CZ303691B6 - Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil - Google Patents
Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303691B6 CZ303691B6 CZ20120684A CZ2012684A CZ303691B6 CZ 303691 B6 CZ303691 B6 CZ 303691B6 CZ 20120684 A CZ20120684 A CZ 20120684A CZ 2012684 A CZ2012684 A CZ 2012684A CZ 303691 B6 CZ303691 B6 CZ 303691B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- infiltration
- tube
- infiltration module
- head
- module
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Infiltrometr slouží ke zjišťování infiltrační schopnosti půd, zejména ke stanovení jednotlivých bodů funkce nenasycené hydraulické vodivosti v blízkosti nasycení půdy vodou a následnému vyšetření průběhu nenasycené hydraulické vodivosti ve vztahu k (sací) tlakové výšce, která vyjadřuje potenciál půdní vody. Průběh hydraulické vodivosti se vztahuje k rychlosti proudění vody půdou při jednotkovém gradientu celkového potenciálu k určité vlhkosti, a zároveň, přes retenční křivku, k tlakové výšce. Hydraulická vodivost má jednotky rychlosti [L/TJ. Průběh hydraulické vodivosti slouží jako jeden ze vstupních parametrů modelů proudění vody v nenasyceném půdním prostředí, tj. nad hladinou podzemní vody.The infiltrometer is used to determine the infiltration capacity of soils, in particular to determine the individual points of the function of unsaturated hydraulic conductivity in the vicinity of soil saturation with water and to follow the course of unsaturated hydraulic conductivity in relation to (suction) pressure altitude, which expresses the soil water potential. The course of hydraulic conductivity refers to the rate of water flow through the soil at a unit gradient of the total potential to a certain humidity, and at the same time, through the retention curve, to the pressure head. Hydraulic conductivity has velocity units [L / TJ. The course of hydraulic conductivity serves as one of the input parameters of water flow models in unsaturated soil environment, ie above groundwater level.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Obecně se za použití infiltrometrů přímo měří pokles hladiny, popřípadě objemu, v Čase v zásobní nádobě přístroje při nastavené konstantní hodnotě tlakové výšky (h0). Tlaková výška se běžně uvádí v jednotkách délky [Lj a pro účely zjištění hodnot nenasycené hydraulické vodivostí se vždy nastavuje jako záporná. Z poklesu hladiny je poté počítán vývoj kumulativní infiltrace, v délkových jednotkách [L], do půdy v čase. Tento přepočet se provádí až po ukončení infiltrační zkoušky při jejím vyhodnocování neboje přímo součástí měření, pokud je přístroj automatizovaný a přepočet poklesu hladiny na kumulativní infiltraci je zaveden do řídícího programu. Výsled25 kem jedné infiltrační zkoušky je tedy průběh kumulativní infiltrace v čase, která slouží jako podklad pro stanovení jedné hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti při jedné dané tlakové výšce. Pro získání další hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti je zapotřebí provést novou infiltrační zkoušku s odlišnou hodnotou tlakové výsky.In general, the use of infiltrometers directly measures the level or volume drop over time in the instrument storage vessel at a constant set pressure value (h 0 ). The pressure head is normally given in units of length [Lj, and is always set to negative to determine the values of unsaturated hydraulic conductivity. The development of cumulative infiltration, in length units [L], into the soil over time is then calculated from the level decrease. This recalculation is performed only after the infiltration test is completed during its evaluation or is directly a part of the measurement if the instrument is automated and the conversion of the level drop to the cumulative infiltration is introduced into the control program. Thus, the result of one infiltration test is a cumulative infiltration over time, which serves as a basis for determining one unsaturated hydraulic conductivity at a given pressure altitude. To obtain an additional value of unsaturated hydraulic conductivity, a new infiltration test with a different pressure occurrence value is required.
V současnosti existuje více konstrukcí infiltrometrů. Mnohé z nich ovšem nevyhovují z hlediska produktivity měření z důvodu absence automatizace měření. Na druhou stranu stávající provedení automatických infiltrometrů jsou zpravidla konstrukčně složitá a náchylná k poškození. Je také třeba rozlišovat zařízení pro přetlakové (například CZ 300463 B6) a podtlakové metody, kdy první metodou určujeme hodnotu nasycené hydraulické vodivosti, zatímco druhou metodou jednotlivé body nenasycené hydraulické vodivosti.At present, there are more designs of infiltrometers. However, many of them do not comply with the measurement productivity due to the absence of measurement automation. On the other hand, existing designs of automatic infiltrometers are generally structurally complex and susceptible to damage. It is also necessary to differentiate between overpressure devices (for example, the vacuum method) and the vacuum method, whereby the first method determines the value of saturated hydraulic conductivity, while the second method determines the individual points of unsaturated hydraulic conductivity.
Jako základní přístroj ze skupiny podtlakových infiltrometrů je obvykle uváděn diskový podtlakový infiltrometr, který navrhli Perroux, K. M. and White, I. 1988. Design for disc permeameters, Soil Sci. Soc. Am. J., 52: 1205 - 1215. Tento přístroj ve své základní verzi není automatizovaný, je rozměrný a nehospodámý z hlediska spotřeby vody a vzhledem k většímu rozměru disku je zdlouhavá i příprava povrchu půdy před měřením. Nevýhodou absence automatického režimu odstraňuje například americký patent US 4 884 436 nebo řešení popsané v článku Spongrová, K.., Kechavarzi, C., Dresser, M., Matula, S., Godwin, R. J. 2009. Development of an automated tension infiltrometer for fíeld use. Vadose Zone Journal. 8: 810 - 817., kdy obě konstrukce využívají k automatizaci měření tlaková čidla. Takový způsob automatizace často trpí oscilací tlaků při uvolňování bublin ze zavzdušňovacího potrubí, což vede k nepřesnostem měření a navíc u obou provedení přetrvává problém se spotřebou vody a velikostí přístrojů. V případě amerického patentu US 4884436 může navíc být problematické i použití břitu na spodní části přístroje, který ve skeletovitých půdách nebo v místech s bohatým kořenovým systé50 mem rostlin či stromů lze velmi obtížně zatlačit do hloubky nutné k vytvoření kontaktu mezi povrchem půdy a porézní destičkou. Stejný problém s instalací zařízení může nastat i v případě německého patentu DE 102009045029 Al firmy Umwelt Gerate Technik, GmbH., který ovšem nevyužívá žádné porézní médium pro kontakt s povrchem půdy a voda tak přichází do přímého kontaktu s jejím povrchem, což ale v půdách s vyvinutými makropóry omezuje jeho použitelnost.As a basic instrument in the family of vacuum infiltrometers, the disc vacuum infiltrrometer is generally suggested by Perroux, K. M. and White, I. 1988. Design for disc permeameters, Soil Sci. Soc. Am. J., 52: 1205 - 1215. In its basic version, this instrument is not automated, it is bulky and uneconomical in terms of water consumption, and due to the larger size of the disc, the preparation of the soil surface before the measurement is lengthy. The disadvantage of the absence of an automatic mode is eliminated, for example, by U.S. Pat. No. 4,884,436 or by the solution described in Spongrová, K., Kechavarzi, C., Dresser, M., Matula, S., Godwin, RJ 2009. fíeld use. Vadose Zone Journal. 8: 810-817, where both structures use pressure sensors to automate measurements. Such a method of automation often suffers from pressure oscillation when bubbles are released from the aeration line, resulting in measurement inaccuracies and, in addition, water consumption and equipment size problems remain in both embodiments. In the case of U.S. Pat. No. 4,884,436, it may also be problematic to use a cutting edge at the bottom of the apparatus which, in skeletal soils or in areas with a rich root system of plants or trees, is difficult to push into the depth necessary to make contact between the soil surface and the porous plate. The same problem with the installation of the device can also occur with the German patent DE 102009045029 A1 of Umwelt Gerate Technik, GmbH. However, it does not use any porous medium for contact with the surface of the soil and so the water comes into direct contact with its surface. developed macropores limits its applicability.
Řešení podle patentu DE 102009045029 Al se navíc vyznačuje značnou členitostí, váhou aparatury a velkou spotřebou vody.Furthermore, the solution according to DE 102009045029 A1 is characterized by a high degree of articulation, weight of the apparatus and high water consumption.
Pro dosažení dobré mobility podtlakového infiltrometru, zajištění malé spotřeby vody, stejně tak jako úspory Času pří přípravě povrchu půdy před infiltrací, je vhodné použít řešení s malým rozměrem infiltračního porézního disku. Takovéto přístroje jsou nazývány jako mini-diskové podtlakové infiltrometry. Jednoduchým přístrojem z této skupiny je přístroj firmy Decagon Devices, Inc., Washington, USA, který ovšem neumožňuje automatické měření. Způsob automatizace minidiskového infiltrometru je popsán v článku Madsen, M. D. and D. G. Chandler. 2007. io Automation and use of mini disk infiltrometers. Soil Sci. Soc. Am. J. 71:1469 - 1472. Jedná se o automatizaci pomocí tlakových Čidel, jejichž nevýhody byly popsány výše, tj. oscilace tlaků při uvolňování bublin ze zavzdušňovacího potrubí a také zavzdusnění samotných tlakových čidel.To achieve good mobility of the vacuum infiltrometer, to ensure low water consumption, as well as to save time when preparing the soil surface before infiltration, it is advisable to use a solution with a small size of the infiltrating porous disk. Such devices are referred to as mini-disc vacuum infiltrometers. A simple instrument in this group is that of Decagon Devices, Inc., Washington, USA, which does not allow automatic measurement. A method for automating a mini-disk infiltrometer is described in Madsen, M. D. and D. G. Chandler. 2007. io Automation and use of mini disk infiltrometers. Soil Sci. Soc. Am. J. 71: 1469 - 1472. It is an automation by means of pressure sensors, whose disadvantages have been described above, ie pressure oscillations when releasing bubbles from the aeration pipe and also the aeration of pressure sensors themselves.
Stávající způsoby měření výšky hladiny s využitím plováku popisují například český patentní spis 99322, US 5585786 nebo US 7860671 Bl. Všechny tato zařízení i další jiná ovšem používají pohyblivého plováku k měření polohy hladiny ve spojení s různými druhy snímačů. Řešení s pohyblivým plovákem jsou konstrukčně mnohem složitější, a tedy náchylná k poruše a s ohledem na použité snímače jsou také často energeticky náročná, a tím nevhodná pro použití v terénu.Current methods of level measurement using a float are described, for example, in Czech Patent Specification 99322, US 5585786 or US 7860671 B1. However, all these devices and others use a movable float to measure the level in conjunction with various types of sensors. Moving float solutions are much more complex in design and thus prone to failure and are often energy intensive and therefore unsuitable for field use due to the sensors used.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedené nevýhody odstraňuje automatický podtlakový mini-diskový infiltrometr, dále jen infiltrometr, sloužící k měření nenasycené hydraulické vodivosti v blízkosti nasycení, sestávající z infiltračního modulu, externí Mariottovy lahve sloužící k nastavení konstantní hodnoty podtlaku na výtoku z infiltračního modulu a záznamové jednotky (dataloggeru) pro automatický sběr dat, který podle technického řešení spočívá v tom, že infiltrační modul sestává ze zásobní trubice na níž je ve spodní části navlečen infiltrační nástavec s vloženou sintrovou destičkou a na horní část zásobní trubice je navlečena hlava infiltračního modulu, v níž je umístěno vážní čidlo, na které je pevně připojen nepohyblivý plovák, přičemž rovnoběžně s nepohyblivým plovákem, avšak ne pod jeho spodní okraj, je vedena zavzdušňovací trubička upevněná do průchodky pro zavzdušňovací trubičku v hlavě infiltračního modulu, dále je v hlavě infiltračního modulu zabudována kabelová průchodka sloužící k vytažení signálního kabelu z prostoru hlavy infiltračního modulu a dále také nástrčná spojka, která spojuje odvzdušňovací trubičku umístěnou uvnitř hlavy infiltračního modulu s odvzdušňovací hadičkou, která je spojena s ruční pumpičkou umístěnou vně infiltračního modulu.These disadvantages are overcome by an automatic vacuum mini-disc infiltrometer, hereinafter referred to as an infiltrometer, for measuring unsaturated hydraulic conductivity in the vicinity of saturation, consisting of an infiltration module, an external Mariott cylinder used to set a constant vacuum pressure at the infiltration module and data logger automatic data collection, which according to the technical solution consists in that the infiltration module consists of a storage tube on which the infiltration adapter with inserted sinter plate is inserted in the bottom part and the head of the infiltration module in which the weighing sensor is located to which a fixed float is rigidly connected, and parallel to the fixed float, but not below its lower edge, a vent tube fixed to the vent tube in the infiltration mode head is guided In addition, a cable gland is installed in the head of the infiltration module for pulling the signal cable out of the infiltration module head space, and a push-in coupling that connects the venting tube located inside the infiltration module head to the venting tube connected to the hand pump outside the infiltration module. .
Mezi zásobní trubicí a hlavou infiltračního modulu jsou do drážek vloženy těsnicí O-kroužky, a taktéž mezi zásobní trubicí a infiltračním nástavcem jsou do drážek vloženy těsnicí O-kroužky.O-rings are inserted into the grooves between the storage tube and the infiltration module head, and O-rings are inserted into the grooves between the storage tube and the infiltration extension.
Nepohyblivý plovák je zakončen kuželovou plochou znemožňující zachycení bublin. Všechny tři části infiltrometru, jmenovitě infiltrační modul, záznamová jednotka a Mariottova láhev, jsou vzájemně oddělitelné.The stationary float is terminated by a conical surface preventing the trapping of bubbles. All three parts of the infiltrometer, namely the infiltration module, the recording unit and the Mariott bottle, are separable from each other.
Voda ze zásobní trubice proniká do půdy přes sintrovou destičku z nerezové oceli, ve spodní části infiltračního modulu, pod konstantní hodnotou podtlaku nastaveného v Mariottově lahvi a udržovaného na úrovni konce zavzdušňovací trubičky uvnitř infiltračního modulu. Množství zainťíltrované vody je zaznamenáváno jako kumulativní pokles hladiny v zásobní trubici. Tento pokles hladiny je monitorován na základě změny vztlakové síly přenášené nepohyblivým plovákem na vážní čidlo zabudované v hlavě infiltračního modulu. Změna výšky hladiny je zaznamenávána záznamovou jednotkou (dataloggerem), se kterým je vážní čidlo propojené signálním kabelem procházejícím těsnou kabelovou průchodkou vešroubovanou do stropu hlavy infiltračního modulu.The water from the storage tube penetrates the soil through a stainless steel sinter plate at the bottom of the infiltration module, below a constant vacuum value set in the Mariott bottle and maintained at the end of the aeration tube within the infiltration module. The amount of water filtered is recorded as a cumulative drop in the level in the storage tube. This level drop is monitored by changing the buoyancy transmitted by the stationary float to the weighing sensor built into the head of the infiltration module. Level change is recorded by a data logger with which the weighing sensor is connected by a signal cable passing through a tight cable gland screwed into the ceiling of the infiltration module head.
Délka nepohyblivého plováku ajeho průměr je volen s ohledem na velikost zásobní trubice tak, aby poměr vztlakové síly, působící na vážní čidlo při maximální hladině v infíltračním modulu, k objemu zásobní trubice byl co největší, čímž je dosaženo optimální přesnosti měření poklesu hladiny v zásobní trubici. Geometrické uspořádání nepohyblivého plováku, zav zdusá ovací trus bičky a odvzdušňovací trubičky v prostoru zásobní trubice musí být zvoleno tak, aby se navzájem nedotýkaly a nebylo tak ovlivněno měření polohy hladiny vody v zásobní trubici. Spodní část nepohyblivého plováku je zakončena kuželovou plochou, která efektivně zabraňuje možnému zachycování bublinek pod tělesem nepohyblivého plováku, které by přispívalo ke zvýšení vztlakové síly působící na nepohyblivý plovák a způsobovalo by chyby v měření výšky hladiny io v zásobní trubici.The length of the stationary float and its diameter is selected with respect to the storage tube size so that the ratio of buoyancy force acting on the weighing sensor at maximum level in the infiltration module to the storage tube volume is as large as possible . The geometrical arrangement of the stationary float, the dropping droppings of the sticks and the venting ducts in the storage tube area shall be chosen so that they do not touch each other and thus do not affect the measurement of the water level in the storage tube. The lower part of the stationary float is terminated by a conical surface which effectively prevents the possibility of trapping bubbles below the stationary float body, which would contribute to an increase in buoyancy force acting on the stationary float and cause errors in level measurement i in the supply tube.
Pro snadnou přípravu měření a s ohledem na celkové rozměry zařízení, které bylo snahou minimalizovat a zároveň zachovat vysokou efektivitu měření, byl zvolen malý průměr sintrové destičky. Pro zajištění vysoké odolnosti a stálosti sintrové destičky byla jako materiál pro její výrobu zvolena kvalitní nerezová ocel.A small sintered plate diameter was chosen for easy preparation of measurements and considering the overall dimensions of the device, which sought to minimize while maintaining high measurement efficiency. To ensure high durability and durability of the sinter plate, high-grade stainless steel was chosen as the material for its manufacture.
Plnění zásobní trubice přístroje se provádí ponořením infiltračního nástavce do libovolné nádoby s vodou a odsátím vzduchu ruční pumpičkou ze zásobní trubice přes odvzdušňovací trubičku a odvzdušňovací hadičku, upevněných v nástrčné spojce v hlavě infiltračního modulu, což způsobí nasátí vody přes sintrovou destičku. Toto řešení zároveň omezuje opotřebování těsnicích prvků (O-kroužků) infiltračního modulu a jejich styčných ploch, protože není nutné infiltrační modul rozebírat kvůli jeho naplnění. Odvzdušňovací trubička zasahuje do zásobní trubice pouze několik centimetrů pod úroveň upevnění vážního čidla, tak aby nedošlo kjeho zaplavení a výraznému překročení maximální kapacity zásobní trubice.Filling the instrument storage tube is done by dipping the infiltration attachment into any water container and extracting air with a hand pump from the storage tube through the vent tube and vent hose mounted in the plug connector in the infiltration module head, causing water to be sucked through the sinter plate. This solution also reduces wear on the O-rings of the infiltration module and its interface surfaces, since it is not necessary to disassemble the infiltration module to fill it. The breather tube extends into the supply tube only a few centimeters below the level of the weighing sensor, so that it does not flood and significantly exceed the maximum capacity of the storage tube.
Další součástí infiltračního modulu je již zmiňovaná zavzdušňovací trubička, která je v hlavě infiltračního modulu upevněna do průchodky pro zavzdušňovací trubičku, na jejíž konec, vyvedený nad hlavu infiltračního moduluje připojena zavzdušňovací hadička, která infiltrační modul propojuje s externí Mariottovou lahví, na které je možné nastavovat hodnotu podtlaku aplikova30 ného na konec zavzdušňovací trubičky. Úroveň konce zavzdušňovací trubičky je volena tak, aby ústila nad spodní okraj nepohyblivého plováku. Vyústění zavzdušňovací trubičky je zkosené tak, aby se bublinky snadno uvolňovaly od konce zavzdušňovací trubičky směrem ke stěně zásobní trubice, aby jejich vliv na měření polohy hladiny při uvolňování byl co nejvíce omezen.Another part of the infiltration module is the aforementioned aeration tube, which is fixed in the infiltration module head into the ventilation tube bushing, to the end of which extends above the infiltration module head is connected an aeration tube that connects the infiltration module with an external Mariott bottle. the value of the vacuum applied to the end of the aeration tube. The level of the end of the aeration tube is selected so that it opens above the lower edge of the stationary float. The mouth of the aeration tube is tapered so that the bubbles are easily released from the end of the aeration tube toward the wall of the storage tube to minimize their effect on the level of the release level.
Kompletní infiltrometr sestává z infiltračního modulu, externí Mariottovy lahve sloužící k nastavení konstantní hodnoty podtlaku na výtoku z infiltračního modulu a záznamové jednotky (dataloggeru) pro automatický sběr dat. Záznamová jednotka zajišťuje záznam dat z měření vážním čidlem, které je připojeno signálním kabelem, který je vyveden kabelovou průchodkou skrz strop hlavy infiltračního modulu. Stejným způsobem je vyvedena i zavzdušňovací trubička, která je upevněna do průchodky pro zavzdušňovací trubičku. Infiltrační modul je propojen s Mariottovou lahví zavzdušňovací hadičkou napojenou na jednom konci na zavzdušňovací trubičku a na druhém úhlovou nástrčnou spojku našroubovanou do víka Mariottovy lahve, v jehož středu je z kluzně uložená trubička umožňující nastavení podtlaku, a která je, podobně jako víko Mariottovy lahve, dotěsněna dvojicí O-kroužků.The complete infiltrometer consists of an infiltration module, an external Mariott bottle used to set a constant vacuum value at the infiltration module outlet and a data logger for automatic data acquisition. The recording unit ensures the recording of measurement data by a weighing sensor, which is connected by a signal cable, which is led through a cable gland through the ceiling of the infiltration module head. In the same way, the vent tube is led out, which is fastened in the bushing for the vent tube. The infiltration module is connected to the Mariott bottle by an air hose connected at one end to the aeration tube and to the other by an angled push-in fitting screwed into the lid of the Mariott bottle, centered with a sliding tube allowing the vacuum to be adjusted. sealed with a pair of O-rings.
Infiltrační modul sestává z hlavy infiltračního modulu, s pevně zabudovaným vážním čidlem, na které je přišroubovaný nepohyblivý plovák, který je na svém konci zakončen kuželovou plochou. Ze zásobní trubice, na kterou je hlava infiltračního modulu nasunuta v její horní části, stejným způsobem jako infiltrační nástavec s vloženou sintrovou destičkou v jeho spodní části, přičemž utěsnění styčných ploch je v obou případech zajištěno trojicí těsnicích O-kroužků. Z odvzdušňovací trubičky nasunuté ve vnitřní části hlavy infiltračního modulu do nástrčné spojky, do které je na vnější straně hlavy infiltračního modulu napojena odvzdušňovací hadička s ruční pumpičkou. Dále se skládá ze zavzdušňovací trubičky pro aplikaci podtlaku, která je upevněna do průchodky pro zavzdušňovací trubičku našroubované v hlavě infiltračního modulu, a která přes zavzdušňo55 vací hadičku propojuje infiltrační modul s Mariottovou lahví. Stejným způsobem jako zavzduš- .1 CZ 303691 B6 novací hadička je vyveden signální kabel, pro připojení vážního čidla k dataloggeru, skrz kabelovou průchodku, našroubovanou taktéž do hlavy infiltračního modulu.The infiltration module consists of an infiltration module head with a fixed weighing sensor on which a fixed float is screwed, which is terminated at its end by a conical surface. From the supply tube to which the head of the infiltration module is slid in its upper part, in the same way as the infiltration attachment with the sintered plate inserted in its lower part, the sealing of the interface is in each case ensured by three O-rings. From the vent tube inserted in the inner part of the infiltration module head into a push-in connector, into which the vent hose with a hand pump is connected on the outside of the infiltration module head. It is further comprised of a vacuum application vent tube which is mounted in a vent tube passage screwed into the head of the infiltration module and which connects the infiltration module to the Mariott bottle via the vent hose. In the same way as the air hose, the signal cable for connecting the weighing sensor to the datalogger is routed through a cable gland also screwed into the head of the infiltration module.
Přístroj po naplnění zásobní trubice a nastavení požadované tlakové výšky na Maríottově lahvi 5 a následném přiložení na povrch půdy a vytvoření hydraulického spojení mezi povrchem půdy a sintrovou destičkou měří pokles hladiny v zásobní trubicí. Měření poklesu hladiny vody v zásobní trubici, respektive kumulativní infiltrace, prováděné navrhovaným technickým řešením je zprostředkováno změnou vztlakové síly, působící na nepohyblivý plovák připevněný na vážní čidlo, která vyvolá odezvu vážního čidla v podobě výstupního napětí. Tato odezva je kalibračním io vztahem převedena na pokles hladiny, respektive na kumulativní infiltraci. Výhodou tohoto provedení automatizace oproti jiným řešením je menší citlivost na tlakové rázy vyvolané uvolňováním bublinek ze zavzdušňovací trubičky během infiltrace. Na rozdíl od řešení s tlakovými čidly nemůže dojít kzavzdušnění měřicího přístroje a znehodnocení měřených dat. Použitím nepohyblivého plováku lze úpravou jeho délky a průměru nastavit libovolnou citlivost měření a také velikost zásobního prostoru.After filling the storage tube and adjusting the required pressure head on the Maríott bottle 5 and then applying it to the soil surface and establishing a hydraulic connection between the soil surface and the sinter plate, the device measures the level drop in the storage tube. The measurement of the water level drop in the storage tube or the cumulative infiltration carried out by the proposed technical solution is mediated by a change in buoyancy acting on a stationary float mounted on the weighing sensor, which causes the weighing sensor to respond in the form of output voltage. This response is converted by calibration as well as relationship to the level decrease or cumulative infiltration. The advantage of this embodiment of automation over other solutions is less sensitivity to pressure surges caused by the release of bubbles from the aeration tube during infiltration. Unlike pressure sensor solutions, the measuring instrument cannot be vented and the measured data cannot be degraded. By using a stationary float, you can adjust the length and diameter of the float to any measurement sensitivity and also the amount of storage space.
Zvláštní pozornost musí být věnována zvláště dokonalému utěsnění celého systému, a proto mohly být těsněné spoje, jako je napojení hadiček a O-kroužky v oblasti hlavy infiltračního modulu a infiltračního nástavce, dodatečně doplněny tenkým filmem vakuové vazelíny.Particular attention must be paid to the perfect sealing of the entire system, and therefore sealed joints such as tubing connections and O-rings in the area of the infiltration module head and infiltration attachment may have been additionally supplemented with a thin film of vacuum grease.
Žádný z uvedených přístrojů nekombinuje výhody minidiskového infiltrometru, tedy vysokou mobilitu, malou spotřebu vody a snadnou přípravu měření s automatizací měření výšky hladiny v infiltrometru pomocí nepohyblivého plováku jehož vztlaková sílaje měřena vážním čidlem.None of these devices combines the advantages of a mini-disk infiltrometer, ie high mobility, low water consumption and easy measurement preparation with automated level measurement in the infiltrometer using a fixed float whose buoyancy is measured by a weighing sensor.
Hlavní přednosti infiltračního modulu lze shrnout takto:The main advantages of the infiltration module can be summarized as follows:
- kompaktní konstrukce modulu- compact module design
- snadná manipulovatelnost (doprava, malá spotřeba vody) díky malému průměru disku (sintrové destičky) snadná příprava povrchu půdy pro měření- easy handling (transport, low water consumption) due to small disc diameter (sinter plates) easy preparation of soil surface for measurement
- jednoduchý princip měření polohy hladiny s dobrou rozlišovací schopností a spolehlivosti měření- simple level measurement principle with good resolution and measurement reliability
- možnost připojení několika infiltračních modulů k jednomu dataloggeru- possibility to connect several infiltration modules to one datalogger
- sestávaje tedy snadno rozebíratelná a lze ji bez větších obtíží dopravit i na lokality s omezenou dostupností dopravními prostředky.- it is therefore easy to dismantle and can be transported without difficulty to locations with limited accessibility by means of transport.
Přehled obrázkůOverview of pictures
Obr. 1 znázorňuje infiltrační modul v nárysu.Giant. 1 shows a front view of the infiltration module.
Obr. 2 znázorňuje kompletní infiltrometr, tj. podtlakový infiltrační modul propojený s externí Mariottovou lahví a připojený k dataloggeru.Giant. 2 shows a complete infiltrometer, i.e. a vacuum infiltration module connected to an external Mariott bottle and connected to a data logger.
Příklad provedeníExemplary embodiment
Infiltrační modul sestává z hlavy 1 infiltračního modulu, s pevně zabudovaným vážním čidlem 4, na kteréje přišroubovaný nepohyblivý plovák 5, kterýje na svém konci zakončen kuželovou plochou 5a. Ze zásobní trubice 2, na kterou je hlava i infiltračního modulu nasunuta v její horní části, stejným způsobem jako infiltrační nástavec 3 s vloženou sintrovou destičkou 3b v jehoThe infiltration module consists of a head 1 of the infiltration module, with a fixed weighing sensor 4, on which a fixed float 5 is screwed, which is terminated at its end by a conical surface 5a. From the supply tube 2 onto which the head i of the infiltration module is slid in its upper part, in the same way as the infiltration extension 3 with the sintered plate 3b inserted in its
-4 Q7. 303691 B6 spodní části, přičemž utěsnění styčných ploch je v obou případech zajištěno trojicí těsnicích Okroužků ja, 3a. Z odvzdušňovací trubičky 7 nasunuté ve vnitřní části hlavy 1 infiltračního modulu do nástrčné spojky 7a, do které je na vnější straně hlavy 1 infiltračního modulu napojena odvzdušňovací hadička 7b s ruční pumpičkou 7c. Dále se skládá ze záznamové jednotky 8, která zajišťuje záznam dat z měření vážním čidlem 4, které je připojeno signálním kabelem 4a, který je vyveden kabelovou průchodkou 4b skrz strop hlavy 1 infiltračního modulu, ze zavzdušňovací trubičky 6 pro aplikaci podtlaku, upevněné do průchody 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 v horní části infiltračního modulu, kteráje zavzdušňovací hadičkou 6b napojena přes úhlovou nástrčnou spojku 9e na Mariottovu láhev 9. Ve středu víka 9a Mariottovy lahve 9 je z kluzně uložená truio bička 9c, umožňující nastavení podtlaku, která je, podobně jako víko 9a Mariottovy lahve 9, dotesněno dvojicí O-kroužků 9b a 9d.-4 Q7. 303691 B6 of the lower part, whereby the sealing of the contact surfaces is in both cases provided by three sealing rings Ja, 3a. From the vent tube 7 inserted in the inner part of the infiltration module head 1 into a push-in connector 7a, to which the vent hose 7b is connected to the outside of the infiltration module head 1b with the hand pump 7c. It further comprises a recording unit 8, which provides measurement data from the weighing sensor 4, which is connected by a signal cable 4a, which is led through the cable gland 4b through the ceiling of the infiltration module head 1, from the vacuum depression tube 6 mounted in the passage 6a for the aeration tube 6 at the top of the infiltration module, which is connected to the Mariott bottle 9 via the angled push-in fitting 9e to the Mariott bottle 9. In the center of the lid 9a of the Mariott bottle 9 9a of the Mariott bottle 9, sealed by a pair of O-rings 9b and 9d.
Infiltrační modul a jeho hlavní části, jakožto i Mariottova láhev 9 jsou vyrobeny převážně z plastických hmot. Konkrétně hlava i infiltračního modulu a infiltrační nástavec 3 jsou vyrobeny z polypropylenu technologií 3D tisku, zásobní trubice 2 o využitelném objemu 160 ml, nepohyblivý plovák 5 pokrývající celý využitelný objem zásobní trubice 2 a také Mariottova láhev 9 z čirého plexiskla. Zásobní trubice 2 a Mariottova láhev 9 mají tloušťku stěny 4 mm zaručující dostatečnou odolnost obou částí navrhovaného přístroje. Další části infiltračního modulu jsou kovové. Konkrétně sintrová destička 3b o průměru 44,5 mm a tloušťce 3 mm, zavzdušňovací tru2o bička 6 o průměru 4 mm, odvzdušňovací trubička 7 o průměru 2 mm a kluzně uložená trubička 9c o průměru 5 mm pro korekci podtlaku jsou vyrobeny z nerezové oceli, protože dochází u těchto částí k přímému styku s vodou a je tedy vyžadována dlouhodobá odolnost proti korozi. Sintrová destička 3b je navíc celou svou plochou během trvání infiltrace v kontaktu s půdním povrchem a je na ni kladen důraz, kromě korozivzdornosti, i na odolnost vůči mechanickému poškození. Kabelová průchodka 4b, průchodka 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 a nástrčná spojka 7a i úhlová nástrčná spojka 9e jsou v mosazném nebo nerezovém provedení v kombinací s plastovými nebo pryžovými prvky a je u nich kladen především důraz na jejich dokonalou těsnost tak, aby byly zaručeny stálé podmínky během celé doby trvání infiltrace. Dokonalá těsnost musí být zaručena také v prostoru mezi zásobní trubicí 2 a hlavou 1 infiltračního modulu, zásobní jo trubicí 2 a infiltračním nástavcem 3, stejně tak, jako mezi víkem 9a Mariottovy lahve 9 a její stěnou a v poslední řadě i mezi kluzně uloženou trubičkou 9c a víkem 9a Mariottovy lahve 9, kterým kluzně uložená trubička 9c prostupuje. Těsnost spojení hlavy i infiltračního modulu a infiltračního nástavce 3 se zásobní trubicí 2 je zaručena vždy trojicí pryžových O-kroužků la, 3a vložených do drážek na vnitřním obvodu (viz Obr. 1 a 2) hlavy i infiltračního modulu a infiltračního nástavce 3. Těsnost spojení víka 9a Mariottovy lahve 9 s Mariottovou lahví 9 je zajištěna dvojící O-kroužků 9b vložených do drážek na vnějším obvodě víka 9a Mariottovy lahve 9 a těsnost kluzně uložené trubičky 9c je zaručena taktéž dvojicí pryžových O-kroužků 9d zasazených do drážek v otvoru víka 9a Mariottovy lahve 9, kterým kluzně uložená trubička 9c prochází. Nakonec zavzdušňovací hadička 6b, odvzdušňovací hadička 7b a ochranný obal signál40 ního kabelu 4a pro připojení záznamové jednotky 8 jsou vyrobeny z různých druhů plastických hmot.The infiltration module and its main parts, as well as the Mariott bottle 9, are mainly made of plastics. Specifically, the infiltration module head 1 and infiltration extension 3 are made of polypropylene 3D printing technology, a 160 ml usable storage tube 2, a stationary float 5 covering the entire usable storage tube 2 volume, and a clear Plexiglas Mariott bottle 9. The storage tube 2 and the Mariott bottle 9 have a wall thickness of 4 mm ensuring sufficient durability of both parts of the proposed apparatus. Other parts of the infiltration module are metal. Specifically, the sintered plate 3b having a diameter of 44.5 mm and a thickness of 3 mm, a venting rod 6 with a diameter of 4 mm, a venting tube 7 with a diameter of 2 mm and a sliding tube 9c with a diameter of 5 mm are made of stainless steel. these parts are in direct contact with water and therefore long-term corrosion resistance is required. In addition, the sintered plate 3b is in contact with the soil surface throughout its entire infiltration period and is stressed, in addition to its corrosion resistance, to mechanical damage resistance. The cable gland 4b, the bore 6a for the ventilation tube 6 and the push-in fitting 7a as well as the angled push-in fitting 9e are in brass or stainless steel in combination with plastic or rubber elements and are particularly stressed for their perfect tightness. throughout the infiltration period. Perfect tightness must also be ensured in the space between the storage tube 2 and the head 1 of the infiltration module, the storage yoke 2 and the infiltration extension 3, as well as between the lid 9a of the Mariott bottle 9 and its wall and lastly between the sliding tube 9c and a lid 9a of the Mariott bottle 9 through which the sliding tube 9c permeates. The tightness of the connection of the head and the infiltration module and the infiltration extension 3 to the supply tube 2 is guaranteed by three rubber O-rings 1a, 3a inserted into grooves on the inner circumference (see Figs. 1 and 2) of the infiltration head and infiltration extension. The lid 9a of the Mariott bottle 9 with the Mariott bottle 9 is secured by a pair of O-rings 9b inserted into grooves on the outer periphery of the lid 9a of the Mariott bottle 9 and the tightness of the sliding tube 9c is guaranteed by a pair of rubber O-rings 9d bottles 9 through which the sliding tube 9c passes. Finally, the vent hose 6b, the vent hose 7b and the signal cable protective cover 4a for connecting the recording unit 8 are made of different kinds of plastics.
Zkompletování rozloženého infiltračního modulu se provádí nasunutím hlavy i infiltračního modulu se zabudovaným vážním čidlem 4 s nepohyblivým plovákem 5, a včetně dalších kompo45 nentů jako jsou odvzdušňovací trubička 7 s nástrčnou spojkou 7a, průchodka 6a pro zavzdušňovací trubičku 6 a kabelová průchodka 4b, na homí část zásobní trubice 2 a nasunutím infiltračního nástavce 3 se sintrovou destičkou 3b na spodek zásobní trubice 2 infiltračního modulu.The disassembled infiltration module is assembled by sliding the head and infiltration module with a built-in weighing sensor 4 with a fixed float 5, and including other components 45 such as a breather tube 7 with push-in fitting 7a, a bore 6a for the ventilation tube 6 and cable gland 4b of the storage tube 2 and sliding the infiltration extension 3 with the sinter plate 3b onto the bottom of the storage tube 2 of the infiltration module.
Před započetím měření je nutné sejmout vegetační kryt a urovnat místo infiltrace do roviny (kontrola vodováhou) a vyhladit případné nerovnosti tenkou kontaktní vrstvou jemného písku. Poté se připojí infiltrační modul k záznamové jednotce 8 a propojí se zavzdušňovací hadičkou 6b s externí Mariottovou lahví 9, na které se předem podle potřeby nastaví hodnota sací tlakové výšky (podtlaku) v rozsahu - 0,5 až - 5,0 cm pomocí kluzně uložené trubičky 9c. Dalším krokem je naplnění infiltračního modulu vodou nasátím přes sintrovou destičku 3b z připravené nádoby.Before starting the measurement, it is necessary to remove the vegetation cover and level the place of infiltration into the plane (check with a spirit level) and smooth out any unevenness with a thin contact layer of fine sand. Thereafter, the infiltration module is connected to the recording unit 8 and connected to the aeration hose 6b with an external Mariott bottle 9, to which a suction pressure (vacuum) value in the range of - 0.5 to - 5.0 cm is preset by means of a sliding bearing. tubes 9c. The next step is to fill the infiltration module with water by sucking through the sinter plate 3b from the prepared container.
5? Ještě před samotnou infiltrací na vybraném místě je vhodné na jiném místě přiložit infiltrační5? Prior to infiltration at the selected site, it is advisable to attach an infiltration at another site
- 5 CZ 303691 B6 modul na povrch půdy a krátce nechat probíhat infiltraci tak, aby se zajistilo, že bude sintrová destička 3b plně nasycená vodou a nebude zkreslovat měření. Po tomto kroku může být započata infiltrace na předem upravené plošce přiložením infiltračního modulu na kontaktní vrstvu písku, pokud byla aplikována. Okamžik přiložení infiltračního modulu na povrch půdy je považován za zahájení infiltrace. Pokles hladiny, měřený v čase, v zásobní trubici 2 vyvolává změnu vztlakové síly působící na nepohyblivý plovák 5 a přenáší se na vážní čidlo 4. Pro sběr dat je infiltrační modul napojen na záznamovou jednotku 8, ke které lze připojit laptop nebo jiné kompatibilní čtecí zařízení pro kontrolu či vyhodnocení dat in sítu.And briefly allow the infiltration to proceed so as to ensure that the sinter plate 3b is fully saturated with water and does not distort the measurements. After this step, infiltration can be initiated on the pre-treated area by applying the infiltration module to the sand contact layer, if applied. The moment of application of the infiltration module on the soil surface is considered to be the start of infiltration. The level drop, measured over time, in the storage tube 2 causes a change in buoyancy on the immovable float 5 and is transmitted to the weighing sensor 4. For data collection, the infiltration module is connected to a recording unit 8 to which a laptop or other compatible reader can be connected. for checking or evaluating data in the network.
io Zkušební měření kumulativní infiltrace navrženým zařízením bylo provedeno v laboratoři na připravených vzorcích a na experimentální ploše Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půdy Praha, konkrétně na povodí Kopaninského potoka. Přístroj je použitelný v celém rozsahu výše uvedených sacích tlakových výšek pouze v půdách velmi málo až středně propustných a v omezeném rozsahu sacích tlakových výše i v dobře propustných půdách. Naměřená data slouží k popisu infiltrační schopnosti půd a jako vstupní data pro numerické modelování. Pro stanovení hodnoty nenasycené hydraulické vodivosti pro danou sací tlakovou výšku lze použít například Zhangovu metodu (Zhang, R. 1997. Determination of soil sorptivity and hydraulic conductivity from the disk infiltrometer. Soil Sci. Soc. Am. J. 61:1024-1030.) nebo její modifikovanou formu (Dohnal, M., Dušek, J., Vogel, T., 2010. Improving Hydraulic Conductivity Estimates fromio The test measurement of the cumulative infiltration by the designed equipment was carried out in the laboratory on prepared samples and on the experimental area of the Research Institute of Amelioration and Soil Protection Prague, specifically on the Kopaninský brook basin. The device can only be used over the whole range of the above mentioned suction heights in very low to medium permeable soils and to a limited extent of the suction pressure heights even in well permeable soils. Measured data are used to describe soil infiltration ability and as input data for numerical modeling. For example, the Zhang method (Zhang, R. 1997) can be used to determine the unsaturated hydraulic conductivity for a given suction head (Zhang, R. 1997. Soil Sci. Soc. Am. J. 61: 1024-1030). ) or a modified form thereof (Dohnal, M., Dusek, J., Vogel, T., 2010. Improving Hydraulic Conductivity Estimates from
Minidisk infiltrometer Measurements for Soil with Wide Pore-Size Distributions, Soil Sci. Soc. Am.J. 74, 804-811).Minidisk Infiltrometer Measurements for Soil with Wide Pore-Size Distributions, Soil Sci. Soc. Am.J. 74, 804-811).
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Zařízení poskytuje základní informaci o infiltrační schopnosti půd a naměřená data pomocí tohoto zařízení slouží jako jeden ze vstupů po numerické modelování využitelné v oblasti hydrologického, zemědělského, lesnického, vodohospodářského a půdně-fyzi kál ního výzkumu.The device provides basic information on soil infiltration capability and the measured data using this device serves as one of the numerical modeling inputs applicable in the field of hydrological, agricultural, forestry, water management and soil physiological research.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120684A CZ303691B6 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120684A CZ303691B6 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2012684A3 CZ2012684A3 (en) | 2013-03-13 |
| CZ303691B6 true CZ303691B6 (en) | 2013-03-13 |
Family
ID=47827508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20120684A CZ303691B6 (en) | 2012-10-09 | 2012-10-09 | Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ303691B6 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ305517B6 (en) * | 2013-10-23 | 2015-11-11 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. | Permeameter with proportioning pump |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107144513B (en) * | 2017-06-26 | 2023-09-08 | 湖南农业大学 | Soil moisture infiltration rate testing arrangement |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ17894U1 (en) * | 2006-10-11 | 2007-09-24 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Pressurized-type infiltrometer for off-road determination of soil infiltration capacity |
| CZ300463B6 (en) * | 2006-10-11 | 2009-05-27 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Pressurized infiltration meter for off-road determination of soil infiltration capability |
| CZ23245U1 (en) * | 2011-04-27 | 2012-01-12 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Continuous infiltrometer |
-
2012
- 2012-10-09 CZ CZ20120684A patent/CZ303691B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ17894U1 (en) * | 2006-10-11 | 2007-09-24 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Pressurized-type infiltrometer for off-road determination of soil infiltration capacity |
| CZ300463B6 (en) * | 2006-10-11 | 2009-05-27 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Pressurized infiltration meter for off-road determination of soil infiltration capability |
| CZ23245U1 (en) * | 2011-04-27 | 2012-01-12 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany pudy, v.v.i. | Continuous infiltrometer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ305517B6 (en) * | 2013-10-23 | 2015-11-11 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. | Permeameter with proportioning pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2012684A3 (en) | 2013-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104964878B (en) | The triaxial test system and method for unsaturated soil multi- scenarios method | |
| CN201130143Y (en) | Porous medium material permeability coefficient determinator | |
| CN105588796B (en) | A kind of device of accurate quick measure soil permeability coefficient | |
| Ankeny | Methods and theory for unconfined infiltration measurements | |
| CN204789158U (en) | Triaxial test device of many field couplings of unsaturated soil | |
| CN108332816B (en) | Device and method for measuring exchange water quantity of surface water and underground water of river channel | |
| CN1737530B (en) | Method for testing permeability coefficient and anti-pervasion gradient ratio | |
| AT14204U1 (en) | Device for testing lines | |
| CN101858849A (en) | Seepage tester of fractured material | |
| CZ303691B6 (en) | Infitrometer for measuring hydraulic conductivity of soil | |
| CN104568689A (en) | Device and method for monitoring content of suspended matters in oilfield sewage | |
| WO2014172765A1 (en) | Water tension sensor, system for characterising and continuously measuring soil water, system for indicating critical soil water tension and irrigation rod | |
| CN103091372A (en) | On-board seepage flow and outflow concentration real-time monitoring device and method of geotechnical centrifuge | |
| CN208399337U (en) | A kind of device of core cutter method measurement saturated hydraulic conductivity in soil | |
| CN207882118U (en) | Measure the experimental rig of the long-term water permeability of pervious concrete | |
| CN209167011U (en) | A kind of radial consolidation experimental rig | |
| CZ24682U1 (en) | Infiltrometer for measuring soil coefficient of conductivity | |
| CN111521524A (en) | Soil-gas interface organic matter migration flux measurement simulation system and simulation measurement method thereof | |
| CN208505856U (en) | A kind of geosynthetics Vertical permeameter | |
| CN114324104B (en) | Cement concrete coefficient of permeability test experimental apparatus | |
| CN207263611U (en) | A kind of device for measuring soil cohesion | |
| CN204314191U (en) | The device of Fast Measurement coarse-grained soil infiltration coefficient | |
| CN206608402U (en) | The quick accurate detection device of internal leakage of hydraulic valve amount | |
| Reynolds | Unsaturated hydraulic properties: Field tension infiltrometer | |
| CN113281235B (en) | Underground water artificial recharge seepage simulation monitoring system and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20181009 |