一种多功能湿地蒸渗仪

摘要

本实用新型涉及土壤水分利用技术领域，具体为一种多功能湿地蒸渗仪，包括测筒、称重系统、下渗测定仪、进水装置、地下补水系统、水位观测系统、地上补水系统、土壤水温盐传感器、土壤溶液取样器、电磁阀控制器和电脑终端，所述测筒水平放置在称重系统的上方，所述测筒的左侧壁底部连接所述下渗测定仪，所述测筒的右侧壁底部通过四通水管安装有进水装置,所述四通水管的下端安装有地下补水系统，所述四通水管的上端安装有水位观测系统，所述四通水管的右端安装有地上补水系统；其有益效果是为：可以测定预设时间段的地下水补给量、土壤蒸散量和水分下渗量，并能够实时监测地下水位及不同土层的土壤温度、电导率、全盐和水分含量，同时可以提取不同土层的土壤溶液。

说明书

技术领域

本实用新型涉及土壤水分利用技术领域，特别涉及一种多功能湿地蒸渗仪。

背景技术

在农业科研领域中，土壤水分利用研究是不可或缺的一环。土壤蒸渗仪，特别是称重式蒸渗仪具有较高的准确性和时间分辨率，是目前研究水分下渗、地表径流和土壤蒸散发的常规实验装置。土壤蒸渗仪在研究农田排水、作物需水及土壤一植物一大气连续体(SPAC)系统中水分的运移和转化规律等方面起着十分重要的作用。

但是，现有的土壤蒸渗仪所测土壤是独立形成一个土柱，独立后的土柱与其下方土壤隔离，阻碍了地下水的垂直运动，造成与自然情况下测定的土壤蒸散量和下渗量存在较大差异，从而影响数据的精确性。其次，现有的称重式蒸渗仪对土体地下水位的控制上存在不足，不能实时监测地下水位，也不能将土柱水位调控到实际地下水位。另外，现有的蒸渗仪不能实时监测不同土层的土壤温度、电导率、全盐和水分含量，也不能对不同土层的土壤溶液进行提取，无法满足一些土壤水分研究的科研需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足之处，提供一种自带地下水供给并可进行地下水位实时监测的多功能湿地蒸渗仪，其能够测定某段时间内的土壤蒸散量、地下水补给量和水分下渗量，并且可以实时监测不同土层的土壤温度、电导率、全盐和水分含量，同时能够提取预设土层的土壤溶液，同时，该蒸渗仪可以调节土柱内的水位，进行不同地下水位的试验研究。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种多功能湿地蒸渗仪，其特征在于：包括测筒1、称重系统2、下渗测定仪3、进水装置4、地下补水系统5、水位观测系统6、地上补水系统7、土壤水温盐传感器8、土壤溶液取样器9、电磁阀控制器10和电脑终端11，所述测筒1水平放置在称重系统2的上方，所述测筒1的左侧壁底部连接所述下渗测定仪3，所述测筒1的右侧壁底部通过四通水管406安装有进水装置4,所述四通水管406的下端安装有地下补水系统5，所述四通水管406的上端安装有水位观测系统6，所述四通水管406的右端安装有地上补水系统7。所述测筒 1的左侧筒壁上安装有若干水温盐传感器8，所述测筒1的右侧筒壁上安装有若干土壤溶液取样器9，若干所述水温盐传感器8与若干所述土壤溶液取样器9在筒壁上的位置一一对应。

所述测筒1为直径1m、高2m的圆柱型钢筒，用于盛装试验土壤，所述测筒1安装在地下实验室,其顶部敞口与外界直接连通，且可在顶部土壤中种植作物；所述测筒1的筒体内底部设有细沙反滤层，用于均匀的向测筒1放入筒体中补水或下渗排水。

所述称重系统2包括水泥基座201和三个重量传感器202，三个所述重量传感器202均匀放置于水泥基座201的顶部，形成一个水平正三角形，所述测筒1水平放置在三个所述重量传感器202的上方，所述称重系统2用于称量所述测筒1内的土体重量。

所述下渗测定仪3包括下渗水量桶303，所述下渗水量桶303与测筒1的底部之间通过下渗管304连接，所述下渗管304上安装有下渗电磁阀301和下渗手动阀302，所述下渗电磁阀301和所述下渗手动阀302均用于控制测筒1内水分的下渗，所述下渗水量桶303用于测定所述测筒1中水分的下渗量。

所述进水装置4包括进水管407，所述进水管407的左端连接有管径为15mm的盘管401，所述盘管401盘绕在测筒1的内底部，所述进水管407的另一端安装有四通水管406，所述进水管407上安装有水压传感器402、进水电磁阀403、进水手动阀404和进水流量传感器405，所述水压传感器402用于对盘管401内水压进行实时监测，所述进水电磁阀403和所述进水手动阀404用于控制所述测筒1内水分的供给，所述进水流量传感器405用于测定地下水供给量。

所述地下补水系统5包括地下水管501，所述地下水管501的上端安装在所述四通水管406的下端，所述地下水管501上安装有可更换过滤器502、地下水电磁阀503和地下水手动阀504，所述可更换过滤器502安装在地下水管501的上部，所述可更换过滤器502用于过滤地下水杂质，避免管道因杂质造成堵塞，所述地下水电磁阀503 和所述地下水手动阀504均用于控制地下水的供给。

所述水位观测系统6包括水位观测管601，所述水位观测管601 的下端安装在所述四通水管406的上端，所述水位观测管601上安装有水位传感器602和水位电磁阀603，所述水位观测管601用于对地下水位或测筒1内水位进行观测，所述水位电磁阀603用于控制水位观测管内的水分流动，所述水位传感器602用于对地下水位或测筒1 内水位进行实时监测。

所述地上补水系统7包括供水箱701、自来水管702和供水管705，所述供水管705的左端安装在所述四通水管406的右端，所述供水管 705的右端通过三通管706安装有供水箱701和自来水管702，所述供水管705上安装有地上供水电磁阀703和地上供水手动阀704，所述供水箱701和自来水管702可以通过地上供水电磁阀703和地上供水手动阀704对所述测筒1内进行水分供给。

所述测筒1筒壁上从上到下可根据试验需求开设多个小口，其中同一高度上开设两个小孔，分别用来安装所述水温盐传感器8和所述土壤溶液取样器9；所述水温盐传感器8用于对不同土层的土壤水分、温度、电导率和盐分进行监测，所述土壤溶液取样器9可用于提取不同土层的土壤溶液。

所述四通水管406左侧通过进水管407连接所述15mm盘管401，所述四通水管406的下端连接所述地下水管501，所述四通水管406 的上部连接所述水位观测管601，所述所述四通水管406的右侧连接所述地上补水系统7，通过对所述进水电磁阀403和所述进水手动阀 404进行控制，并结合所述地下补水系统5或地上补水系统7对测筒 1内水位进行调控。

所述电磁阀控制器10通过若干数据线与所述下渗电磁阀301、所述进水电磁阀403、所述地下水电磁阀503、所述水位电磁阀603 以及所述地上供水电磁阀703相连接，所述电磁阀控制器10用于对所述所有电磁阀进行控制。

所述电脑终端11通过若干通讯线与所述重量传感器202、所述水压传感器402、所述进水流量传感器405、所述水位传感器602和所述水温盐传感器8相连接，所述电脑终端11用于接收传感器测量的数据，并对数据进行分析。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的蒸渗仪可以测定预设时间段的地下水补给量、土壤蒸散量和水分下渗量，并能够实时监测地下水位及不同土层的土壤温度、电导率、全盐和水分含量，同时可以提取不同土层的土壤溶液；

2、本实用新型的蒸渗仪不仅能够满足常规蒸渗仪测定土壤蒸散量和水分下渗量的需求，还可以通过地下补水系统使测筒内水位与外界自然水位一致，在有地下水补给条件下测定土壤蒸散量、水分下渗量和地下水补给量；

3、本实用新型的蒸渗仪能够通过地上补水系统调控测筒内不同的水位，从而进行不同水位条件下作物耗水规律的试验研究。

4、本实用新型的蒸渗仪可以通过传感器测定不同土层土壤的水分、温度、电导率和盐分，并通过土壤溶液取样器提取不同土层的土壤溶液；

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中称重系统结构示意图；

图3为本实用新型中下渗测定仪的结构示意图；

图4为本实用新型中进水装置的结构示意图；

图5为本实用新型中地下补水系统的结构示意图；

图6为本实用新型中水位观测系统的结构示意图；

图7为本实用新型中地上补水系统的结构示意图；

图中，测筒1、称重系统2、下渗测定仪3、进水装置4、地下补水系统5、水位观测系统6、地上补水系统7、土壤水温盐传感器8、土壤溶液取样器9、电磁阀控制器10、电脑终端11、水泥基座201、重量传感器202、下渗电磁阀301、下渗手动阀302、下渗水量桶303、下渗管304、盘管401、水压传感器402、进水电磁阀403、进水手动阀404、进水流量传感器405、四通水管406、进水管407、地下水管 501、可更换过滤器502、地下水电磁阀503、地下水手动阀504、水位观测管601、水位传感器602、水位电磁阀603、供水箱701、自来水管702、地上供水电磁阀703、地上供水手动阀704、供水管705、三通管706。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种多功能湿地蒸渗仪，如图1所示，包括测筒1、称重系统2、下渗测定仪3、进水装置4、地下补水系统5、水位观测系统6、地上补水系统7、土壤水温盐传感器8、土壤溶液取样器9、电磁阀控制器10和电脑终端11，所述测筒1水平放置在称重系统2的上方，所述测筒1的左侧壁底部连接所述下渗测定仪3，所述测筒1的右侧壁底部通过四通水管406安装有进水装置4,所述四通水管406的下端安装有地下补水系统5，所述四通水管406的上端安装有水位观测系统6，所述四通水管406的右端安装有地上补水系统7；所述测筒1 的左侧筒壁上安装有若干水温盐传感器8，所述测筒1的右侧筒壁上安装有若干土壤溶液取样器9，若干所述水温盐传感器8与若干所述土壤溶液取样器9在筒壁上的位置一一对应，所述电磁阀控制器10 通过若干数据线与所有电磁阀相连接，所述电脑终端11通过若干通讯线与所有传感器相连接。

补水系统包括地下补水系统和地上补水系统，其中地下补水系统可利用天然地下水对测筒进行补水，地上补水系统可利用水箱、自来水管或水井对测筒进行补水。

如图1所示，所述测筒1为直径1m、高2m的圆柱型钢筒，用于盛装试验土壤，所述测筒1安装在地下实验室,其顶部敞口与外界直接连通，且可在顶部土壤中种植作物；所述测筒1的筒体内底部设有细沙反滤层，用于均匀的向测筒1放入筒体中补水或下渗排水。

如图2所示，所述称重系统2包括水泥基座201和三个重量传感器202，三个所述重量传感器202均匀放置于水泥基座201的顶部，形成一个水平正三角形，所述测筒1水平放置在三个所述重量传感器 202的上方，所述称重系统2用于称量所述测筒1内的土体重量。

如图3所示，所述下渗测定仪3包括下渗水量桶303，所述下渗水量桶303与测筒1的底部之间通过下渗管304连接，所述下渗管 304上安装有下渗电磁阀301和下渗手动阀302，所述下渗电磁阀301 和所述下渗手动阀302均用于控制测筒1内水分的下渗，所述下渗水量桶303用于测定所述测筒1中水分的下渗量。

如图4所示，所述进水装置4包括进水管407，所述进水管407 的左端连接有管径为15mm的盘管401，所述盘管401盘绕在测筒1 的内底部，所述进水管407的另一端安装有四通水管406，所述进水管407上安装有水压传感器402、进水电磁阀403、进水手动阀404 和进水流量传感器405，所述水压传感器402用于对盘管401内水压进行实时监测，所述进水电磁阀403和所述进水手动阀404用于控制所述测筒1内水分的供给，所述进水流量传感器405用于测定地下水供给量。

如图5所示，所述地下补水系统5包括地下水管501，所述地下水管501的直径为100mm，所述地下水管501的上端安装在所述四通水管406的下端，所述地下水管501上安装有可更换过滤器502、地下水电磁阀503和地下水手动阀504，所述可更换过滤器502安装在地下水管501的上部，所述可更换过滤器502用于过滤地下水杂质，避免管道因杂质造成堵塞，所述地下水电磁阀503和所述地下水手动阀504均用于控制地下水的供给。

如图6所示，所述水位观测系统6包括水位观测管601，所述水位观测管601为直径20mm的透明PVC管，可以通过管壁上的刻度人工读取水位；所述水位观测管601的下端安装在所述四通水管406的上端，所述水位观测管601上安装有水位传感器602和水位电磁阀603，所述水位观测管601用于对地下水位或测筒1内水位进行观测，所述水位电磁阀603用于控制水位观测管内的水分流动，所述水位传感器602用于对地下水位或测筒1内水位进行实时监测并传输至电脑终端。

如图7所示，所述地上补水系统7包括供水箱701、自来水管702 和供水管705，所述供水管705的左端安装在所述四通水管406的右端，所述供水管705的右端通过三通管706安装有供水箱701和自来水管702，所述供水管705上安装有地上供水电磁阀703和地上供水手动阀704，所述供水箱701和自来水管702可以通过地上供水电磁阀703和地上供水手动阀704对所述测筒1内进行水分供给。该系统可以通过供水箱或自来水管对测筒进行补水，供水箱内设有小型水泵可将测筒内水位补充到试验所需水位，也可通过自来水管将测筒内水位补充到所需水位。

如图1所示，所述测筒1筒壁上从上到下可根据试验需求开设多个小口，其中同一高度上开设两个小孔，分别用来安装所述水温盐传感器8和所述土壤溶液取样器9；所述水温盐传感器8用于对不同土层的土壤水分、温度、电导率和盐分进行监测，所述土壤溶液取样器 9可用于提取不同土层的土壤溶液。

所述四通水管406左侧通过进水管407连接所述15mm盘管401，所述四通水管406的下端连接所述地下水管501，所述四通水管406 的上部连接所述水位观测管601，所述所述四通水管406的右侧连接所述地上补水系统7，通过对所述进水电磁阀403和所述进水手动阀 404进行控制，并结合所述地下补水系统5或地上补水系统7对测筒 1内水位进行调控。

所述电磁阀控制器10通过若干数据线与所述下渗电磁阀301、所述进水电磁阀403、所述地下水电磁阀503、所述水位电磁阀603 以及所述地上供水电磁阀703相连接，所述电磁阀控制器10用于对所述所有电磁阀进行控制。

所述电脑终端11通过若干通讯线与所述重量传感器202、所述水压传感器402、所述进水流量传感器405、所述水位传感器602和所述水温盐传感器8相连接，所述电脑终端11用于接收测量的数据，并对数据进行分析。

本实用新型的原理为：

常规状态下打开所有手动阀，关闭所述下渗电磁阀301，当打开进水电磁阀403、地下水电磁阀503、水位电子阀603，可通过地下补水系统5对测筒1进行补水，并通过水位观测系统6监测实时地下水位。当地下水位稳定时，可通过进水流量传感器405测定地下水补给量。

当地下水位稳定后，通过称重系统2和地下补水系统5能够测定预设时间段测筒1内的土壤蒸散量和补水量之差。之后，关闭所述进水电磁阀403，通过称重系统2能够测定预设时间段测筒1内的土壤蒸散量，进一步计算预设时间段的水分补给量。

当关闭所述进水电磁阀403，打开所述下渗电磁阀301，可通过所述下渗水量桶303测定预设时间段测筒1内的水分下渗量，并通过称重系统2测定预设时间段的土壤蒸散量。

当打开所述进水电磁阀403和所述下渗电磁阀301，可模拟地下水流动过程，使地下水与测筒1内水分进行交换。

本实用新型的工作过程是：在测筒内填装土壤，再将水温盐传感器和土壤溶液取样器安装于测筒筒壁上；种植作物后，关闭下渗测定仪，打开地下补水系统和水位观测系统，水位稳定时可监测自然地下水位，也可通过地上补水系统进行供水，使水位稳定到试验所需水位，进行不同地下水位的试验研究。待水位稳定后，关闭补水系统和下渗测定仪，通过称重系统测定一段时间内测筒重量的变化可用于计算土壤蒸散量。关闭进水装置，打开下渗测定仪，通过下渗测定仪可测定一段时间土体内的水分下渗量。在一定时段打开和关闭进水装置，通过称重系统可计算一定时段的地下水补给量。通过水温盐传感器可以监测不同土层的土壤水分、温度、电导率和盐分，通过土壤溶液取样器提取不同土层的土壤溶液。通过电脑终端实时接收重量传感器、水压传感器、进水流量传感器、水位传感器、水温盐传感器测量的数据，并对数据进行分析。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。