[發明專利]現場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置及使用方法

在審

• 申請號: 201710379643.5
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107132337A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 陳銳;劉堅;李錦輝;雷衛東;趙燕茹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01F23/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 謝肖雄

技術領域

本發明屬于土壤水勢水位測量領域，尤其是一種現場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置及使用方法。

背景技術

土壤的水勢/水位，作為重要的水力和水文特性，直接關系到土質邊坡的穩定性能、植被的水分得失情況等。傳統方法一般采用TDR或FDR技術測量土體的電導率、介電常數等，進而轉化為含水率。然而，這種傳統方法屬于間接測量方法，受多因素影響，測量精度較低，難以滿足要求。另外，采用含水率評價土壤水勢受土體類型的影響。相同水勢條件下，不同的土體存在較大差異，采用傳統方法評價土壤水勢帶來技術難題。

為了克服上述難題，專利2012105540257提出一種用于測量土中水的水勢的張力計，可直接測量土體的水勢。專利201420142019.5提出采用單點多層測量不同深度土體的參數。結合這兩個專利，理論上可以對現場土壤水勢進行測量。然而，這些專利中儀器埋設一般采用挖孔方法，不僅可能造成設備和土體接觸不好，影響測量結果，還無法適用在層壓水條件下的測量。另外，不同于其他土壤特性測量設備，只有在飽和條件下感應材料才具備透水不透氣的特性，張力計讀數才是準確的。在挖孔埋設過程中時間較長，難以保證張力計不產生汽化。專利2014100217282提出一種現場土壤水勢測量儀及其使用方法，可直接測量現場土體的水勢。然而，此種裝備采用擠壓打設方法克服了挖孔預埋的不足，但僅為單點測量，測量范圍有限。為了擴展其測量范圍，將其設計為多點測量時，由于設備較長，開展飽和步驟難度較大。如何設計設備既可開展多點測量還易于飽和是該領域的技術難題。

為此，有必要設計一種新型的土壤水勢水位測量裝置，能夠根據需要同時測量多個點的水勢水位。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種現場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置，用來克服現有土壤水勢水位測量裝置無法同時測量不同深度的多個點的數據的問題。

本發明是這樣實現的，一種現場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置，包括一套通過水位傳感器測量水位的水位測量系統、至少一套通過測量水壓確定水勢的水勢測量系統、一套數據處理系統；其中所述水位測量系統設置在最底部、所述水勢測量系統設置在所述水位測量系統上側，所述水位測試系統與所述水勢測試系統之間通過過盈配合插接相連；所述水位測試系統內設有水位傳感器，所述水位傳感器與所述水勢測量系統之間、所述水勢測量系統與所述數據處理系統之間通過電纜線相連；所述水位測量系統為倒置的圓錐體結構，其尖頭向下；所述水勢測量系統為空心圓柱體結構，其形狀主體由外壁構成。通過該組裝結構，可以實現多個點同時測量土壤水勢水位，并且可以根據不同需要選擇不同數量的水勢測量系統進行組裝，整個裝置變成了模塊化的組裝結構，設備的自由度大大增加。

本發明的進一步技術方案是：包括多套水勢測量系統，所述水勢測量系統之間通過過盈配合插接相連；所述水勢測量系統內設有防水電纜接頭將多套所述水勢測量系統之間的電纜線相連。通過電纜線實現信息和電能的交換，實現設備測量和能源供應。

本發明的進一步技術方案是：所述水勢測量系統設有感應材料、外壁、內部腔體、預設孔、測量管道、測量裝置；所述感應材料為空心圓環體結構并環繞所述水勢測量系統一周；所述外壁與所述感應材料內層合圍形成內部腔體，所述內部腔體內設有多個預設孔，所述預設孔的一端與所述內部腔體相連，另一端與所述測量管道相連，所述測量管道延伸至所述測量裝置使得所述測量裝置與所述內部腔體之間形成通路；所述測量裝置通過電纜線與所述數據處理系統相連；所述感應材料在飽和狀態透水不透氣。通過這種結構實現了水勢的測量，排除了干擾。測量時需要在內部腔體中充滿液體，通過測量液體壓強的改變實現水勢的測量。作為一種優選，土壤水勢感應材料為進氣值為1Bar的納米陶瓷材料，測量裝置為微型高精度防水壓力傳感器，其信號輸出為數字信號。

本發明的進一步技術方案是：所述水勢測量系統還設有膠結材料，所述膠結材料設置在所述感應材料底面的上下兩端。膠結材料對感應材料進行密封，防止有水滲出。

本發明的進一步技術方案是：所述水位測量系統內部設有包括錐頭、細料、粗料、透水孔、水位傳感器；所述透水孔設置在所述錐頭上；所述細料設置在所述錐頭內部，所述粗料設置在所述細料上層，所述水位傳感器設置在所述粗料內部。

本發明的進一步技術方案是：所述粗料的粒徑大于1mm；所述細料的粒徑小于1 mm。作為一種優選，細料為細砂，粗料為粗砂。

本發明的進一步技術方案是：所述水勢測量裝置的頂部設有組裝式母頭、底部設有組裝式公頭。通過公頭和母頭的插接實現不同水勢測量系統之間的聯合。