RU2642261C1 - Lizimeter - Google Patents
Lizimeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642261C1 RU2642261C1 RU2017105984A RU2017105984A RU2642261C1 RU 2642261 C1 RU2642261 C1 RU 2642261C1 RU 2017105984 A RU2017105984 A RU 2017105984A RU 2017105984 A RU2017105984 A RU 2017105984A RU 2642261 C1 RU2642261 C1 RU 2642261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- siphon
- container
- water
- lysimeter
- shield
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G25/00—Watering gardens, fields, sports grounds or the like
- A01G25/16—Control of watering
- A01G25/167—Control by humidity of the soil itself or of devices simulating soil or of the atmosphere; Soil humidity sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/246—Earth materials for water content
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D9/00—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборам, применяемым в сельском хозяйстве при балансовых исследованиях на мелиорируемых землях, в частности для определения инфильтрации поливных, талых и дождевальных вод.The invention relates to devices used in agriculture for balance studies on reclaimed lands, in particular for determining the infiltration of irrigation, melt and sprinkler waters.
Известен лизиметр, включающий в себя емкость с монолитом почвы, связанный через клапан с питающим устройством, имеющим самописец уровня воды с поплавковым приводом (Авторское свидетельство SU №298887, G01N 33/24 от 16.03.1971).A known lysimeter, including a container with a monolith of soil, connected through a valve to a feed device having a water level recorder with a float actuator (Copyright certificate SU No. 298887, G01N 33/24 of 03.16.1971).
Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивает измерения искомых параметров при переменном уровне в емкости синхронно с изменяющимся уровнем грунтовых вод. Кроме того, оно слишком сложное для полевых лизиметров опытных делянок, исследования по изучению научно-обоснованных параметров агрохимической мелиорации на деградированных почвах, например, в условиях лизиметрических опытов, когда необходимо использовать полив или дождевание. Другим недостатком является то, что он сложен в работе, а это приводит к занижению показателей инфильтрации.The disadvantage of this device is that it does not provide the measurement of the desired parameters at a variable level in the tank synchronously with the changing level of groundwater. In addition, it is too complicated for field lysimeters of experimental plots, studies to study the scientifically based parameters of agrochemical reclamation on degraded soils, for example, in conditions of lysimetric experiments, when it is necessary to use irrigation or sprinkling. Another disadvantage is that it is difficult to work, and this leads to an underestimation of the rate of infiltration.
Известен лизиметр, включающий емкость с образцом почво-грунта. Дно-фильтр, соединительный канал, емкость долива и слива, в стенке которой выполнено отверстие (Авторское свидетельство SU №899015, A01G 25/02 от 23.01.1983).Known lysimeter, including a container with a sample of soil. The bottom is a filter, a connecting channel, a tank of topping and draining, in the wall of which a hole is made (Copyright certificate SU No. 899015, A01G 25/02 of 01/23/1983).
Недостатком лизиметра данной конструкции является недостаточная достоверность количественного состава перетекания жидкости через отверстие и вновь в емкость, которое характеризуется питанием грунтовых вод. Кроме того, при установке датчика расхода под толщей почвы ведет к неудобству в обслуживании, т.е. для его осмотра необходимо отрывать почву по глубине всей емкости, в результате образуется пустота, которая затем заполняется почвенной водой, а также нарушается строение почвы, что снижает достоверность получаемых результатов в естественных условиях. Кроме того, оно слишком сложное для полевых лизиметров, опытных делянок, исследования по изучению научно-обоснованных параметров агрохимической мелиорации на деградированных почвах, например, в условиях лизиметрических опытов, когда необходимо использовать полив или дождевание. Площадь таких опытных делянок составляет не менее 8…10 м2, на которых должны быть установлены лизиметры в количестве не мене 14…16 штук для получения достоверности полученных конечных результатов. Другим недостатком является то, что оно энергоемко, так как требует больших затрат электроэнергии и гидронасоса для откачивания жидкости из емкости.The disadvantage of the lysimeter of this design is the lack of reliability of the quantitative composition of the fluid flowing through the hole and again into the tank, which is characterized by groundwater supply. In addition, when installing a flow sensor under the soil, it leads to inconvenience in maintenance, i.e. for its inspection, it is necessary to tear off the soil along the depth of the entire tank, as a result a void is formed, which is then filled with soil water, and the structure of the soil is disturbed, which reduces the reliability of the results obtained in natural conditions. In addition, it is too complicated for field lysimeters, experimental plots, studies to study the scientifically based parameters of agrochemical reclamation on degraded soils, for example, in conditions of lysimetric experiments, when it is necessary to use irrigation or sprinkling. The area of such experimental plots is not less than 8 ... 10 m 2 on which lysimeters should be installed in an amount of at least 14 ... 16 pieces to obtain the reliability of the final results. Another disadvantage is that it is energy-intensive, since it requires large expenditures of electricity and a hydraulic pump to pump liquid from the tank.
Известен лизиметр, включающий почвогрунтовый монолит с вертикально установленной в нем трубкой для измерения влажности, металлический корпус, поддон с фильтрующим материалом, в котором расположены распределительные трубки, он снабжен водонапорным баком, который установлен выше поддона и соединен с распределительными трубками, а почвогрунтовый монолит заполнен двумя различными по водопроницаемости слоями грунта, причем внутри верхнего хорошо проницаемого слоя установлены дренажные трубки с мерными емкостями и наблюдательные скважины (Авторское свидетельство SU №1513400, G01N 33/24, A01G 25/16 от 07.10.1989).A known lysimeter comprising a soil monolith with a vertically mounted tube for measuring moisture, a metal housing, a pan with filter material in which the distribution tubes are located, it is equipped with a water tank that is installed above the pallet and connected to the distribution tubes, and the soil and soil monolith is filled with two layers of soil different in permeability, and drainage tubes with measuring tanks and observation wells are installed inside the upper well-permeable layer We are (Copyright Certificate SU No. 1513400, G01N 33/24,
Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость работ. Необходимо нарушать монолит почвы, отрывать ниши для дрен и мерных емкостей и вновь их засыпать, в результате чего это дает низкую точность определения объема инфильтрационного потока воды. В полевых исследованиях затруднена доставка и заполнение водой водонапорного бака, кроме того, достаточно трудно учитывать соответствующим условиям моделирования от естественных осадков в природе, поливов и напорности между дренами, которыми образуется депрессионная кривая. Сама формула уже показывает, ошибка в погрешности измерения будет существенно влиять на достоверность проводимых исследований и тем самым получение теоретической формулы. Кроме того, недостатком является неудобство в обслуживании, т.е. обслуживание мерных емкостей достаточно затруднено, необходимо открывать почву в корпусе, в результате нарушается строение почвы, что снижает достоверность получаемых опытных результатов в естественных условиях.A disadvantage of the known device is the high complexity of the work. It is necessary to break the soil monolith, to tear out niches for drains and measuring tanks and to fill them up again, as a result of which this gives a low accuracy in determining the volume of the infiltration water flow. In field studies, it is difficult to deliver and fill a water tank with water, in addition, it is difficult to take into account the relevant modeling conditions from natural precipitation in nature, watering and pressure between drains, which form a depression curve. The formula itself already shows that an error in the measurement error will significantly affect the reliability of the research and thereby obtaining a theoretical formula. In addition, the disadvantage is the inconvenience of maintenance, i.e. maintenance of measuring tanks is quite difficult, it is necessary to open the soil in the housing, as a result, the structure of the soil is violated, which reduces the reliability of the obtained experimental results in natural conditions.
Известен также лизиметр, включающий бак с монолитом почвы, связанный через клапан с питающим устройством, имеющим самописец уровня воды с поплавковым приводом, он снабжен электронным блоком управления клапаном и фиксатором положения поплавка с электроконтактным датчиком уровня воды в питающем устройстве, сообщенном через клапан с грунтовыми водами (Авторское свидетельство SU №763794, G01N 33/24, A01G 25/16 от 15.09.1980).A lysimeter is also known, including a tank with a soil monolith, connected through a valve to a feeding device having a water level recorder with a float actuator, it is equipped with an electronic valve control unit and a float position lock with an electric contact water level sensor in the feeding device communicated through the valve with groundwater (Copyright certificate SU No. 763794, G01N 33/24, A01G 25/16 dated 09/15/1980).
Недостаток известного устройства является то, что дополнительно необходимо иметь наблюдательную скважину с поплавковым приводом, так как в течение всего периода работы устройства уровень воды в емкости взаимосвязан с фильтром отверстия и уровень постоянно следует за уровнем грунтовых вод, т.е. присутствуют высокие уровни грунтовых вод. Однако не все земли имеют высокий уровень грунтовых вод, влияющих на инфильтрацию почвы снизу вверх, т.е. снижают область их применения. Кроме того, конструкция сложна в эксплуатации, в результате чего снижаются точность измерения суммарного испарения при грунтово-напорном питании. Поступление в емкость на контрольном участке грунтовой воды происходит снизу вверх для заполнения емкости с монолитом почвы в лизиметре, что влияет на точность проведения учета воды при исследованиях, а также возникает в связи с этим трудности наблюдение за ростом и развитием растений в целом; определение агрохимических показателей почв с достаточной степенью точности, определяемой величиной дозы поступления полива или дождевания сверху в емкость, и накопление тем самым воды на дне лизиметра, для определения экспериментов оптимальных уровней грунтовых вод и влажность почвы по фазам развития основных сельскохозяйственных культур (многолетние травы, зерновые и т.д.), для того чтобы при этом определить на полевой делянке небольших размеров по площади установки заданного количества лизиметров, а также для того, чтобы поливные, талые и дождевальные воды проходили через почвенную толщу на опытных делянках через слои монолитной почвы. При этом излишки постоянно должны отводиться из емкости для сброса в отводящие трубы. Этим самым исключается подпор капиллярно-поступающей воды для того, чтобы определить точность учета количества и качества инфильтрационных вод. Пример на землях, при глубоком залегании грунтовых вод требуется полив или дождевания опытных делянок с последующей возможностью отвода излишек воды из емкости в сбросное сооружение, что позволяет поддерживать оптимальный уровень воды в емкости лизиметра с монолитом почвы (для многолетних трав - 70…90 см; для зерновых - 60…85 см; для картофеля - 75…95 см).A disadvantage of the known device is that it is additionally necessary to have an observation well with a float actuator, since during the entire period of operation of the device, the water level in the tank is interconnected with the hole filter and the level constantly follows the groundwater level, i.e. high groundwater levels are present. However, not all lands have a high level of groundwater, affecting soil infiltration from bottom to top, i.e. reduce their scope. In addition, the design is difficult to operate, as a result of which the accuracy of measuring the total evaporation during ground pressure supply is reduced. Groundwater enters the tank at the control site from bottom to top to fill the tank with the soil monolith in the lysimeter, which affects the accuracy of water metering during research, as well as the difficulty in observing the growth and development of plants as a whole; determination of agrochemical parameters of soils with a sufficient degree of accuracy, determined by the dose rate of irrigation or sprinkling from above into the tank, and thereby the accumulation of water at the bottom of the lysimeter, for determining experiments optimal levels of groundwater and soil moisture according to the phases of development of the main crops (perennial grasses, grains etc.), in order to determine at the same time on a small field plot according to the installation area a predetermined number of lysimeters, as well as to irrigate, t Red and sprinkling waters passed through the soil stratum in the experimental plots through layers of monolithic soil. In this case, the excess must constantly be discharged from the tank for discharge into the discharge pipes. This thereby eliminates the uptake of capillary-entering water in order to determine the accuracy of accounting for the quantity and quality of infiltration water. An example on lands where deep groundwater occurs requires irrigation or sprinkling of experimental plots with the subsequent possibility of draining excess water from the tank to the waste structure, which allows maintaining the optimum water level in the tank of the lysimeter with a monolith of soil (for perennial grasses - 70 ... 90 cm; for grain - 60 ... 85 cm; for potatoes - 75 ... 95 cm).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лизиметр, включающий емкость с монолитом почвы, сообщающуюся с вертикально установленной емкостью, поддон и элементы контроля уровня воды, установленная емкость разделена на измерительную емкость и дренажный колодец с перегородкой, в средней части которой выполнено отверстие в виде проема, перекрываемого щитком, снабженным устройством для сброса воды в виде сифона, нисходящая ветвь которого выведена в дренажный колодец в сторону оголовка отводящего закрытого коллектора, при этом колено сифона закреплено внутри отверстия в щитке, выполненном с возможностью вертикального фиксированного перемещения относительно проема в перегородке, причем емкость сообщена гидравлически с поддоном емкости монолита почвы (Патент RU №2593332, G01N 33/24, G05D 9/00 от 10.08.2016).The closest in technical essence to the proposed one is a lysimeter, which includes a container with a monolith of soil communicating with a vertically installed tank, a pan and water level control elements, the installed tank is divided into a measuring tank and a drainage well with a partition in the middle of which a hole is made in the form of an opening , covered by a shield equipped with a device for discharging water in the form of a siphon, the descending branch of which is brought out to the drainage well towards the head of the outlet closed collector and, at the same time, the siphon knee is fixed inside the hole in the shield, made with the possibility of vertical fixed movement relative to the opening in the partition, and the tank is hydraulically communicated with the pallet of the soil monolith capacity (Patent RU No. 2593332, G01N 33/24, G05D 9/00 from 10.08. 2016).
Недостаток устройства, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому лизиметру, заключается в том, что он обеспечивает объем сброса воды, забираемый сифоном с недостаточной точностью дозирования, т.е. перетекание воды через сифон недостаточно повышает точность расчета параметров измерительной емкости, когда происходит сброс излишков воды на составляющие водобаланса и погрешность дозирования на сброс воды.The disadvantage of the device closest in technical essence to the proposed lysimeter is that it provides the volume of water discharged by the siphon with insufficient dosing accuracy, i.e. the flow of water through the siphon does not sufficiently increase the accuracy of calculating the parameters of the measuring capacitance when excess water is discharged to the components of the water balance and the metering error for water discharge.
Технической задачей является выполнение возможности повышения точности лизиметра и исключения погрешности экспериментальных данных и, одновременно, расширение области применения по заданной программе.The technical task is to fulfill the possibility of increasing the accuracy of the lysimeter and eliminating the error of the experimental data and, at the same time, expanding the scope of the program.
Поставленная задача в конструкции лизиметра, включающая емкость с монолитом почвы, сообщающуюся с вертикально установленной емкостью, поддон и элементы контроля уровня воды, причем вертикально установленная емкость разделена на измерительную емкость и дренажный колодец перегородкой, в средней части которой выполнено отверстие в виде проема, перекрываемого щитком, снабженным устройством для сброса воды в виде сифона, нисходящая ветвь которого выведена в дренажный колодец в сторону отводящего закрытого коллектора, при этом сифон закреплен внутри отверстия в щитке, выполнен с возможностью вертикального фиксированного перемещения относительно проема в перегородке, причем вертикально установленная емкость сообщена гидравлически с поддоном емкости с монолитом почвы, лизиметр снабжен дренажной трубкой с регулируемым клапаном, один конец которой герметично пропущен через щиток в нисходящую ветвь сифона и направлен вверх к его колену, а второй - в мерную емкость и расположен ниже восходящей ветви сифона, восходящая ветвь устройства в виде сифона снабжена Г-образным рычагом, в средней части которого шарнирно закреплен двуплечий рычаг, на одном плече которого закреплен запорный орган, а на другом плече - поплавок.The task in the design of the lysimeter, including the tank with a monolith of soil, communicating with a vertically installed tank, a pan and water level control elements, and the vertically installed tank is divided into a measuring tank and a drainage well by a partition, in the middle of which a hole is made in the form of an aperture covered by a shield equipped with a device for discharging water in the form of a siphon, the descending branch of which is led into the drainage well towards the outlet of the closed collector, while the siphon is closed captivity inside the hole in the shield, made with the possibility of vertical fixed movement relative to the opening in the partition, and the vertically mounted container is connected hydraulically with the pallet of the container with a monolith of soil, the lysimeter is equipped with a drainage tube with an adjustable valve, one end of which is hermetically passed through the shield into the descending branch of the siphon and directed up to his knee, and the second - in the measuring tank and is located below the ascending branch of the siphon, the ascending branch of the device in the form of a siphon is equipped with a L-shaped growl th, in the middle portion of which is pivotally mounted double-arm lever, one arm of which is fixed shut-off valve, and on the other shoulder - float.
Кроме того, конец дренажной трубки, расположенный в мерной емкости, направлен к дну последней.In addition, the end of the drainage tube located in the measuring tank is directed to the bottom of the latter.
Кроме того, крышка емкости снабжена градуированной стойкой в виде шкалы напротив указательной стрелки, причем шкала состоит из разноцветных светящихся отсчетных и разделительных полос.In addition, the lid of the tank is equipped with a graduated stand in the form of a scale opposite the index arrow, and the scale consists of multi-colored luminous reading and dividing strips.
Кроме того, фиксатор положения сифона на механизме подъема выше крышки емкости содержит регулировочное приспособление в виде винта.In addition, the siphon position lock on the lifting mechanism above the container lid contains an adjustment device in the form of a screw.
Такая конструкция лизиметра в условиях эксплуатации позволяет настраивать лизиметр с помощью настройки фиксатора положения с винтом в виде вертикального стержня щитка, размещенного в направляющих рамки, закрепленной в перегородке в щитке, с отверстием, в котором закреплено колено сифона, и восходящая ветвь устройства в виде сифона снабжена Г-образным рычагом, в средней части которого шарнирно закреплен двуплечий рычаг, на одном плече которого закреплен запорный орган, а на другом плече - поплавок. При этом это дает возможность вертикально и свободного перемещения вертикального фиксатора положения винта и настройки на поддержание оптимального уровня через сифон в емкости монолита почвы в зависимости от проведения опытов на делянке и с применением культуры выращивания на ней, т.е. многолетние травы, зерновые, картофель и т.д. Данная связь, которая связана с переходными процессами самого сифона и его элементов в режиме срабатывания, дренажной трубки и поплавкового привода с запорным органом в диапазоне различных уровней емкости монолита почвы, позволяет поддерживать автоматический режим и фиксировать положение сифона с его элементами, создавая перемещением фиксатора при помощи винта, вместе с которым перемещается сифон, дренажная трубка, поплавок и клапан, и тем самым удобство, а также регулирования дискретного сброса излишков воды. Размещение градуированной стойки в виде шкалы вертикального винта с указательной стрелкой в заданном диапазоне уровней, определяет искомую величину наполнения воды в измерительной емкости.This design of the lysimeter in operating conditions allows you to configure the lysimeter by adjusting the position lock with a screw in the form of a vertical flap rod placed in the guides of the frame fixed in the partition in the flap, with an opening in which the siphon elbow is fixed, and the ascending branch of the device in the form of a siphon is equipped L-shaped lever, in the middle part of which a two-shoulder lever is pivotally fixed, on one shoulder of which a locking member is fixed, and on the other shoulder - a float. At the same time, this makes it possible to vertically and freely move the vertical screw of the screw position and adjust it to maintain the optimum level through a siphon in the soil monolithic tank, depending on the experiments carried out on the plot and with the use of the cultivation culture on it, i.e. perennial herbs, cereals, potatoes, etc. This connection, which is associated with transients of the siphon itself and its elements in the actuation mode, the drainage tube and the float actuator with a shut-off element in the range of different capacities of the soil monolith, allows you to maintain automatic mode and fix the position of the siphon with its elements, creating the movement of the latch with the screw with which the siphon, drainage tube, float and valve move, and thereby convenience, as well as regulating the discrete discharge of excess water. The placement of a graduated rack in the form of a vertical screw scale with an index arrow in a given range of levels determines the desired amount of water filling in the measuring tank.
В таких условиях можно проводить экспресс-информацию для визуального замера уровня воды в емкости по водомерной шкале более точно, т.е. разноцветные полосы шкалы системы индикации позволяют дополнительно допускать заданную погрешность приборов контроля ±1,0 см, и вычислять расход, сбрасываемый в дренажный колодец посредством сифона с его новыми элементами, далее в отводящую трубу.In such conditions, it is possible to conduct express information for visual measurement of the water level in the tank on the water meter scale more accurately, i.e. the multi-colored stripes of the scale of the display system make it possible to additionally allow a predetermined error of the control devices ± 1.0 cm, and calculate the flow rate discharged into the drainage well by means of a siphon with its new elements, then into the discharge pipe.
Таким образом, после достижения определенного уровня свободной поверхности жидкости в мерной емкости, совпадающей с торцом восходящего участка дренажной трубки, жидкость по дренажной трубке и сифону перетекает из мерной емкости во вторую часть емкости (дренажный колодец) с отводящей трубой. Поплавок в это время поднимается, поворачивает двуплечий рычаг по часовой стрелке. Запорный орган открывает впускное отверстие дренажной трубки. Однако отток через дренажную трубку мал, поэтому уровень свободной жидкости в мерной емкости продолжает подниматься. Как только уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости достигнет изгиба сифона, последний включается в действие, т.е. по нему начинает сбрасываться (течь) жидкость, при заполнении ею всего сечения нисходящей ветви (участка) сифона. При этом небольшая часть потока жидкости, набегающая на конец дренажной трубки, расположенной внутри сифона, поступает в мерную емкость. Таким образом, мерная емкость наполняется за счет двух потоков жидкости, т.е. также из монолита почвы, так как здесь играет роль сумма расходов жидкости, втекающей в мерную емкость.Thus, after reaching a certain level of the free surface of the liquid in the measuring tank, which coincides with the end face of the ascending section of the drainage pipe, the liquid flows through the drainage pipe and siphon from the measuring tank into the second part of the tank (drainage well) with a discharge pipe. The float at this time rises, turns the two-arm lever clockwise. The locking element opens the inlet of the drainage tube. However, the outflow through the drainage tube is small, therefore, the level of free liquid in the measuring tank continues to rise. As soon as the level of the free surface of the liquid in the measuring tank reaches the bend of the siphon, the latter is activated, i.e. the liquid begins to discharge (flow) along it, when it fills the entire section of the descending branch (section) of the siphon. In this case, a small part of the fluid flow running onto the end of the drainage tube located inside the siphon enters the measuring tank. Thus, the measured capacity is filled due to two fluid flows, i.e. also from the soil monolith, since the sum of the expenses of the fluid flowing into the measured container plays a role here.
Изменяя степень открытия клапана, можно изменить расход потока, проходящего по дренажной трубке. Таким образом, можно изменять программу выдачи сброса и параметры работы сифона, а значит, лизиметра.By changing the degree of valve opening, you can change the flow rate through the drain pipe. Thus, it is possible to change the resetting program and the operation parameters of the siphon, and hence the lysimeter.
Эти конструктивные отличия от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого лизиметра критерию изобретения «новизна».These structural differences from the prototype allow us to conclude that the inventive lysimeter meets the criteria of the invention of "novelty."
Все это в целом улучшает качество и точность регулирования уровня в монолите почвы на опытном участке для проведения экспериментальных исследований в естественных условиях, а в целом происходит плавное поступление и сброс нижнего объема жидкости через изгиб (колено) сифона, и может соответствовать для поддержания оптимальных уровней вод и влажности почвы по фазам развития основных сельскохозяйственных культур (например, для многолетних трав, для зерновых, для картофеля).All this, on the whole, improves the quality and accuracy of level control in the soil monolith at the experimental site for conducting experimental studies in natural conditions, and in general there is a smooth flow and discharge of the lower volume of liquid through the bend (knee) of the siphon, and may be appropriate to maintain optimal water levels and soil moisture in the phases of development of the main crops (for example, for perennial grasses, for cereals, for potatoes).
Автору не известны конструкции лизиметра аналогичной конструкции, поэтому он считает, что предложенное техническое решение отвечает критерию «существенные отличия».The author does not know the design of a lysimeter of a similar design, so he believes that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На чертеже показана схема лизиметра, общий вид в разрезе.The drawing shows a diagram of a lysimeter, a General view in section.
Лизиметр содержит корпус емкости 1, заполненный монолитом почвогрунта, причем емкость заполняется двумя различными водопроницаемыми слоями фильтра: верхнего хорошо проницаемого 2 исследуемого образца почвы и нижнего слабо проницаемого 3 дна - фильтра, выполненного из геотекстильного материала, уложенного на сетку 4, перекрывающих сверху поддон 5, который соединен гидравлически с металлической вертикальной трубой в виде емкости 6. В хорошо проницаемом 2 образце почвы размещен датчик влажности 7. Вертикально установленная емкость 6 разделена на измерительную емкость 9 и дренажный колодец 10 перегородкой 8, в средней части которой выполнено отверстие 11 в виде проема. Отверстие перекрывается подвижным щитком 12 с механизмом подъема в виде винта 13, размещенного в направляющих 14, закрепленных в перегородке 8. В средней части перекрываемого щитка 12 выполнено отверстие, через которое пропущено устройство в виде сифона 15, закрепленного к подвижному щитку 12. Колено сифона 15 закреплено внутри отверстия 11 в щитке 12, выполненное с возможностью фиксированного перемещения относительно отверстия 11 в перегородке 8.The lysimeter contains a
Устройство содержит также дренажную трубку 16, запорного органа 17, регулируемый клапан 18, горизонтального двуплечего рычага 19, поплавка 20 со штоком 21 и Г-образного рычага 22, связанного с восходящей ветвью 23 сифона 15.The device also contains a
Мерная емкость 9 является основной деталью лизиметра. Она объединяет все остальные детали и служит для сброса излишков воды в дренажный колодец с отводящей трубой 24. Клапан 18 служит для регулирования расхода воды, движущейся по сифону 15 и дренажной трубки 16. Клапан 18 изменяет программу выдачи сброса дозы и регулирования параметров работы лизиметра. По сифону 15 вода переливается в дренажный колодец 10. Дренажная трубка 16 с клапаном 18 перепускает различное количество воды из сифона 15 в мерную емкость 9 и изменяет программу выдачи дозы на сброс воды сифоном 15 и параметры лизиметра в целом. В дренажный колодец 10 поступает сброс воды, выданный за один период работы лизиметра для данной конкретной сельскохозяйственной культуры.Measured
Запорный орган 17 закрывает дренажную трубку 16, в результате чего разрыв сплошности потока в сифоне 15 в момент его выключения осуществляется только при расходе Qн, т.е. отвод воды за счет запорного органа 17 из дренажной трубки 16 в момент выключения сифона 15 отсутствует. Это, в свою очередь, облегчает разрыв сплошности потока в момент его выключения.The locking body 17 closes the
Поплавковый привод, состоящий из деталей 19, 20, 21 и 22, предназначен для открывания и закрывания нижнего отверстия дренажной трубки с помощью запорного органа 17. Клапан 18 расположен на горизонтальной части дренажной трубки 16.The float actuator, consisting of
Восходящая ветвь 23 сифона 15 размещена внутри емкости 9, а нисходящая ветвь сифона 15 расположена в дренажном колодце 10.The ascending
Один конец трубки 16 герметично пропущен через щиток 12 и расположен в нисходящей ветви сифона 15 и направлен вверх к его колену, а второй - в мерной емкости 9. Конец дренажной трубки 16, расположенный в мерной емкости 9, направлен к дну последней. Дренажный колодец 10 соединен с отводящей трубой 24.One end of the
Клапан 18 выполнен регулируемым и размещен между мерной емкостью 9 и нисходящей ветвью сифона 15. Восходящая ветвь 23 устройства в виде сифона 15, в средней части которого шарнирно закреплен двуплечий рычаг 19 на одном плече, которого закреплен запорный орган 17, а на другом плече - поплавок 20.The
Для измерения поступившей фильтрующей воды (жидкости) в мерную емкость 9 над крышкой 25 емкости 6 закреплена градуированная стойка 26 с возможностью размещения на ней системой индикации в виде шкалы из разноцветных светящихся отсчетных и разделительных полос. Имеется возможность экспресс-контроля значений уровней в мерной емкости 9 в заданных интервалах изменений расхода. Разноцветные светящиеся отчетные полосы, соответствующие расчетному расходу воды, могут быть, например, белыми, а разделительная полоса черная, что соответствует перемещением зафиксированного положения вертикального винта 13, вместе с которым перемещается щиток 12, сифон 15 и все другие его связанные между собой элементы в целом для сброса воды, а также светящиеся краской указательной стрелки 27 на винте 13.To measure the incoming filtering water (liquid) into the measuring
Таким образом, состояние УГВ от поверхности почв и влажности почвы зависят как по периодам проведения работ, так и по культурам и их фазам развития сельскохозяйственных культур, т.е. на данный период роста растений. Все элементы выполнены съемными и взаимозаменяемыми при настройке.Thus, the state of the groundwater surface depends on the soil surface and soil moisture both in the periods of work and in crops and their phases of crop development, i.e. for a given period of plant growth. All elements are removable and interchangeable during setup.
Лизиметр работает следующим образом.The lysimeter works as follows.
На опытной делянке, на исследуемом поле, отрывается траншея, в которой на заданной глубине 1,0…1,8 м устанавливается металлическая емкость 1 и заполняется исследуемым почвогрунтом с двумя различными водопроницаемыми слоями фильтра, т.е. верхний слой монолит почвы 2 и геотекстильный материал 3 на сетке 4, последние закреплены над поддоном 5. Поддон 5 емкости 1 соединен гидравлически посредством перетекающей трубы с вертикально установленной емкостью 6, разделенной на две неравные части: мерную емкость 9 и дренажный колодец 10 вертикальной перегородкой 8. В перегородке 8 в средней части выполнено отверстие 11. Проем перекрывается подвижным щитком 12 с сифоном 15 со связанными между собой его элементами. Это разделяет измерительную часть емкости 9 и дренажный колодец 10 между собой при отсутствии работы сифона на момент заполнения водой поливом или дождеванием емкости 1 с монолитом почвы и накопления воды в измерительной емкости 9, где затем происходит выравнивание уровней воды между собой. Во избежание затопления лизиметра не рекомендуется устанавливать в микропонижениях и западинах. Таким образом, имеется перепад перед отводящим оголовком отводящей трубы 24.In the experimental plot, in the field under study, a trench is opened in which a
После достижения определенного уровня свободной поверхности воды (жидкости) по дренажной трубке 16 и сифону 15 перетекает из мерной емкости 9 в дренажный колодец 10. Поплавок 20 в это время поднимается, поворачивает рычаг 19 по часовой стрелке. Запорный орган 17, выполненный также в виде клапана, отрывает выпускное отверстие дренажной трубки 16.After reaching a certain level of the free surface of water (liquid) through the
Расход воды, движущейся по дренажной трубке 16, меньше, чем расход воды, поступающей по перетекающей трубе из емкости 1 в мерную емкость 9. Поэтому уровень свободной поверхности воды в мерной емкости 9 продолжает подниматься. Как только уровень свободной поверхности воды в мерной емкости 9 достигнет колена, сифон 15 включается в действие, т.е. по нему начинает течь вода (переливаться), при заполнении ею всего сечения нисходящей ветви сифона 15.The flow rate of water moving through the
Обычно максимальный уровень находится выше, колена (гребня) сифона 15 на величину Δh, где Δh - гидравлическое сопротивление сифона 15 для сброса воды. Величина Δh никогда не превышает 1,5…3,0 диаметра сифона 15.Typically, the maximum level is higher than the knee (ridge) of the siphon 15 by Δh, where Δh is the hydraulic resistance of the siphon 15 for water discharge. The value Δh never exceeds 1.5 ... 3.0 the diameter of the siphon 15.
За счет гидродинамического давления потока, набегающего на конец дренажной трубки 16, расположенной в сифоне 15, часть воды перетекает через дренажную трубку 16 и поступает в мерную емкость 9.Due to the hydrodynamic pressure of the flow running onto the end of the
Таким образом, мерная емкость 9 наполняется за счет двух потоков воды, движущейся по дренажной трубке 16 с расходом Qс.Thus, the measuring
Обязательным условием нормальной работы лизиметра является то, чтобы сумма расходов воды, втекающей в мерную емкость 9, была меньше расхода воды, вытекающей из мерной емкости 9 через сифон 15, в момент включения сифона, т.е. 
При выполнении условия, вышеописанного формулой (1), уровень свободной поверхности воды в мерной емкости 9 опускается. При этом поплавок 20 опускается и поворачивается против часовой стрелки рычаг 19 и закроет нижнее отверстие дренажной трубки 16 с помощью запорного органа 17.When the conditions described above by the formula (1) are fulfilled, the level of the free surface of the water in the
При совпадении уровня свободной поверхности воды в мерной емкости 9 нижнего конца восходящей ветви 23 воздух из атмосферы поступает в сифон 15, происходит разрыв потока воды, и он выключается из работы. Далее цикл повторяется до тех пор, пока вода будет поступать из монолита почвы емкости 1.When the level of the free surface of the water in the
Изменяя степень открытия клапан 18, можно изменить расход потока, проходящего по дренажной трубе 16. Таким образом, можно изменять программу сброса воды и параметры работы лизиметра. При любом промежуточном положении клапана 18 расход воды, протекающей по дренажной трубке 16 из сифона 15 в мерную емкость 9, находится в пределах от 0 до Qс.макс. By changing the degree of opening of
Расход воды, протекающей по дренажной трубке 16, находят по формуле 
Влажность почвы измеряют датчиком влажности 7, а положение воды в емкости 1 определяют наличием емкости 6 с элементами контроля, установленными в ней.Soil moisture is measured by a moisture sensor 7, and the position of water in the
В зависимости от того, какая культура выращивается на опытной делянке с испытуемым полем, какой необходимо поддерживать уровень в емкости 6 относительно емкости 1, винт 13 щитка 12, сифон 15, поплавок 20 со штоком 21, закрепленные к Г-образному рычагу 22, жестко связанные с восходящей ветвью 23 сифона 15, дренажная трубка 16, запорный орган 17, указатель стрелки 27, должны иметь возможность перемещения и фиксации с винт-гайкой над крышкой 25. Таким образом, наличие винта 13 позволяет задавать поднятие всего устройства или его опускание в целом.Depending on which culture is grown in the experimental plot with the test field, which level is necessary to maintain in the tank 6 relative to the
Преимущество предлагаемого лизиметра - удобство и бесступенчатость регулирования параметров работы лизиметра для каждой отдельно взятой сельскохозяйственной культуры и программы сброса воды в дренажный колодец, а это, в свою очередь, позволяет по сравнению с известными повысить точность измерения сброса расходов воды, соответствующих фазам развития культуры, которое устанавливается всем устройством, определяемым поливом или дождеванием, и тем самым повысить точность расчета режима орошения. Одновременно расширяется область применения лизиметра, при этом появляется возможность уточнить формулу для расчета дренажной трубки, исследовать взаимосвязь с работой сифона, составляющих водного баланса, получить теоретическую формулу и проверить существующие формулы для поливов и напорности на модуль дренажного стока, а следовательно, повысить точность расчетов параметров дренажа на опытном участке, а также другие исследовательские вопросы на составляющие водного баланса, когда измерительная емкость служит для поддержания воды в монолите почвы на заданном уровне предложенным устройством в целом.The advantage of the proposed lysimeter is the convenience and stepless regulation of the parameters of the lysimeter for each individual crop and the program for discharging water into the drainage well, and this, in turn, makes it possible to increase the accuracy of measuring the discharge of water discharges corresponding to the phases of culture development compared to the known ones, which installed by the entire device, determined by irrigation or sprinkling, and thereby improve the accuracy of the calculation of the irrigation regime. At the same time, the scope of the lysimeter is expanding, while it becomes possible to clarify the formula for calculating the drainage tube, investigate the relationship with the work of the siphon, the components of the water balance, obtain a theoretical formula and check the existing formulas for irrigation and pressure on the drainage flow module, and therefore increase the accuracy of parameter calculations drainage at the test site, as well as other research questions on the components of the water balance, when the measuring tank serves to maintain water in the soil monolith at a predetermined level by the proposed device as a whole.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105984A RU2642261C1 (en) | 2017-02-21 | 2017-02-21 | Lizimeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105984A RU2642261C1 (en) | 2017-02-21 | 2017-02-21 | Lizimeter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642261C1 true RU2642261C1 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=61023570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017105984A RU2642261C1 (en) | 2017-02-21 | 2017-02-21 | Lizimeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642261C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686691C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-04-30 | Михаил Иванович Голубенко | Lysimeter |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1004986A1 (en) * | 1981-11-13 | 1983-03-15 | Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Гидрологический Институт | Lysimeter |
| SU1681781A1 (en) * | 1989-05-22 | 1991-10-07 | Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина | Apparatus for automatically controlling the level of water and recording water flow in lysimeter |
| CN102608293A (en) * | 2012-03-28 | 2012-07-25 | 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 | Buoyancy type soil lysimeter |
| RU2593332C1 (en) * | 2015-07-01 | 2016-08-10 | Юрий Анатольевич Мажайский | Lysimeter |
-
2017
- 2017-02-21 RU RU2017105984A patent/RU2642261C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1004986A1 (en) * | 1981-11-13 | 1983-03-15 | Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Гидрологический Институт | Lysimeter |
| SU1681781A1 (en) * | 1989-05-22 | 1991-10-07 | Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина | Apparatus for automatically controlling the level of water and recording water flow in lysimeter |
| CN102608293A (en) * | 2012-03-28 | 2012-07-25 | 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院 | Buoyancy type soil lysimeter |
| RU2593332C1 (en) * | 2015-07-01 | 2016-08-10 | Юрий Анатольевич Мажайский | Lysimeter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2686691C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-04-30 | Михаил Иванович Голубенко | Lysimeter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2593332C1 (en) | Lysimeter | |
| US5342144A (en) | Stormwater control system | |
| Heasom et al. | Hydrologic modeling of a bioinfiltration best management practice 1 | |
| CN105865965B (en) | Weighing Lysimeter a kind of ground suitable for rice terrace | |
| CN102455200A (en) | Farmland or sloping field runoff water flow monitoring device | |
| CN101762446B (en) | Leakage measuring instrument and method for measuring leakage by using same | |
| RU2613882C1 (en) | Lysimeter | |
| CN107882145A (en) | A kind of roof rain water runoff measuring device and its application method | |
| RU2644749C1 (en) | Lysimeter | |
| CN108169100B (en) | Device and method for in-situ measurement of rainfall infiltration parameters | |
| RU2642261C1 (en) | Lizimeter | |
| CN107843527A (en) | A kind of analogue observation device and method of rainfall on slope land deep layer Infiltration characteristics | |
| RU2633951C1 (en) | Lysimeter | |
| RU2646868C1 (en) | Lysimeter | |
| RU2686691C1 (en) | Lysimeter | |
| CN108575678A (en) | A kind of metering irrigation rig based on crop water requirement | |
| RU2641189C1 (en) | Lysimeter | |
| CN205720226U (en) | A kind of obturator slip bleeding rate and the test device of the rate that shrinks | |
| CN207948433U (en) | A kind of metering irrigation rig based on crop water requirement | |
| RU2694052C1 (en) | Lysimeter | |
| CN207472718U (en) | A kind of analogue observation device of rainfall on slope land deep layer Infiltration characteristics | |
| CN108061791A (en) | A kind of farm field irrigation drainage tests automatic control system | |
| CN110146654A (en) | A kind of flood stain comprehensive draining index Test device and its application method | |
| RU2709475C1 (en) | Lysimeter | |
| CN109612538A (en) | A kind of closed drainage amount test method |