CN202770829U - 土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪 - Google Patents
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Abstract
土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪，涉及一种土壤水渗漏量与地下水补给量观测装置。它是为了适应同时观测到土壤水渗漏和地下水补给的需求。它由内外套筒、内外筒溢流瓶、内外筒补水瓶、内外筒量筒、连接管五部分组成。其中内外套筒部分由内外套筒、内外筒透水石、内外筒进排水嘴、内外筒排气嘴组成。内外套筒分别被内外筒透水石隔离成上下两部分。内外套筒部分埋设于田间犁底层下，内外套筒的内外筒进排水嘴和内外筒排气嘴分别与进排水管和排气管连接，并引至后端观测部分分别与内外筒溢流瓶进行连接。而内外筒溢流瓶又通过内外筒补水瓶的出水管和进气管分别与内外筒补水瓶相互连接。本实用新型适用于土壤水渗漏量与地下水补给量观测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种土壤水渗漏量与地下水补给量观测装置。
背景技术
自2009年开始黑龙江省水利科学研究院承担了水利部综合事业局《水环境修复技术与推广》项目的专题技术研究。专题研究涉及土壤水渗漏量和地下水补给量观测。
根据灌溉试验规范，土壤水渗漏量的观测是通过以下方法进行：在隔水处理的大田中设置蒸渗器区与试验小区，分别观测蒸渗器区与试验小区水量变化的方法进行测定；在试验小区中测定蒸发蒸腾量与渗漏量之和，在蒸渗器区中测定蒸发蒸腾量，通过二者之差计算出渗漏量。
地下水补给量的观测是通过以下方法进行：在隔水处理的大田中设置无底蒸渗器（或观测小区）与有底蒸渗器区，在无底蒸渗器（或观测小区）测出作物蒸发蒸腾量与地下水补给量之和，在有底蒸渗器测出作物蒸发蒸腾量，通过二者之差计算出地下水补给量。
地下水补给量的直接观测方法是在有底蒸渗器中根据试验要求确定地下水位，当蒸发蒸腾引起蒸渗器中地下水位下降时，向地下水位以下的含水层中进行补水，达到确定地下水位时所补充的水量即为地下水补给量。土壤水渗漏量和地下水补给量的间接观测计算方法，在实际操作中存在诸多问题影响土壤水渗漏量和地下水补给量的观测准确度。而地下水补给量的直接观测方法又没有与土壤水渗漏量的观测结合，因此存在着一定的缺陷。土壤水渗漏和地下水补给是地下水位以上土体含水率变化的两个方面，当降水（或灌水）较多时，土体含水率较大发生土壤水渗漏现象，此时土壤水补给地下水；当干旱缺水时，土体含水率较低发生地下水补给现象，此时地下水补给土壤水。因此有必要同时观测到土壤水渗漏和地下水补给两个方面过程。
实用新型内容
本实用新型是为了适应同时观测到土壤水渗漏和地下水补给的需求，从而提出一种土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪。
土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪，它包括前端埋设装置、后端观测装置、外筒排气管29、外筒进排水管30、内筒进排水管31和内筒排气管32；
前端埋设装置包括外筒21、内筒22、外筒透水石23和内筒透水石24；外筒21套在内筒22外部，所述内筒透水石24固定在内筒22中，且将所述内筒22分为上、下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；外筒透水石23设置在外筒21和内筒22之间，且将所述外筒21分为上下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；所述外筒21和内筒22的开口均向上，且所述外筒21和内筒22的主体埋设在田间犁底层下；
后端观测装置包括内筒溢流瓶胶塞1、内筒溢流瓶2、内筒补水瓶胶塞3、内筒补水瓶4、内筒补水瓶进气管5、内筒补水瓶出水管6、内筒补水瓶补水管7、内筒补水瓶补水管阀门8、内筒补水瓶出水管阀门9、内筒量筒10、外筒量筒11、外筒补水瓶出水管阀门12、外筒补水瓶补水管阀门13、外筒补水瓶补水管14、外筒补水瓶出水管15、外筒补水瓶进气管16、外筒补水瓶17、外筒补水瓶胶塞18、外筒溢流瓶19和外筒溢流瓶胶塞20；
内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19均倒置设置，且内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19的主体均竖直设置在地下水位下方，内筒溢流瓶胶塞1和外筒溢流瓶胶塞20分别将内筒溢流瓶2的瓶口和外筒溢流瓶19的瓶口密封；内筒溢流瓶2的侧壁上和外筒溢流瓶19的侧壁上均开有一个溢流口，该两个溢流口的最低位置均位于地下水位所在的平面，内筒量筒10和外筒量筒11分别用于收纳来自所述两个溢流口流出的水；
内筒补水瓶4和外筒补水瓶17分别倒置在内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19的上方，内筒补水瓶胶塞3和外筒补水瓶胶塞18分别将内筒补水瓶4和外筒补水瓶17的瓶口密封；
内筒补水瓶胶塞3上开有三个通孔，内筒补水瓶进气管5、内筒补水瓶出水管6和内筒补水瓶补水管7的一端分别穿过该三个通孔伸入内筒补水瓶4内，所述内筒补水瓶进气管5的另一端与内筒溢流瓶2底部的出气口连通；内筒补水瓶补水管7的另一端设置有内筒补水瓶补水管阀门8；内筒补水瓶出水管6的另一端作为内筒补水瓶的水流出口，且内筒补水瓶的水流出口处设置有内筒补水瓶出水管阀门9；
外筒补水瓶胶塞18上开有三个通孔，外筒补水瓶补水管14、外筒补水瓶出水管15、外筒补水瓶进气管16的一端分别穿过该三个通孔伸入外筒补水瓶17内，外筒补水瓶进气管16的另一端与外筒溢流瓶19底部的出气口连通；外筒补水瓶补水管14的另一端设置有外筒补水瓶补水管阀门13；外筒补水瓶出水管15的另一端作为外筒补水瓶的水流出口，且外筒补水瓶的水流出口处设置有外筒补水瓶出水管阀门12；
内筒溢流瓶胶塞1上开有两个通孔，内筒进排水管31的一端和内筒排气管32的一端分别穿过该两个通孔伸入内筒溢流瓶2内，且所述内筒排气管32的一端位于地下水位所在平面的上方；内筒进排水管31的另一端和内筒排气管32的另一端分别与内筒22底部的进排水口和出气口连通；
外筒溢流瓶胶塞20上开有两个通孔，外筒排气管29的一端和外筒进排水管30的一端分别穿过该两个通孔伸入外筒溢流瓶19内，且所述外筒排气管29的一端位于地下水位所在平面的上方；外筒排气管29的另一端和外筒进排水管30的另一端分别与外筒21底部的出气口和进排水口连通。
前端埋设装置还包括外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28；所述外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28分别安装在位于外筒底部的出气口上、位于外筒底部的进排水口上、位于内筒底部的进排水口上和位于内筒底部的出气口上；外筒排气管29、外筒进排水管30、内筒进排水管31和内筒排气管32分别通过外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28与位于外筒底部的出气口、位于外筒底部的进排水口、位于内筒底部的进排水口和位于内筒底部的出气口连通。
本实用新型能够同时观测到土壤水渗漏量和地下水补给量。本实用新型由于设置了内外筒，使外筒部分起着补助平衡作用，因此提高了土壤水渗漏量和地下水补给量的观测准确度。同时由于设置了内外筒，因此可安装在野外任意田块中进行观测，观测犁底层以下至透水石安装位置范围内的任意地下水位的土壤水渗漏量和地下水补给量。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪，它包括前端埋设装置、后端观测装置、外筒排气管29、外筒进排水管30、内筒进排水管31和内筒排气管32；
前端埋设装置包括外筒21、内筒22、外筒透水石23和内筒透水石24；外筒21套在内筒22外部，所述内筒透水石24固定在内筒22中，且将所述内筒22分为上、下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；外筒透水石23设置在外筒21和内筒22之间，且将所述外筒21分为上下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；所述外筒21和内筒22的开口均向上，且所述外筒21和内筒22的主体埋设在田间犁底层下；
后端观测装置包括内筒溢流瓶胶塞1、内筒溢流瓶2、内筒补水瓶胶塞3、内筒补水瓶4、内筒补水瓶进气管5、内筒补水瓶出水管6、内筒补水瓶补水管7、内筒补水瓶补水管阀门8、内筒补水瓶出水管阀门9、内筒量筒10、外筒量筒11、外筒补水瓶出水管阀门12、外筒补水瓶补水管阀门13、外筒补水瓶补水管14、外筒补水瓶出水管15、外筒补水瓶进气管16、外筒补水瓶17、外筒补水瓶胶塞18、外筒溢流瓶19和外筒溢流瓶胶塞20；
内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19均倒置设置，且内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19的主体均竖直设置在地下水位下方，内筒溢流瓶胶塞1和外筒溢流瓶胶塞20分别将内筒溢流瓶2的瓶口和外筒溢流瓶19的瓶口密封；内筒溢流瓶2的侧壁上和外筒溢流瓶19的侧壁上均开有一个溢流口，该两个溢流口的最低位置均位于地下水位所在的平面，内筒量筒10和外筒量筒11分别用于收纳来自所述两个溢流口流出的水；
内筒补水瓶4和外筒补水瓶17分别倒置在内筒溢流瓶2和外筒溢流瓶19的上方，内筒补水瓶胶塞3和外筒补水瓶胶塞18分别将内筒补水瓶4和外筒补水瓶17的瓶口密封；
内筒补水瓶胶塞3上开有三个通孔，内筒补水瓶进气管5、内筒补水瓶出水管6和内筒补水瓶补水管7的一端分别穿过该三个通孔伸入内筒补水瓶4内，所述内筒补水瓶进气管5的另一端与内筒溢流瓶2底部的出气口连通；内筒补水瓶补水管7的另一端设置有内筒补水瓶补水管阀门8；内筒补水瓶出水管6的另一端作为内筒补水瓶的水流出口，且内筒补水瓶的水流出口处设置有内筒补水瓶出水管阀门9；
外筒补水瓶胶塞18上开有三个通孔，外筒补水瓶补水管14、外筒补水瓶出水管15、外筒补水瓶进气管16的一端分别穿过该三个通孔伸入外筒补水瓶17内，外筒补水瓶进气管16的另一端与外筒溢流瓶19底部的出气口连通；外筒补水瓶补水管14的另一端设置有外筒补水瓶补水管阀门13；外筒补水瓶出水管15的另一端作为外筒补水瓶的水流出口，且外筒补水瓶的水流出口处设置有外筒补水瓶出水管阀门12；
内筒溢流瓶胶塞1上开有两个通孔，内筒进排水管31的一端和内筒排气管32的一端分别穿过该两个通孔伸入内筒溢流瓶2内，且所述内筒排气管32的一端位于地下水位所在平面的上方；内筒进排水管31的另一端和内筒排气管32的另一端分别与内筒22底部的进排水口和出气口连通；
外筒溢流瓶胶塞20上开有两个通孔，外筒排气管29的一端和外筒进排水管30的一端分别穿过该两个通孔伸入外筒溢流瓶19内，且所述外筒排气管29的一端位于地下水位所在平面的上方；外筒排气管29的另一端和外筒进排水管30的另一端分别与外筒21底部的出气口和进排水口连通。
前端埋设装置还包括外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28；所述外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28分别安装在位于外筒底部的出气口上、位于外筒底部的进排水口上、位于内筒底部的进排水口上和位于内筒底部的出气口上；外筒排气管29、外筒进排水管30、内筒进排水管31和内筒排气管32分别通过外筒排气管嘴25、外筒进排水管嘴26、内筒进排水管嘴27和内筒排气管嘴28与位于外筒底部的出气口、位于外筒底部的进排水口、位于内筒底部的进排水口和位于内筒底部的出气口连通。
本实用新型的土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪为土壤水渗漏量和地下水补给量观测难题提供了一种思路先进、结构简单、安装方便、操作简便、制作成本低、工作效率高的土壤水渗漏量和地下水补给量观测装置。土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪由前端埋设部分和后端观测部分构成，主要由铁制内外套筒、内外筒溢流瓶、内外筒补水瓶、内外筒量筒、连接管等5部分组成。其中铁制内外套筒部分由铁制内外套筒、内外筒透水石、内外筒进排水嘴、内外筒排气嘴组成。铁制内外套筒是在大筒底部焊接小筒而制作，内外筒之间被内筒外壁隔离。铁制内外套筒分别被内外筒透水石隔离成上下两部分，透水石以上部分按原状土壤进行回填，透水石以下部分为储水空间。土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪的前端埋设部分，即铁制内外套筒部分埋设于田间犁底层下，铁制内外套筒的内外筒进排水嘴和内外筒排气嘴分别与进排水管和排气管连接，并引至后端观测部分分别与内外筒溢流瓶进行连接。而内外筒溢流瓶又通过内外筒补水瓶的出水管和进气管分别与内外筒补水瓶相互连接，形成马利奥特自动给水装置。内外筒溢流瓶的溢流口下方分别布置内外筒量筒，接收溢出水和量测溢出水量。与内筒连接的系统部分，精确观测土壤水渗漏量和地下水补给量；与外筒连接的系统部分，为精确观测土壤水渗漏量和地下水补给量起着补助平衡作用。土壤水渗漏量为内筒量筒中的溢出水量部分，地下水补给量为内筒补水瓶水位的两次观测值之差。
本实用新型的土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪的运行过程：首先将土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪如图1所示进行安装。其次同时打开内外筒补水瓶出水管上的阀门通过内外筒溢流瓶往内外筒注水，直到使内外筒排气管中充满水并达到与待测地下水位齐平为止。此时把内外筒量筒中的水倒净后重新摆放，并观测记录内外筒补水瓶中的水位，从此进入正常的观测记录状态。土壤水渗漏量为内筒量筒中的溢出水量部分，地下水补给量为内筒补水瓶水位的两次观测值之差。
当内外筒补水瓶中需要补水时，首先关闭内外筒补水瓶出水管上的阀门，然后打开内外筒补水瓶补水管上的阀门，由内外筒补水瓶补水管进行补水，补水结束后关闭内外筒补水管上的阀门，并打开内外筒补水瓶出水管上的阀门。待系统达到稳定状态时把内外筒量筒中的水倒净后重新摆放，并观测记录内外筒补水瓶中的水位进入正常观测记录状态。
土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪通过调节内外筒溢流瓶高度的方法，可观测犁底层以下至透水石安装位置范围内的任意地下水位的土壤水渗漏量和地下水补给量。
工作原理：当土壤水分过多，发生土壤水补给地下水时，铁制内筒中的超过地下水位以上部分的土壤水渗漏水量通过内筒的进排水管，从内筒溢流瓶溢流口处溢出，使系统始终维持固定的地下水位，因此土壤水渗漏量为内筒量筒中的溢出水量部分。当土壤水分过少，发生地下水补给土壤水时，铁制内筒中的少于地下水位以下部分的地下水补给水量通过内筒补水瓶自动补给获得（马利奥特自动给水装置），使系统始终维持固定的地下水位，因此地下水补给量为内筒补水瓶水位的两次观测值之差。
测量过程：土壤水渗漏量测量：当土壤水分过多，土壤水补给地下水时，铁制内筒中的水位抬高，从而打破系统原有的平衡状态，发生铁制内筒到内筒溢流瓶的水分移动，并从内筒溢流瓶溢流口处溢出，直至铁制内筒中的水位下降到与内筒溢流瓶溢流口齐平为止。此过程中，内筒补水瓶始终停止运行。因此土壤水渗漏量为内筒量筒中的溢出水量部分。
地下水补给量测量：当土壤水分过少，地下水补给土壤水时，铁制内筒中的水位降低，从而打破系统原有的平衡状态，发生内筒溢流瓶到铁制内筒的水分移动，致使内筒溢流瓶水位下降，导致内筒补水瓶的自动补给，直至铁制内筒中的水位抬高到与内筒溢流瓶溢流口齐平为止。此过程中，内筒补水瓶始终间断运行。因此地下水补给量为内筒补水瓶水位的两次观测值之差。
本实用新型的土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪的特点：一是不影响田间正常耕作作业；二是试验研究期内一次安装即可多年使用；三是制作工艺简单，容易加工制作；四是制作成本低廉，容易推广应用；五是操作简单方便，易于掌握运用；六是很好地反映土壤水渗漏和地下水补给的客观实际，更加趋近于田间土壤水分的运移状况。
本实用新型由于设置了内外筒，使外筒部分起着补助平衡作用，因此提高了土壤水渗漏量和地下水补给量的观测准确度。同时由于设置了内外筒，因此可安装在野外任意田块中进行观测，观测犁底层以下至透水石安装位置范围内的任意地下水位的土壤水渗漏量和地下水补给量。
Claims (2)
1.土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪，其特征是：它包括前端埋设装置、后端观测装置、外筒排气管（29）、外筒进排水管（30）、内筒进排水管（31）和内筒排气管（32）；
前端埋设装置包括外筒（21）、内筒（22）、外筒透水石（23）和内筒透水石（24）；外筒（21）套在内筒（22）外部，所述内筒透水石（24）固定在内筒（22）中，且将所述内筒（22）分为上、下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；外筒透水石（23）设置在外筒（21）和内筒（22）之间，且将所述外筒（21）分为上下两个独立的区域，位于上方的独立区域为生土层填充区域，位于下方的独立区域为储水区域；所述外筒（21）和内筒（22）的开口均向上，且所述外筒（21）和内筒（22）的主体埋设在田间犁底层下；
后端观测装置包括内筒溢流瓶胶塞（1）、内筒溢流瓶（2）、内筒补水瓶胶塞（3）、内筒补水瓶（4）、内筒补水瓶进气管（5）、内筒补水瓶出水管（6）、内筒补水瓶补水管（7）、内筒补水瓶补水管阀门（8）、内筒补水瓶出水管阀门（9）、内筒量筒（10）、外筒量筒（11）、外筒补水瓶出水管阀门（12）、外筒补水瓶补水管阀门（13）、外筒补水瓶补水管（14）、外筒补水瓶出水管（15）、外筒补水瓶进气管（16）、外筒补水瓶（17）、外筒补水瓶胶塞（18）、外筒溢流瓶（19）和外筒溢流瓶胶塞（20）；
内筒溢流瓶（2）和外筒溢流瓶（19）均倒置设置，且内筒溢流瓶（2）和外筒溢流瓶（19）的主体均竖直设置在地下水位下方，内筒溢流瓶胶塞（1）和外筒溢流瓶胶塞（20）分别将内筒溢流瓶（2）的瓶口和外筒溢流瓶（19）的瓶口密封；内筒溢流瓶（2）的侧壁上和外筒溢流瓶（19）的侧壁上均开有一个溢流口，该两个溢流口的最低位置均位于地下水位所在的平面，内筒量筒（10）和外筒量筒（11）分别用于收纳来自所述两个溢流口流出的水；
内筒补水瓶（4）和外筒补水瓶（17）分别倒置在内筒溢流瓶（2）和外筒溢流瓶（19）的上方，内筒补水瓶胶塞（3）和外筒补水瓶胶塞（18）分别将内筒补水瓶（4）和外筒补水瓶（17）的瓶口密封；
内筒补水瓶胶塞（3）上开有三个通孔，内筒补水瓶进气管（5）、内筒补水瓶出水管（6）和内筒补水瓶补水管（7）的一端分别穿过该三个通孔伸入内筒补水瓶（4）内，所述内筒补水瓶进气管（5）的另一端与内筒溢流瓶（2）底部的出气口连通；内筒补水瓶补水管（7）的另一端设置有内筒补水瓶补水管阀门（8）；内筒补水瓶出水管（6）的另一端作为内筒补水瓶的水流出口，且内筒补水瓶的水流出口处设置有内筒补水瓶出水管阀门（9）；
外筒补水瓶胶塞（18）上开有三个通孔，外筒补水瓶补水管（14）、外筒补水瓶出水管（15）、外筒补水瓶进气管（16）的一端分别穿过该三个通孔伸入外筒补水瓶（17）内，外筒补水瓶进气管（16）的另一端与外筒溢流瓶（19）底部的出气口连通；外筒补水瓶补水管（14）的另一端设置有外筒补水瓶补水管阀门（13）；外筒补水瓶出水管（15）的另一端作为外筒补水瓶的水流出口，且外筒补水瓶的水流出口处设置有外筒补水瓶出水管阀门（12）；
内筒溢流瓶胶塞（1）上开有两个通孔，内筒进排水管（31）的一端和内筒排气管（32）的一端分别穿过该两个通孔伸入内筒溢流瓶（2）内，且所述内筒排气管（32）的一端位于地下水位所在平面的上方；内筒进排水管（31）的另一端和内筒排气管（32）的另一端分别与内筒（22）底部的进排水口和出气口连通；
外筒溢流瓶胶塞（20）上开有两个通孔，外筒排气管（29）的一端和外筒进排水管（30）的一端分别穿过该两个通孔伸入外筒溢流瓶（19）内，且所述外筒排气管（29）的一端位于地下水位所在平面的上方；外筒排气管（29）的另一端和外筒进排水管（30）的另一端分别与外筒（21）底部的出气口和进排水口连通。
2.根据权利要求1所述的土壤水渗漏量与地下水补给量观测仪，其特征在于前端埋设装置还包括外筒排气管嘴（25）、外筒进排水管嘴（26）、内筒进排水管嘴（27）和内筒排气管嘴（28）；所述外筒排气管嘴（25）、外筒进排水管嘴（26）、内筒进排水管嘴（27）和内筒排气管嘴（28）分别安装在位于外筒底部的出气口上、位于外筒底部的进排水口上、位于内筒底部的进排水口上和位于内筒底部的出气口上；外筒排气管（29）、外筒进排水管（30）、内筒进排水管（31）和内筒排气管（32）分别通过外筒排气管嘴（25）、外筒进排水管嘴（26）、内筒进排水管嘴（27）和内筒排气管嘴（28）与位于外筒底部的出气口、位于外筒底部的进排水口、位于内筒底部的进排水口和位于内筒底部的出气口连通。
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