[發(fā)明專利]模擬地下水的非飽和供水裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110347605.4
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102507888A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 來劍斌;歐陽竹;羅毅;李漢俠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G01N33/24
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨;劉春成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于模擬地下水埋深控制性試驗(yàn)的模擬地下水的供水裝置，尤其涉及一種模擬地下水的非飽和供水裝置，屬于土壤物理學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)面源污染、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中潛水利用以及土壤鹽漬化等日益受到世界各國的關(guān)注，許多學(xué)者都針對這些問題進(jìn)行了大量研究。在地下水淺埋地區(qū)，潛水蒸發(fā)是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的重要組成部分，也是地下水的主要排泄方式之一；反過來，作物通過消耗地下水也影響著地下水埋深。地下水埋深對于農(nóng)業(yè)面源污染和土壤鹽漬化也起著非常重要的作用。因此，模擬地下水埋深的控制性試驗(yàn)得到了廣泛應(yīng)用。然而，在模擬不同地下水埋深情況的科研試驗(yàn)中，目前普遍采用的是飽和供水方式，這必然要求試驗(yàn)土柱高度必須大于最大地下水埋深，從而使實(shí)際應(yīng)用的試驗(yàn)土柱高度較高，成本較大，操作不便；或者使埋深設(shè)置范圍受到極大限制，尤其是在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)潛水蒸發(fā)利用的科學(xué)研究中，為了模擬地下水較大埋深情況，需要在野外開挖較深(4～5m)的地下室，但科研試驗(yàn)通常僅關(guān)心作物根區(qū)(1～2m)土壤水分分布及蒸散發(fā)情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種模擬地下水的非飽和供水裝置，用于解決目前在模擬不同地下水埋深情況的科研試驗(yàn)中，普遍采用的飽和供水方式存在的試驗(yàn)土柱高度較高或埋深設(shè)置范圍受限的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的模擬地下水的非飽和供水裝置包括土壤存儲器、儲水器、水壓調(diào)節(jié)器、壓力差傳感器、土壤水分傳感器、數(shù)據(jù)處理單元。土壤存儲器用于填入試驗(yàn)土柱，所述土壤存儲器的底部設(shè)有進(jìn)水閥；儲水器呈封閉結(jié)構(gòu)，用于向所述土壤存儲器供水，所述儲水器的底部設(shè)有出水閥和底部進(jìn)氣閥，所述儲水器的頂部設(shè)有頂部進(jìn)氣閥，所述出水閥通過管道連接于所述進(jìn)水閥；水壓調(diào)節(jié)器呈封閉結(jié)構(gòu)，用于儲水以調(diào)節(jié)所述儲水器中的壓力，所述水壓調(diào)節(jié)器的頂部設(shè)有排氣閥，所述水壓調(diào)節(jié)器的側(cè)面設(shè)有水壓調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，所述排氣閥管道連接于所述底部進(jìn)氣閥；壓力差傳感器用于測定所述儲水器上下兩端的壓力差，所述壓力差傳感器的高壓端連接于所述底部進(jìn)氣閥，所述壓力差傳感器的低壓端連接于所述頂部進(jìn)氣閥；土壤水分傳感器設(shè)于所述土壤存儲器的側(cè)壁且插入試驗(yàn)土柱中，用于檢測試驗(yàn)土柱的水分；數(shù)據(jù)處理單元和所述壓力差傳感器和所述土壤水分傳感器連接，用于根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔自動(dòng)采集、存儲和顯示試驗(yàn)土柱剖面含水量數(shù)據(jù)和供水量數(shù)據(jù)。

在上述模擬地下水的非飽和供水裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述土壤存儲器的底層為用于填入顆粒物的緩沖區(qū)。

在上述模擬地下水的非飽和供水裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述水壓調(diào)節(jié)器的側(cè)面設(shè)有多個(gè)位于不同高度的水壓調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥。

在上述模擬地下水的非飽和供水裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述土壤水分傳感器為多個(gè)，且所述多個(gè)土壤水分傳感器分別設(shè)于所述土壤存儲器的側(cè)壁的不同高度。

本發(fā)明的土壤存儲器填入試驗(yàn)土柱之后，可以在試驗(yàn)土柱底部或者其優(yōu)選實(shí)施方式的緩沖區(qū)形成一個(gè)水勢張力面，利用土壤本身的毛管吸力，水分不斷從緩沖區(qū)進(jìn)入土壤并向上傳輸，從而實(shí)現(xiàn)非飽和自動(dòng)供水，模擬實(shí)際地下水埋深并測定水分變化過程，試驗(yàn)過程所應(yīng)用的試驗(yàn)土柱體積也較小，成本較低。此外，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理單元可以自動(dòng)記錄土壤剖面水分變化過程，時(shí)間間隔可自由設(shè)定為不同間隔。

附圖說明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，簡單說明一下“飽和”和“非飽和”的概念，二者為土壤物理學(xué)術(shù)語，土壤中所有孔隙都充滿水即為“飽和”。土壤中部分孔隙有水為“非飽和”。現(xiàn)有底部供水裝置的出水端的水為自由水，因此接觸供水端的土壤先達(dá)到飽和后，土壤中水分再向上擴(kuò)散。本發(fā)明的出水端水壓小于大氣壓(也稱負(fù)壓)，接觸供水端土壤未達(dá)到飽和(非飽和)，依靠土壤的吸力將水吸入土壤中，然后再向上擴(kuò)散。

圖1示意性的示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如其所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包括水壓調(diào)節(jié)器1、壓力差傳感器2、儲水器3、土壤存儲器4、土壤水分傳感器5、數(shù)據(jù)處理單元6。需要補(bǔ)充說明的是，為了簡化附圖，圖1未示出連接壓力差傳感器2和數(shù)據(jù)處理單元6的信號傳輸線路。