CN205483912U - 一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，包括试验主体‑非饱和土的容纳装置土柱筒、注水装置、智能型温湿度控制器、数据采集装置、电源和人工布；所述注水装置即为顶端呈缩口形状且带刻度的给水皿，给水皿与土柱筒下端通过导管连接；所述土柱筒横截面是直线连接两个半圆的形状，其顶端含有一个有机玻璃盖，能使土柱筒密封，在侧面直线段竖直方向分布一排小孔，通过小孔插入含水率测量装置探头；该试验装置结构简单、使用方便、密封性好、能够使含水率测量装置探头处于相同的土壤深度、该装置没有特殊边界，能精确控制空气湿度，从而保证了试验结果准确。

Description

一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置

技术领域

本实用新型属于土壤水环境试验测试领域，具体涉及一种探究空气湿度对非饱和土的毛细水上升影响的试验装置。

背景技术

土壤中毛管水的运动是西北干旱半干旱地区一个重要的水文过程。在地下水面以上，水分会在毛细力的作用下，沿着土壤颗粒之间的狭小空隙上升形成毛细带，其上升量的多少和上升高度将对植物根系水分的吸收、土壤盐渍化以及工程安全等产生直接影响。因此，对土壤毛细现象的研究在农业发展，地下水开发利用，生态环境保护以及工程安全建设等方面具有重要的意义。但是在西北干旱地区，特别是巴丹吉林沙漠沙漠地区，与南方地区相比其空气湿度较小，而在空气湿度对毛细水上升影响方面的研究较少，为了探究西北干旱区与南方地区毛细水上升规律的不同，急需设计了一种可以探究空气湿度对毛细水上升影响的实验装置。

实用新型内容

解决的技术问题：为了解决以上问题，尽量减少试验误差，本实用新型提供了一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置。

技术方案：一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，包括土柱筒、注水装置、智能型温湿度控制器、数据采集装置和人工布；所述土柱筒为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，所述土柱筒为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，所述人工布设于地下饱和含水层与非饱和土层之间，所述土柱筒顶端设有有机玻璃盖，所述智能型温湿度控制器设于土柱筒顶端内部，所述土柱筒的侧壁沿垂直方向设有一排通孔，且上下相邻的通孔距离相等；所述数据采集装置连接若干导线，若干导线的末端均连接一个含水率测量装置，所述每个含水率测量装置上的探针分别穿过通孔插入土柱筒内的非饱和土层中；所述注水装置为顶端呈缩口形状且带刻度的给水皿，所述给水皿内装有去离子水和密封油，所述土柱筒下部侧壁上设有补水口，所述给水皿通过导管与补水口连通。

所述含水率测量装置为TDR土壤水分传感器。

所述智能型温湿度控制器为XSWNK-Z（TH）型数显温湿度控制器。

所述地下饱和含水层为砂砾石层，砂砾石粒径为2-5mm。

所述非饱和土层为风积沙层，风积沙粒径均小于1mm。

所述通孔的数量不少于导线的数量。

所述含水率测量装置与其相对应的通孔密封。

所述土柱筒的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，所述两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线段连接。

所述通孔位于土柱筒直线段所在的侧壁上。

土柱筒和降水装置材质可以采用透明有机玻璃，便于试验过程中试验现象的观测。

有益效果：本实用新型提供的探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其结构简单、操作简便，该装置能够完全封闭、无特殊边界、能够使含水率测量装置—时域反射仪（TDR）的三根探头处于同一土壤深度、装置的密封性良好，满足试验要求。并且能够精确控制土柱上方空气的温湿度，可以随意设定空气参数。保证了测量结果的准确，减小模拟试验的误差。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型装置土柱筒与含水率测量装置连接的示意图。

图中：1为土柱筒、2为有机玻璃盖、3为智能型温湿控制器、4为含水率测量装置、5为导线、6为数据采集装置、7为给水皿、8为人工布、9为导管、10为刻度线、11为去离子水、12为密封油、13为补水口。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。

实施例1

如附图1所示，本实用新型提供一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，包括土柱筒1、注水装置、智能型温湿度控制器3、数据采集装置6和人工布8；土柱筒1为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，土柱筒1为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，人工布8设于地下饱和含水层与非饱和土层之间，土柱筒1顶端用有机玻璃盖2密封，智能型温湿度控制器3设于土柱筒1顶端内部，土柱筒1的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线段连接。土柱筒1的侧壁沿垂直方向设有一排通孔，且上下相邻的通孔距离相等，通孔位于土柱筒1直线段所在的侧壁上。数据采集装置6连接若干导线5，通孔的数量不少于导线5的数量，若干导线5的末端均连接一个含水率测量装置4，含水率测量装置通过导线5连接并输出数据至数据采集装置6，每个含水率测量装置4上的探针分别穿过通孔插入土柱筒1内的非饱和土层中，分别用来检测土柱不同层位的含水率；含水率测量装置与其相对应的通孔密封；注水装置为顶端呈缩口形状且带刻度10的给水皿7，给水皿7内装有去离子水11和密封油12，刻度方便观测给水皿水位，控制去离子水（11）水位与人工布（8）齐平，去离子水上方用密封油（12）密封以隔绝空气，土柱筒1下部侧壁上设有补水口13，给水皿7通过导管9与补水口13连通，通过补水口13给土柱补水。

含水率测量装置4为TDR土壤水分传感器。

智能型温湿度控制器3为XSWNK-Z（TH）型数显温湿度控制器。

地下饱和含水层为砂砾石层，砂砾石粒径为2-5mm。

非饱和土层为风积沙层，风积沙粒径均小于1mm。

土柱筒和降水装置材质可以采用透明有机玻璃，便于试验过程中试验现象的观测。

实施例2

一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，包括试验主体-非饱和土的容纳装置土柱筒1、注水装置、智能型温湿控制器3、数据采集装置6、电源和人工布8。土柱筒的高度、横截面尺寸、侧面小孔位置可根据不同试验需要进行调节，形状结构参照实施例1所述，本试验中装置采用的规格为：土柱筒壁厚5mm，横截面圆形内直径15cm、直线长5cm，土柱筒高度为140cm。土柱筒上端开敞，拥有一个有机玻璃盖2，有机玻璃盖能够紧扣在土柱筒的顶端。有机玻璃盖内壁有一层橡胶，用于隔绝空气，起到封闭土柱筒的作用。注水装置即带刻度10给水皿7通过导管9与土柱筒1相连，通过补水口13给土柱补水，保持给水皿7中水位不变且与人工布8位置齐平，水位上端拥有一层密封油12以隔绝空气。土柱筒侧面通过通孔连接含水率测量装置4—TDR土壤水分传感器并通过导线5连接到数据采集装置6，能够实时观测土柱各层的含水率变化，通孔距离柱顶分别为20cm、35cm、50cm、65cm、80cm。土柱筒顶端内部拥有一个智能型温湿度控制器3，即XSWNK-Z（TH）型数显温湿度控制器，其体积为48mm×48mm×78mm，设定温度为0—100℃，精度为±5℃，设定湿度为0—99.9%，精度为±4%RH，其可以对土柱筒上方空气的温湿度进行精确控制。根据此装置来探究空气湿度对毛细水上的影响。

本实用新型装置用于探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，用来研究不同空气湿度条件下，非饱和土中的毛细水上升高度、上升速率、入渗量的不同，具体操作如下：

（1）在试验开始之前，要将试验对象（一定级配的土体）准备好，然后按照试验中设定的密实度填充于土柱筒1相应的层位中，填筑过程中按照图1所示，土柱筒底部装有10cm高，粒径为2-5mm的砂砾石，用来模拟地下饱和含水层，砂砾石上方填筑100cm的风积沙，粒径均小于1mm。砂砾石与风积沙之间用人工布8隔离。

（2）按图2所示，安装好含水率测量装置—TDR土壤水分传感器，并用导线5将其连接到数据收集装置6。

（3）按图1所示，将给水皿7通过用导管9与已经填筑好的土柱筒1相连。

（4）按照图1所示，在土柱顶端安装好智能温湿度控制器3，设定好温湿度并盖上有机玻璃盖2，连接电源。

（5）待空气温湿度达到预定值时，接通数据收集装置6电源。同时向给水皿7中加入10mm的密封油12。

（6）再向给水皿中加入去离子水11，使给水皿4中水位与人工布齐平，通过不断补充去离子水以保证水位稳定不变。记录每次加入的去离子水重量。

（7）定时测量土柱毛细水上升的高度并整理数据。

（8）重复步骤1至步骤7，设置相同结构但空气湿度不同的土柱进行对比试验。

（9）随着时间的进行，毛细水运移速度越来越慢，为了研究整个毛细水上升的过程，实验一般要持续2-3个月。

Claims (9)

1.一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：包括土柱筒（1）、注水装置、智能型温湿度控制器（3）、数据采集装置（6）和人工布（8）；所述土柱筒（1）为顶部敞口、底部与侧壁密封连接的筒状结构，所述土柱筒（1）为内设有地下饱和含水层，地下饱和含水层上面设有非饱和土层，所述人工布（8）设于地下饱和含水层与非饱和土层之间，所述土柱筒（1）顶端设有有机玻璃盖（2），所述智能型温湿度控制器（3）设于土柱筒（1）顶端内部，所述土柱筒（1）的侧壁沿垂直方向设有一排通孔，且上下相邻的通孔距离相等；所述数据采集装置（6）连接若干导线（5），若干导线（5）的末端均连接一个含水率测量装置（4），所述每个含水率测量装置（4）上的探针分别穿过通孔插入土柱筒（1）内的非饱和土层中；所述注水装置为顶端呈缩口形状且带刻度（10）的给水皿（7），所述给水皿（7）内装有去离子水（11）和密封油（12），所述土柱筒（1）下部侧壁上设有补水口（13），所述给水皿（7）通过导管（9）与补水口（13）连通。

2.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述含水率测量装置（4）为TDR土壤水分传感器。

3.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述智能型温湿度控制器（3）为XSWNK-Z（TH）型数显温湿度控制器。

4.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述地下饱和含水层为砂砾石层，砂砾石粒径为2-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述非饱和土层为风积沙层，风积沙粒径均小于1mm。

6.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述通孔的数量不少于导线（5）的数量。

7.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述含水率测量装置与其相对应的通孔密封。

8.根据权利要求1所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述土柱筒（1）的横截面轮廓包括两条相互平行的直线段和两条半圆弧段，所述两个直线段位于两个半圆弧段之间，且两个半圆弧段与两条直线段连接。

9.根据权利要求8所述的一种探究空气湿度对毛细水上升影响的试验装置，其特征在于：所述通孔位于土柱筒（1）直线段所在的侧壁上。