[發明專利]二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統

有效

• 申請號: 201810575823.5
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108801589B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 李立;王康;周群;張春風;葉鼎
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

本發明公開了一種二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統，二維坡面土壤裝置的箱體中從下到上依次分層埋有各種不同成分的土壤，用以模擬河床土壤成分，側壁設置有傳感器監測點，傳感器監測點中埋有傳感器的探針，供排水裝置向二維坡面土壤箱裝置的箱底供水及排水，樣本采集裝置對傳感器內部的水樣本進行采集；數據采集裝置采用工業控制器及其測量模塊，實現對TDR含水率、溫度、土壤基質勢的采集和測量，所采集的數據傳送給計算機處理。本發明二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統可以對水平和垂直方向二維度的土壤水運動狀態進行實時檢測，實現對地表?坡面土壤水運動入渠過程的模擬和模型分析。

技術領域

本發明屬于水文、土壤水運動技術領域，尤其涉及一種二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統。

背景技術

分析河床坡地土壤水運動過程的內在關系，實現水運動過程的模擬，是認識河床地下水資源評價、管理、水土保持與治理等領域的基礎。而大型二維槽是一種通過在室內用一定的儀器來模擬河床環境的設備，其是用來測量自然環境或人工模擬自然環境下，河床土壤中的溫度、TDR含水率、裸土蒸發量或潛在蒸發量以及深層滲透量的，可研究水運動中的下滲、地表徑流和地下徑流、蒸散發等過程，是研究地下水運動、開展合理利用水資源試驗的必備設施?，F在隨著人類活動的影響，植被、土壤都在不斷的發生變化，水文學研究仍在做著河床土壤-地表-地下水的模擬實驗。

傳統的河床土壤-地表-地下水運動的模擬大部分都是在野外完成，選取的場地都比較大，工作環境比較艱苦，在野外最大的好處是能夠更接近于真實的天然情況，模擬精度高，問題是實驗成本高，運行維護不方便。即使已存在室內河床模擬實驗，如公開號為CN205619966U、名稱為河床一維模擬實驗裝置，但只能測廣度數據，對二維深度數據卻無能為力。

由上述可知，現有的河床土壤-地表-地下水運動的模擬主要存在以下幾點不足：不便攜，無法長期穩定的提供相應的電源；維護成本高，難以做到實時收集與分析數據；不夠靈活，適應性差，不同學科研究目的不同，所選場地差別大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統，可應用于土壤、地下水運動特性的測量，以改變傳統測量方法的局限性，更高效、準確地獲得河床地下水及水污染物的遷移特性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種二維坡面土壤、地表、地下水運動模擬實驗系統，包括二維坡面土壤箱裝置、供排水裝置、人工降雨裝置、樣本采集裝置、數據采集裝置，人工降雨裝置包括雨滴形成裝置及其供水裝置；二維坡面土壤裝置的箱體中從下到上依次分層埋有各種不同成分的土壤，用以模擬河床土壤成分，側壁設置有傳感器監測點，傳感器監測點中埋有傳感器的探針，供排水裝置向二維坡面土壤箱裝置的箱底供水及排水，樣本采集裝置對傳感器內部的水樣本進行采集；數據采集裝置采用工業控制器及其測量模塊，實現對TDR含水率、溫度、土壤基質勢的采集和測量，所采集的數據(通過串行通信模塊)傳送給計算機處理，對地表-坡面土壤水運動入渠進行模擬和模型分析。模型分析就是利用二維槽裝置和監測的給了數據，實現土壤水動態、聯系的監測，并進行數學過程的演算。

按上述技術方案，二維坡面土壤箱裝置采用空間立方梯形容器，所述梯形容器前側壁的材質為鋼化玻璃，后側壁為不銹鋼材料制成，在后側壁設置有傳感器監測點。二維坡面土壤箱裝置箱體長為13m，高2.5m，厚1.0m。

按上述技術方案，供排水裝置采用圓形儲水管柱，通過排水管連接到二維坡面土壤裝置的箱體底部，水管上設有相應的調節閥門，(用于手動控制給排水系統)圓形儲水管柱內設有可移動的液位探針，地下水供排水自動控制電路對供排水裝置的供水、排水進行控制。

按上述技術方案，人工降雨裝置中供水裝置包括水泵、圓柱形儲水管，水泵將圓柱形儲水管中的水通過輸出水管連接到雨滴形成裝置，輸出水管上依次安裝有調節閥門和流速儀，雨滴形成裝置為安裝在二維坡面土壤箱裝置箱體上端的帶孔管道組。