CN210136161U - 一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，包括实验土柱、检测装置和恒压供水装置；所述实验土柱包括：竖直设置的土柱容器，所述土柱容器内从上到下依次分布有积水层、填土层和透气层，所述填土层为待检测取样土，所述填土层对应的土柱容器侧壁上开设有若干垂直分布的检测口，所述检测口处设置有检测装置；所述恒压供水装置包括：马利奥特管，所述马利奥特管内盛装有实验用水，马利奥特管底部出水口处设置有水龙头，所述水龙头通过连接管和实验土柱上端设置的入水口连接。本实用新型能够通过土柱上方产生恒定高度的积水进行室内土壤入渗的定量化模拟研究，同时在填土层均匀设置有检测装置做到了实施观测记录数据。

Description

一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置

技术领域

本实用新型涉及土壤渗透实验技术领域，尤其涉及一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置。

背景技术

土壤是生态系统中涵养水分的主要场所和调节器，主要体现在对水分的静态涵养和动态调节功能上，因此也被形象地称为“土壤水库”。绿地作为城市生态系统的重要组成部分，具有美化环境、控制面源污染等诸多生态效益，同时其作为城市中主要的可透水层，在减少城市暴雨径流、降低降雨洪峰和减少洪涝意义重大，对雨水径流的调蓄效应已经得到了全球范围的广泛关注。近些年来，一些城市生活和建筑垃圾等混入土壤，成为园林建设的填土之一，严重破坏了绿地土壤的结构，使其呈现出明显的“渣砾化”特征，其不仅会影响植物的正常生长，也会对绿地土壤水分入渗及蓄水能力起到抑制作用，甚至超过了植被根系的正向效应，成为降低绿地海绵体功能的重要限制因子。因此研究城市绿地土壤结构变化对其土壤水分入渗过程的影响，对于如何改善绿地质量，提高其蓄渗能力，进而减缓城市洪涝灾害等均具有非常重要的意义。

垂直入渗是将地表水与地下水、土壤水联系起来的纽带，是径流形成过程、水循环过程的重要环节。通过一维垂直入渗，可以得到入渗率、累积入渗量和湿润锋等重要的土壤水文观测数值，进而评估城市绿地土壤的蓄渗性能。而人为侵入体的侵扰作用，则进一步增加了城市绿地土壤的异质性，致使野外土壤水分入渗观测试验存在着很大的不确定性。因此采用室内土柱模拟实验，动态监测土壤水分的入渗过程就显得尤为重要。在该类的实验方法中，前人通过在土柱侧面开凿取样孔取样分析土壤含水量状况，该过程繁琐且极易对土壤造成扰动致使实验结果产生较大误差，无法做到实时观测土壤剖面水分变化过程。湿润锋作为土壤水分入渗的前缘，任意分布在实验土柱外壁的某一位置，对湿润锋的快速精确读取造成了很大困难。实验土柱顶部因装填土壤及模拟积水的需要，缺乏有效的保护隔离装置，长时间实验过程中的空气流动造成了可观的蒸散误差。入渗过程中气阻的存在会阻碍水分的运动，导致入渗率降低，累计入渗量变小。

实用新型内容

本实用新型提供了一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，本装置使用风干土填装于标有刻度土柱5-45cm的土层，通过控制填装土壤的容重、机械组成以及添加不同的侵入体(例如：砖块、碎石、塑料薄膜、织物等)并使用标有刻度的恒压供水装置供水，在土柱上方产生恒定高度的积水进行室内土壤入渗的定量化模拟入渗研究，实现了实时监测土壤剖面水分变化过程。

为解决上述技术问题，本实用新型具体采用如下技术方案：

一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，包括实验土柱、检测装置和恒压供水装置；

所述实验土柱包括：竖直设置的土柱容器，所述土柱容器为一端开口的柱形透明腔体，所述土柱容器外侧壁上垂直设置有若干条平行对齐的刻度尺，所述土柱容器内从上到下依次分布有积水层、填土层和透气层，所述填土层为待检测取样土，所述填土层对应的土柱容器侧壁上开设有若干垂直分布的检测口，所述检测口处设置有检测装置，所述透气层为上下两层纱布包裹粗粒砂石形成，所述土柱容器下底面设置有透气筛板，所述透气筛板上均匀分布有多个透气孔，所述土柱容器底部还设置有升降托盘，所述升降托盘用于调整所述土柱容器高度位置；

所述恒压供水装置包括：马利奥特管，所述马利奥特管内盛装有实验用水，马利奥特管底部出水口处设置有水龙头，所述水龙头通过连接管和实验土柱上端设置的入水口连接且所述出水口与所述入水口处于同一水平位置；

所述检测装置包括：TDR时域反射仪、RS-485转化元件和数据显示及记录设备，所述 TDR时域反射仪的探针通过检测口插入至填土层中，且所述TDR时域反射仪通过RS-485转化元件连接至数据显示及记录设备。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1)本实用新型设置有透气层，透气层下方有开有透气孔的透气筛板，透气筛板底部沿着圆周均匀贴有垫片，土柱容器侧面开凿有通气孔。该设计可以保证土柱置于任何平面时都能够保证其气体在各方向上运动的通透性，避免了因为闭气效应导致土壤水分入渗率降低的问题。

2)本实用新型在填土层均匀设置有检测装置，使用TDR时域反射仪插入土柱，使用RS-485转化元件连接数据显示及记录设备做到实时观测记录数据，探针的使用可以观察到土壤中部的土壤含水量且大大减小了对土壤水分运动的扰动。

3)本实用新型在所述土柱容器开口处设置有可翻转开闭的封口盖，所述封口盖上均匀分布设置有通气孔，在模拟入渗的过程中形成了半封闭的罩状结构，有效地减小了因空气扰动及水分蒸散造成的实验误差。

4)本实用新型在所述土柱容器外壁沿着多条垂向刻度尺设置有活动性卡扣，卡扣上标有刻度尺，所述卡扣用于辅助读取湿润锋位置。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型试验土柱立体示意图；

图3为本实用新型封口片示意图；

标号说明：试验土柱1、恒压供水装置2、检测装置3、土柱容器11、检测口111、透气筛板112、入水口113、垫片114、通气孔115、封口片116、凸出部1161、外沿部1162、水平垫片117、刻度尺118、卡扣119、对正刻度尺1191、积水层12、填土层13、透气层 14、纱布141、粗粒砂石142、升降托盘15、封口盖16、通孔161、透气孔1121、马利奥特管21、出水口211、水龙头212、连接管231、入渗刻度尺213、导线31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来详细说明本实用新型的具体内容。

如图1-2所示，本实施例提供了一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，包括实验土柱1、恒压供水装置2和检测装置3；

所述实验土柱1包括：竖直设置的土柱容器11，所述土柱容器11为一端开口的柱形透明腔体，所述土柱容器11外侧壁上垂直设置有若干条平行对齐刻度尺118，所述土柱容器11内从上到下依次分布有积水层12、填土层13和透气层14，沿刻度尺118上5-45cm 为填土层13，45-50cm为透气层14，所述填土层13为待检测取样土，所述填土层13对应的土柱容器11侧壁上开设有若干垂直分布的检测口111，所述检测口111处设置有检测装置3，所述透气层14为上下两层纱布141包裹粗粒砂石142形成，所述土柱容器11下底面设置有透气筛板112，所述透气筛板112上均匀分布有多个直径为4mm的透气孔1121，所述土柱容器11底部还设置有升降托盘15，所述升降托盘15用于调整所述土柱容器11 高度位置；

所述恒压供水装置2包括：马利奥特管21，所述马利奥特管21内盛装有实验用水，马利奥特管21底部出水口211处设置有水龙头212，所述水龙头212通过连接管231和实验土柱1上端设置的入水口113连接，通过调整升降托盘15能够将实验土柱1的入水口 113与马利奥特管21的出口保持在同一水平位置；

所述检测装置3包括：TDR时域反射仪、导线31、RS-485转化元件和数据显示及记录设备，所述TDR时域反射仪的探针通过检测口111插入至填土层13中，且所述TDR时域反射仪通过导线31和RS-485转化元件连接至数据显示及记录设备。

为了避免实验土柱1置于平面上底面被封闭产生闭气效应，所述透气筛板112底部沿圆周均匀设置有8mm厚的垫片114。该设计可以保证土柱置于任何平面时都能够保证其气体运动的通透性。避免了因为闭气效应导致土壤水分入渗速率降低的问题。

为了防止实验土柱1开口处水分蒸发和空气扰动影响实验检测数据，所述土柱容器11 开口处外侧壁上设置有水平垫片117，水平垫片117上方套设有可翻转开闭的封口盖16，所述封口盖16上均匀分布设置有直径为2mm的通孔161，平衡了实验土柱1和外界的气压。

为了增加实验土柱1与外界空气流通的通透性，所述土柱容器11侧壁上还开设有沿垂直方向均匀分布的通气孔115。

为了方便读取湿润锋位置，所述土柱容器11外壁上还环绕设置有卡扣119，所述卡扣 119可沿沿刻度尺118的竖直方向活动，所述卡扣119上设置有对正刻度尺1191，所述卡扣121用于辅助读取湿润锋位置。卡扣119能够水平经过两条刻度尺118的相同位置时，即可快速并准确记录此时的湿润峰位置。

为了方便观测入渗量，所述马利奥特管21侧壁设置有入渗刻度尺213，所述入渗刻度尺213用于观测入渗量。

为了避免装填取样土时土壤从检测口111泄露出去，所述土柱容器11还包括有封口片116，所述封口片116包括凸出部1161和外沿部1162，所述凸出部1161与土柱容器11 侧壁厚度相同且能够插入至检测口111内完全封闭住检测口111，所述外沿部1162用于安放或取出封口片16。封口片116能够有效防止装填土壤时的泄露问题。待土壤装填完成后，撕去胶布及贴片即可插入探头。

所述待检测取样土可分层混合入侵入体样本，所述侵入体样本包括四种典型的人为侵入体：混凝土、砖块、塑料袋和棉织物，通过定量化研究不同含量的侵入体，对绿地土壤入渗特征的影响及土壤剖面水分特征的响应规律，寻找绿地蓄渗雨洪能力的最主要限制因子。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉。焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (7)

1.一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，包括实验土柱、恒压供水装置和检测装置，其特征在于：

所述实验土柱包括：竖直设置的土柱容器，所述土柱容器为一端开口的柱形透明腔体，所述土柱容器外侧壁上垂直设置有若干条平行对齐的刻度尺，所述土柱容器内从上到下依次分布有积水层、填土层和透气层，所述填土层为待检测取样土，所述填土层对应的土柱容器侧壁上开设有若干垂直分布的检测口，所述检测口处设置有检测装置，所述透气层为上下两层纱布包裹粗粒砂石形成，所述土柱容器下底面设置有透气筛板，所述透气筛板上均匀分布有多个透气孔，所述土柱容器底部还设置有升降托盘，所述升降托盘用于调整所述土柱容器高度位置；

所述恒压供水装置包括：马利奥特管，所述马利奥特管内盛装有实验用水，马利奥特管底部出水口处设置有水龙头，所述水龙头通过连接和实验土柱上端设置的入水口连接且所述出水口与所述入水口处于同一水平位置；

所述检测装置包括：TDR时域反射仪、导线、RS-485转化元件和数据显示及记录设备，所述TDR时域反射仪的探针通过检测口插入至填土层中，且所述TDR时域反射仪通过导线和RS-485转化元件连接至数据显示及记录设备。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述透气筛板底部沿圆周均匀设置有垫片。

3.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述土柱容器开口处外侧壁上设置有水平垫片，水平垫片上方套设有可翻转开闭的封口盖，所述封口盖上均匀分布设置有通气孔。

4.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述土柱容器侧壁上还开设有沿垂直方向均匀分布的通气孔。

5.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述土柱容器外壁上还环绕设置有卡扣，所述卡扣可沿刻度尺的竖直方向活动，所述卡扣上设置有对正刻度尺，所述卡扣用于辅助读取湿润锋位置。

6.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述马利奥特管侧壁设置有入渗刻度尺，所述入渗刻度尺用于观测入渗量。

7.根据权利要求1所述的一种实时监测土壤剖面水分入渗特征的垂直渗透装置，其特征在于，所述土柱容器还包括有封口片，所述封口片包括凸出部和外沿部，所述凸出部与土柱容器侧壁厚度相同且能够插入至检测口内完全封闭住检测口，所述外沿部用于安放或取出封口片。

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