所述的岩土饱和入渗自动测定系统，其特征在于所述的供水箱(1)与双环入渗装置之间设置控制阀(7)。