CN105158110A - 一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，包括测量内筒、测量外筒、称重传感器、数据采集器、传感器支撑装置、锂电蓄电池、供水计量器、供水管、固定螺栓，调位螺栓、桶盖把手、加密封的桶盖、地下水水位控制筒；优点：用称重传感器取代传统的电子天平秤，使仪器一直连续工作成为可能，可自动监测任意时段的土壤蒸发和植物蒸散发，测量精度高；采用商业途径购买的翻斗式雨量计作为供水计量器，成本低廉，并集地下水水位控制筒与一体，实现不同地下水埋深的蒸散发研究，为野外作业提供方便并大幅降低造价；结构简单，由于使用固定仪器连续监测数据，避免外来干扰，有效提高了测量精度，同时使用和维修都很方便，普通工作人员都可完成。

Description

一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪

技术领域

本发明涉及一种测定土壤蒸发和植物蒸腾耗水的小型自动称重式蒸渗仪，尤其适合不同地下水埋深条件下的长期自动观测，属水文气象测验领域。

背景技术

蒸散发指土壤蒸发和植被蒸腾之和，其控制着土壤向大气传输的水汽并且影响植被生长、土壤含水量、下渗以及径流过程等，在全球水循环和气候演变中具有重要的作用，是水循环的中心环节。蒸散发的准确监测对流域的水资源管理、流域规划和可持续发展研究至关重要。

目前，土壤和植物的蒸散发一般通过蒸渗仪法、波文比法和涡度相关法等方法测量。波文比法和涡度相关法主要以国内外进口产品为主，价格昂贵，投入巨大，难以普及。蒸渗仪主要分为大型蒸渗仪和微型蒸渗仪两种。大型蒸渗仪由于安装和维护难度较大，且不可移动性，具有一定局限性，而微型蒸渗仪安装和原理相对简单，且可靠性高，因此在野外实验中得到了广泛的应用。但是在监测不同地下水埋深条件下的原状土柱蒸散发实验中，微型蒸渗仪大多采用人工供水和称重，利用电子称定时称量原状土柱的质量变化，野外操作十分不便，造成观测人员工作量大，并且得不到时间上连续的蒸散发观测数据。因此，必须促成一种结构简单实用、造价低廉、操作方便的蒸渗仪研究。本发明涉及的不同地下水埋深条件下小型自动称重式蒸渗仪以及测量方法对于气候变化和人类活动影响下的水循环研究具有重要意义。

发明内容

本发明提出的是一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，从减少仪器实验误差提高测量精度和减少人力投入出发，旨在克服现有称重式蒸渗仪技术的缺陷。用锂电蓄电池条件支持使蒸渗仪连续工作，可以测量不同地下水埋深下的原状土柱的质量变化即得到土壤和植物的蒸散发。

本发明的技术解决方案，一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其结构是包括测量内筒1、测量外筒2、称重传感器3、数据采集器4、传感器支撑装置5、锂电蓄电池6、供水计量器7、供水管8、固定螺栓10、调位螺栓11、桶盖把手12、加密封的桶盖13、地下水水位控制筒14；其中测量内筒1在测量外筒2内，测量内筒1的底部外侧是称重传感器3，称重传感器3通过传感器支撑装置5连接测量外筒2的底部，传感器支撑装置5的左侧是数据采集器4，传感器支撑装置5的右侧是锂电蓄电池6，供水管8的一端通过固定螺栓10固接测量内筒1、测量外筒2，供水管8的另一端固接地下水水位控制筒14的左下侧，地下水水位控制筒14的两侧间通过调位螺栓11接加密封的桶盖13，加密封的桶盖13上设桶盖把手12。

本发明的优点是：用称重传感器取代传统的电子天平秤，使仪器一直连续工作成为可能，可自动监测任意时段的土壤蒸发和植物蒸散发，测量精度高；采用商业途径购买的翻斗式雨量计作为供水计量器，成本低廉，并集地下水水位控制筒与一体，实现不同地下水埋深的蒸散发研究，为野外作业提供方便并大幅降低造价；结构简单，造价低廉，由于使用固定仪器连续监测数据，避免外来干扰，有效提高了测量精度，同时使用和维修都很方便，普通工作人员都可完成。具体结构简单、造价低廉、使用和维修方便等特点。

附图说明：

图1是一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪的结构示意图。

图2是测量内筒、测量外筒、地下水水位控制筒与供水管的关系示意图。

图3是数据采集器的示意图。

图1和图2中：1是测量内筒，2是测量外筒，3是称重传感器，4是数据采集器，5是传感器支撑装置，6是锂电蓄电池，7是供水计量器，8是供水管，9是地下水水位，10是固定螺栓，11是调位螺栓，12是桶盖把手，13是加密封的桶盖，14是地下水水位控制筒

图3中，数据采集器由模数（A/D）转换器（如：7135）、单片微型计算机（如：8031）、并行接口I/O（如：8155）、程序存储器（如：2764）、LED显示器、记录仪器（如：微型打印机）与键盘等部分组成。

具体实施方式：

如图1所示，一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其结构包括测量内筒1、测量外筒2、称重传感器3、数据采集器4、传感器支撑装置5、锂电蓄电池6、供水计量器7、供水管8、固定螺栓10、调位螺栓11、桶盖把手12、加密封的桶盖13、地下水水位控制筒14；其中测量内筒1在测量外筒2内，测量内筒1底部外侧是称重传感器3，称重传感器3通过传感器支撑装置5连接测量外筒2的底部，传感器支撑装置5的左侧是数据采集器4，传感器支撑装置5的右侧是锂电蓄电池6，供水管8的一端通过固定螺栓10固接测量内筒1、测量外筒2，供水管8的另一端固接地下水水位控制筒14的左下侧，地下水水位控制筒14的两侧间通过调位螺栓11接加密封的桶盖13，加密封的桶盖13上设桶盖把手12。

所述的测量内筒1置于称重传感器3上的中心位置，称重传感器3由传感器支撑装置5支撑，数据采集器4、传感器支撑装置5和锂电蓄电池6都固定于测量外筒2的底部，称重传感器3的信号输出端与数据采集器4的信号输入端相接。

所述供水计量器7通过水位差向地下水水位控制筒14供水，与测量内筒1连通，使测量内筒1的地下水水位9与地下水水位控制筒14水位一致。

称重传感器3和数据采集器4由锂电蓄电池6提供电源，称重传感器3的质量变化通过电缆传输给数据采集器4；

传感器支撑装置5采用钢筋混凝土结构，称重传感器3安置在传感器支撑装置5上,以指北针、水准器为准调整的重传感器3在传感器支撑装置5的中心水平位置上。

所述的测量内筒与地下水水位控制筒之间的供水管长度应根据两者之间的位置大小来确定。

所述的测量内筒、测量外筒和地下水水位控制筒及其桶盖均为PVC管。

所述的传感器支撑装置采用钢筋混凝土材料处理。

所述的加密封的桶盖还包括桶盖把手，把手位于桶盖的中心位置，方便桶盖在地下水水位控制筒的垂直方向移动。

所述的供水计量器可以直接通过商业途径购买的翻斗式雨量计，通过供

水管注水到翻斗式雨量计，该雨量计能自动监测水量，工作原理是水经注水口注入计量翻斗，当注入水容积达到设定计量时，翻斗会翻转，在翻转过程中磁钢经过干簧管，使干簧管开关一次，就会送出一个脉冲信号，经过仪器纪录可以实现自动采集供水的计量，详细的原理见专利“能观测累计降水量的翻斗式雨量计”。

测量方法，包括，

1）将测量外筒2嵌入到监测区域的土壤中，并使测量外筒2的顶端高出监测区域平面5mm左右，以防雨水进入影响观测结果；

2）测量内筒1装满原状土柱（如果在原状土柱上种植作物，该实验即研究土壤和植物的蒸散发），安置于称重传感器3上，使称重传感器3上部活动支座固定在测量内筒1底部；测量内筒1和测量外筒2之间的径向空隙小于5mm，测量内筒1、测量外筒2、称重传感器3和传感器支撑装置5的中心位置在同一垂线上；

3）将地下水水位控制筒14安置在测量外筒的外侧附近，两者底部保持在同一高度。参见图2，在测量内筒1、测量外筒2和地下水水位控制筒14的同一水平面各开一个小孔，开孔的高度靠近测量内筒1侧壁的底部，供水管在穿过三个孔，通过固定螺栓10固定，并且使供水管8的中心线与三筒的圆心连线重复；

4）将供水管8一端的外端口与测量内筒1的外壁排齐，并在端口包裹过滤网，防止测量内筒1的土壤进入供水管8；供水管8另一端的外端口与地下水水位控制筒14的外壁排齐；

5）通过电缆将称重传感器3的质量变化传输给数据采集器4，采用定时器对数据采集器4定时，如采样间隔时间可以设置为1小时；数据采集器4自动存储数据并传输；

6）供水计量器7的出水口高于地下水水位控制筒14的恒定水位进水口，当供水管8注水到供水计量器7，供水计量器7进行计量，通过水位差向地下水水位控制筒14供水，直到地下水水位控制筒14装满水，由于供水管8与测量内筒1连通，测量内筒1的地下水水位与地下水水位控制筒14的固定水位一致；

7）根据称重传感器3不同时刻的质量记录值，以及与同一给定时间段供水计量器7的供水量之间的差值，即为这个时间段的土壤和植物蒸散发的总量，从而达到监测不同地下水埋深的蒸散发。

Claims (7)

1.一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是包括测量内筒、测量外筒、称重传感器、数据采集器、传感器支撑装置、锂电蓄电池、供水计量器、供水管、固定螺栓，调位螺栓、桶盖把手、加密封的桶盖、地下水水位控制筒；其中测量内筒在测量外筒内，测量内筒底部外侧是称重传感器，称重传感器通过传感器支撑装置连接测量外筒的底部，传感器支撑装置的左侧是数据采集器，传感器支撑装置的右侧是锂电蓄电池，供水管的一端通过固定螺栓固接测量内筒、测量外筒，供水管的另一端固接地下水水位控制筒的左下侧，地下水水位控制筒的两侧间通过调位螺栓接加密封的桶盖，加密封的桶盖上设桶盖把手。

2.根据权利要求1所述的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是所述的测量内筒置于称重传感器上的中心位置，称重传感器由传感器支撑装置支撑，数据采集器、传感器支撑装置和锂电蓄电池都固定于测量外筒的底部，称重传感器的信号输出端与数据采集器的信号输入端相接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是所述的供水计量器的出水口高于地下水水位控制筒的恒定水位进水口，供水计量器通过水位差向地下水水位控制筒供水，地下水水位控制筒与测量内筒连通，使测量内筒的地下水水位与地下水水位控制筒水位一致。

4.根据权利要求1所述的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是所述的称重传感器和数据采集器由锂电蓄电池提供电源，称重传感器的质量变化通过电缆传输给数据采集器。

5.根据权利要求1所述的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是所述的测量内筒与地下水水位控制筒之间的供水管长度应根据两者之间的位置大小来确定。

6.根据权利要求1所述的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪，其特征是所述的加密封的桶盖包括桶盖把手，把手位于桶盖的中心位置，方便桶盖在地下水水位控制筒的垂直方向移动。

7.如权利要求1的一种适用于不同地下水埋深的小型蒸渗仪则量方法，其特征是包括1）将测量外筒嵌入到监测区域的土壤中，并使测量外筒的顶端高出监测区域平面5mm左右，以防雨水进入影响观测结果；

2）测量内筒1装满原状土柱（如果在原状土柱上种植作物，该实验即研究土壤和植物的蒸散发），安置于称重传感器上，使称重传感器上部活动支座固定在测量内筒底部；测量内筒和测量外筒之间的径向空隙小于5mm，测量内筒、测量外筒、称重传感器和传感器支撑装置的中心位置在同一垂线上；

3）将地下水水位控制筒安置在测量外筒的外侧附近，两者底部保持在同一高度，在测量内筒、测量外筒和地下水水位控制筒的同一水平面各开一个小孔，开孔的高度靠近测量内筒侧壁的底部，供水管在穿过三个孔，通过固定螺栓固定，并且使供水管的中心线与测量内筒、测量外筒和地下水水位控制筒的圆心连线保持一致；

4）将供水管一端的外端口与测量内筒的外壁排齐，并在端口包裹过滤网，防止测量内筒的土壤进入供水管；供水管另一端的外端口与地下水水位控制筒的外壁排齐；

5）通过电缆将称重传感器的质量变化传输给数据采集器，采用定时器对数据采集器定时，采样间隔时间设置为1小时，数据采集器自动存储数据并传输；

6）供水计量器的出水口高于地下水水位控制筒的恒定水位进水口，当供水管注水到供水计量器，供水计量器进行计量，通过水位差向地下水水位控制筒供水，直到地下水水位控制筒装满水，由于供水管与测量内筒连通，测量内筒的地下水水位与地下水水位控制筒的固定水位一致；

7）根据称重传感器不同时刻的质量记录值，以及与同一给定时间段供水计量器的供水量之间的差值，即为这个时间段的土壤和植物蒸散发的总量，从而达到监测不同地下水埋深的蒸散发。