一种测量氧灌水气出流均匀度的系统与方法

摘要

本发明公开了一种测量氧灌水气出流均匀度的系统与方法，系统由N个规格一致的测量单元构成，每个测量单元的主体为测箱（1），其特点是，所述的测箱（1）为倒T型，由水平管（7）与竖直管（8）相通连接形成，竖直管（8）上端口由上密封塞（4）密封，微型压力测量计（2）通过上密封塞（4）与竖直管（8）相通，水平管（7）左右两个端口分别设左密封塞（5）和右密封塞（6）；所述的竖直管（8）的下部设排水阀（3）；其模拟了氧灌的水气出流边界条件，通过水量平衡原理可以得到各个灌水器的出水流量，依据气体基本定律可以计算出每一个灌水器的出气流量，在此基础上利用有关的均匀度计算公式可计算出氧灌水气出流的均匀度；本发明为氧灌水气出流均匀度的研究提供了技术支持，为该新型灌溉技术的进一步完善奠定了基础。

说明书

技术领域： 

本发明涉及农业灌溉技术领域，具体地讲是一种测量氧灌水气出流均匀度的系统与方法。

背景技术： 

氧灌（Oxygation）利用地下滴灌系统把掺气水或者掺气水肥混合流体输送到植物根区，能有效改善植物根围的水、肥、气、热环境，维持根系正常的新陈代谢和呼吸功能，促进和协调植物地上和地下部分的生长发育，是一种节水、省肥、高效的新型灌溉技术。氧灌解决了普通地下滴灌在灌溉时造成的植物根系暂时缺氧问题，同时又具备地下滴灌所固有的一切优势，为挖掘植物生产潜力提供了新的选择。考虑到地下滴灌应用领域和面积不断扩大，且普通地下滴灌系统连接上文丘里注射器即可改造为氧灌系统，因而氧灌切实可行。大量的研究表明，氧灌具有显著的增产效应，特别是对于粘土种植条件下的作物效果更为明显，有的作物增产幅度达到30%。已有的研究大多停留在氧灌对作物产量、生理指标以及水分利用效率影响的层面，考虑到水气两相出流均匀性对根区土壤的氧气含量、微生物活性以及作物生长有着显著的影响，有必要对其开展观测与研究，以掌握其分布规律；现有技术只能采取对水、气分别测量的方式，需要测量两次，并且测量时将毛管和灌水器浸泡在水中，改变了水气出流的边界条件，导致测量结果出现误差。

发明内容： 

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种测量氧灌水气出流均匀度的系统。

本发明的另一目的是提供一种测量氧灌水气出流均匀度的方法。 

本发明主要解决现有技术只能采取对水、气分别测量的方式，并且测量时将毛管和灌水器浸泡在水中改变了水气出流的边界条件，导致测量结果出现误差等问题。 

本发明的技术方案是：一种测量氧灌水气出流均匀度的系统，该系统由N个规格一致的测量单元构成，每个测量单元的主体为测箱，其特殊之处在于，所述的测箱为倒T型，由水平管与竖直管相通连接形成，竖直管上端口由上密封塞密封，微型压力测量计通过上密封塞与竖直管相通，水平管左右两个端口分别设左密封塞和右密封塞；所述的竖直管的下部设排水阀。 

进一步的，所述的测量单元的水平管和竖直管的管径一致，管径为5~10cm。 

进一步的，所述的测量单元的水平管的长度小于待测滴毛管灌水器出水口的间距。 

进一步的，所述的测量单元的竖直管的长度为25cm。 

进一步的，所述的测量单元的测箱为硬塑料或者有机玻璃的透明材质，材质强度应确保在观测过程中不变形。 

本发明的一种测量氧灌水气出流均匀度的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤： 

（1）把待测的滴灌毛管通过N个测量单元的左密封塞和右密封塞穿过测箱的水平管，在水平管中只保留有一个灌水器出水口，灌水器出水口在水平管的中间位置，开口向下，左密封塞和右密封塞与滴灌毛管及水平管所接触的边界密封不透气、不漏水；

（2）拔下每个测量单元的竖直管的上密封塞及其上连的微型压力测量计，将实验所用土壤通过竖直管均匀的填装入测箱内，土壤装填到达竖直管的排水阀上方3cm；

（3）向滴灌毛管供应水气混合流体，开始氧灌；

（4）当测量单元的竖直管内的土壤表面出现1~3cm厚度的积水时，择机记录好每个测量单元的积水面的位置，并用上密封塞将竖直管密封，测算出此时竖直管内封闭的气体的体积V(m³)，同时开始计时；

（5）当计时达到30min或者积水面高度达到15cm，以先到的为准，灌溉停止，并记录计时的时间T（min），打开排水阀并利用量杯接出积水直到积水的位置和开始计时时的水位重合，记录所流出的水量V₁(m³)；

（6）观测并记录微型压力测量计的读数P(Pa)，利用下式计算出竖直管内新增加的气体数量V₂(m³)：V₂=(P/P₀-1)V，式中P₀为大气压力（Pa）；

（7）利用公式Q_w=V₁/T和Q_a=V₂/T可分别计算出所测灌水器的出水流量Q_w(m³/min)和出气流量Q_a(m³/min)；

（8）根据步骤（1）到（7）即可计算出n个灌水器的出水流量Q_w1、Q_w2、Q_w3、…Q_wn和出气流量Q_a1、Q_a2、Q_a3、…Q_an；

（9）计算所测n个灌水器的出水平均流量 ，

（10）计算所测n个灌水器的出气平均流量，；

（11）计算所测n个灌水器的出水流量平均差，；

（12）计算所测n个灌水器的出气流量平均差，；

（13）依据步骤（9）和（11）的结果可计算出水量均匀度，；

（14）依据步骤（10）和（12）的结果可计算出气量均匀度，。

本发明所述的一种测量氧灌水气出流均匀度的系统与方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，本发明提出的测量系统和方法可同时测量水气出流均匀度，并且水气出流的边界条件与实际应用中一致，因而具有更高的效率和更准确的精度。 

附图说明： 

图1是本发明测量单元的结构示意图；

图2是本发明的测量示意图。

具体实施方式： 

为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明；所举实施例仅用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

实施例1，参见图1、2，采用透明的硬塑料或者有机玻璃制成测箱1，材质强度应确保测箱1在观测过程中不变形，测箱1能够容纳土壤、水分和气体，测箱1为倒T型，由水平管7与竖直管8相通连接形成，水平管7和竖直管8的管径一致，水平管7的长度略小于待测滴灌毛管9的灌水器出水口10的间距，管径为5~10cm，竖直管8的长度为25cm左右；在竖直管8上端口安装上密封塞4密封，将微型压力测量计2通过上密封塞4与竖直管8相通，用来测量测箱1内封闭气体的压力，在水平管7左右两个端口分别安装左密封塞5和右密封塞6密封，在竖直管8的下部安装排水阀3，用来排放测箱内的积水；形成本发明的测量单元，根据设计需要，由N个规格一致的测量单元构成测量氧灌水气出流均匀度的系统。 

[0016] 采用本发明的系统，测量氧灌水气出流均匀度的方法，其步骤如下： 

（1）把待测的滴灌毛管通过n个测量单元的左密封塞和右密封塞穿过测箱的水平管，在水平管中只保留有一个灌水器出水口，灌水器出水口在水平管的中间位置，开口向下，左密封塞和右密封塞与滴灌毛管及水平管所接触的边界密封不透气、不漏水；

（2）拔下每个测量单元的竖直管的上密封塞及其上连的微型压力测量计，将实验所用土壤通过竖直管均匀的填装入测箱内，土壤装填到达竖直管的排水阀上方3cm；

（3）向滴灌毛管供应水气混合流体，开始氧灌；

（4）当测量单元竖直管内的土壤表面出现1~3cm厚度的积水时，择机记录好每个测量单元的积水面的位置，并用上密封塞将竖直管密封，测算出此时竖直管内封闭的气体的体积V(m³)，同时开始计时，；

（5）当计时达到30min或者积水面高度达到15cm，以先到的为准，灌溉停止，并记录计时的时间T（min），打开排水阀并利用量杯接出积水直到积水的位置和开始计时时的水位重合，记录所流出的水量V₁(m³)；

（6）观测并记录微型压力测量计的读数P(Pa)，利用下式计算出竖直管内新增加的气体数量V₂(m³)：V₂=(P/P₀-1)V，式中P₀为大气压力（Pa）；

（7）利用公式Q_w=V₁/T和Q_a=V₂/T可分别计算出所测灌水器的出水流量Q_w(m³/min)和出气流量Q_a(m³/min)；

（8）根据步骤（1）到（7）即可计算出n个灌水器的出水流量Q_w1、Q_w2、Q_w3、…Q_wn和出气流量Q_a1、Q_a2、Q_a3、…Q_an；

（9）计算所测n个灌水器的出水平均流量，

（10）计算所测n个灌水器的出气平均流量，；

（11）计算所测n个灌水器的出水流量平均差，；

（12）计算所测n个灌水器的出气流量平均差，；

（13）依据步骤（9）和（11）的结果可计算出水量均匀度，；

（14）依据步骤（10）和（12）的结果可计算出气量均匀度，。