一种用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置

摘要

本发明公开了一种用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置，包括运载装置和测量桶，运载装置安装调平机构和水平仪；测量桶内部分为渗水收集层、承托板、过滤层以及土壤层，渗水收集层最低点对应的位置开设排水口并安装排水管，排水管末端的下方设置量筒；土壤层内嵌设土壤水分传感器，土壤层里面种植典型植物；测量桶上端口外沿通过耳台安装有透光罩，透光罩的底部为蒸散发水分收集槽，透光罩罩壁的夹层外壁开设冷气注入口和冷气排出口，冷气注入口连接有冷气机。本发明模拟种植区域的环境，精确测量蒸散发量、土壤水分、水质等参数，并记录环境条件和对应的测量值，为探究影响蒸散发量的因素提供实验数据。

说明书

技术领域

本发明涉及水文学、水资源和水环境技术领域，具体为一种用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置。

背景技术

蒸散发是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，也是水循环中最重要的分量之一。土壤水含量是影响作物生长的重要因素，也是判断农业环境干旱的重要指标。水污染是当今全球面临的严峻的水资源问题之一，农业面源污染更是造成水体污染的重要来源之一。因此准确监测蒸散发、土壤水与水质指标，日益成为水文、农业、环境等相关领域研究的热点问题之一。

目前，对于种植区域的水资源特性研究一般是将各参数独立测量，工作分散，实验效率低；此外蒸散发量一般采用称量模拟实验装置前后的重量来进行减法计算的方法获得数据，此法忽略了植物因光合作用发生重量变化对测量结果的影响，而且模拟实验装置的容器存在缺陷，有的没考虑水土流失的情况，有的将容器底部封闭，使土壤水无法下渗，虽能够防止水土流失，但与土地真实情景不符。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置，模拟种植区域的环境，精确测量蒸散发量、土壤水分、水质等参数，并记录环境条件和对应的测量值，为探究影响蒸散发量的因素提供实验数据，解决了各参数独立测量效率低、因考虑因素不充分和实验装置不合理导致的蒸散发量测量不精确的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置，包括运载装置和运载装置上的测量桶，所述运载装置底部安装有调平机构，运载装置侧面安装有水平仪；

测量桶与运载装置之间设置增高台，测量桶内部从下往上依次为渗水收集层、均匀打孔的承托板、防止土壤流失的过滤层以及土壤层，渗水收集层最低点位于在测量桶边缘，测量桶侧壁上与渗水收集层最低点对应的位置开设排水口并安装排水管，排水管末端的下方设置量筒，量筒设置在增高台侧面的运载装置上面；土壤层内嵌设土壤水分传感器，土壤层里面种植典型植物；

测量桶上端口外沿设置有向外伸展的耳台，耳台上安装有将测量桶的上端口扣合密封的透光罩，透光罩的底部边缘向下凹陷形成蒸散发水分收集槽，透光罩的罩壁设有夹层，夹层的外壁开设冷气注入口和冷气排出口，冷气注入口连接有冷气机，透光罩和测量桶围合的空间内设置有温度传感器、二氧化碳传感器和光强度传感器，贯穿透光罩开设二氧化碳注入孔和排气孔，二氧化碳注入孔连接有二氧化碳罐，二氧化碳罐设有控制阀门；

测量桶上端口设置风扇，风扇配设风速计；

透光罩顶部开设灌溉管道并配设密封塞。

进一步，所述蒸散发水分收集槽上设置刻度。

进一步，所述蒸散发水分收集槽深度相同，所述刻度设置在蒸散发水分收集槽的侧壁上。

进一步，所述蒸散发水分收集槽的深度从一侧向另一侧逐渐增加，并在最深位置连接收集筒，所述刻度设置在收集筒的侧壁上。

进一步，所述土壤水分传感器在土壤层不同深度设置多组。

进一步，所述温度传感器、二氧化碳传感器、光强度传感器、土壤水分传感器、冷风机和控制阀门均连接至同一个控制器，控制器内设置数据存储模块。

进一步，所述测量桶为圆桶，所述透光罩为曲面罩。

进一步，所述测量桶为方桶，所述透光罩为四棱锥形。

进一步，所述透光罩内壁设置引流条，引流条将冷凝后的蒸散发水分引流至蒸散发水分收集槽内。

进一步，其结构中还包括用于调节透光罩内温度的温控系统。该温控系统采用空调，能够按照要求调节透光罩内的温度。

进一步，过滤层采用多层不锈钢网或布料。

有益效果：本发明模拟种植区域的环境，精确测量蒸散发量、土壤水分、水质等参数，并记录环境条件和对应的测量值，为探究影响蒸散发量的因素提供实验数据，尤其是通过冷凝、导流汇集来测量蒸散发量，具体测量可通过读取刻度所显示体积，也可称量透光罩在试验前后的重量差，解决了各参数独立测量效率低、因考虑因素不充分和实验装置不合理导致的蒸散发量测量不精确的问题。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式的剖视图。

图2是本发明一种具体实施方式的剖视图。

图3是本发明一种具体实施方式的剖视图。

图4是本发明引流条在透光罩上的布局示意图。

附图标记：1、运载装置 2、测量桶 3、调平机构 4、水平仪 5、增高台 6、渗水收集层 7、承托板 8、过滤层 9、土壤层 10、排水管 11、量筒 12、土壤水分传感器13、典型植物 14、耳台 15、透光罩 16、蒸散发水分收集槽 17、冷气注入口 18、冷气排出口 19、二氧化碳注入孔 20、排气孔 21、风扇 22、灌溉管道 23、密封塞 24、收集筒 25、引流条。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详细阐述。

实施方式一

参看附图1-4，本发明的用于种植区域的水资源特性精确测量实验装置，包括运载装置1和运载装置1上的测量桶2，所述运载装置1底部安装有调平机构3，运载装置1侧面安装有水平仪4；

测量桶2与运载装置1之间设置增高台5，测量桶2内部从下往上依次为渗水收集层6、均匀打孔的承托板7、防止土壤流失的过滤层8以及土壤层9，渗水收集层6最低点位于在测量桶2边缘，测量桶2侧壁上与渗水收集层6最低点对应的位置开设排水口并安装排水管10，排水管10末端的下方设置量筒11，量筒11设置在增高台5侧面的运载装置1上面；土壤层9内嵌设土壤水分传感器12，土壤层9里面种植典型植物13；测量桶2内的多层布局形式，既能模拟自然界的土壤中下渗水的情况，又能够通过过滤层8防止土壤随下渗水流失。量筒11搜集下渗水，用于检测水质和不同土质下渗水的速度和下渗水量在总水量中的占比。

测量桶2上端口外沿设置有向外伸展的耳台14，耳台14上安装有将测量桶2的上端口扣合密封的透光罩15，透光罩15的底部边缘向下凹陷形成蒸散发水分收集槽16，透光罩15的罩壁设有夹层，夹层的外壁开设冷气注入口17和冷气排出口18，冷气注入口17连接有冷气机，透光罩15和测量桶2围合的空间内设置有温度传感器、二氧化碳传感器和光强度传感器，贯穿透光罩15开设二氧化碳注入孔19和排气孔20，二氧化碳注入孔19连接有二氧化碳罐，二氧化碳罐设有控制阀门；夹层中的冷气能够保持透光罩15低温，植物蒸腾、土壤表面蒸发形成的蒸散发水蒸气碰到透光罩15内壁时因温度降低而冷凝成液态水，并沿透光罩15内壁向下流入蒸散发水分收集槽16中。温度传感器、二氧化碳传感器和光强度传感器分别检测透光罩15内的温度、二氧化碳浓度和光照强度，二氧化碳浓度对于植物生长情况影响较大，故通过二氧化碳罐的控制阀门来调节二氧化碳浓度。

测量桶2上端口设置风扇21，风扇21配设风速计；模拟自然环境的气流运动，并能控制不同的风力条件，提高实验条件的多样化和按需设定测量。

透光罩15顶部开设灌溉管道22并配设密封塞23。通过灌溉管道22进行灌溉，模拟自然降雨。

所述蒸散发水分收集槽16上设置刻度。精度要求不高的实验可通过刻度快速读取冷凝水的体积；对于要求较高的实验，需要在实验前后对透光罩15进行称重，两者差值即为蒸散发水量的重量。

所述土壤水分传感器12在土壤层不同深度设置多组。能够测不同深度的土壤水分。

所述温度传感器、二氧化碳传感器、光强度传感器、土壤水分传感器、冷风机和控制阀门均连接至同一个控制器，控制器内设置数据存储模块。将各传感器检测到的环境条件进行记录，并与测量的蒸散发量、土壤水分、水质进行对应存储，以便研究各因素对蒸散发量的影响情况。

其结构中还包括用于调节透光罩15内温度的温控系统。该温控系统采用空调，能够按照要求调节透光罩15内的温度。

过滤层8采用多层不锈钢网或布料。过滤层8能够防止土壤随下渗水流失。

实施方式二

单独参看附图1，本实施方式的蒸散发水分收集槽16深度相同，所述刻度设置在蒸散发水分收集槽16的侧壁上。

实施方式三

单独参看附图2，本实施方式的蒸散发水分收集槽16的深度从一侧向另一侧逐渐增加，并在最深位置连接收集筒24，所述刻度设置在收集筒24的侧壁上。蒸散发量较小的情况，收集筒24的横截面小，能提高读数精确度。

实施方式四

参看附图1和2，本实施方式的测量桶2为圆桶，透光罩15为曲面罩。

实施方式五

参看附图3，本实施方式的测量桶2为方桶，透光罩15为四棱锥形。

实施方式六

参看附图4，本实施方式的透光罩15内壁设置引流条25，引流条25将冷凝后的蒸散发水分引流至蒸散发水分收集槽16内。引流条25能够加快冷凝水向下流动的速度。

在其他实施方式中，引流条25也可以变换为引流槽。

在其他实施方式中，透光罩15的内壁表面涂布疏水涂层。避免冷凝水残留在透光罩15表面。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。