灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法制造方法及图纸

技术编号:19711913 阅读:44 留言:0更新日期:2018-12-08 18:11
灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法属于农业工程技术领域,目的在于解决现有技术存在的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力以及农田非饱和条件下暗管排水困难的问题。本发明专利技术包括:箱本体;集水箱;和所述暗管插孔配合的插入式暗管或木塞;所述插入式暗管位于箱本体内部的部位设置有多个暗管水孔,所述插入式暗管一端通过暗管供水单元和所述集水箱连通,另一端和外部收集设施连通;地下水模拟结构,所述地下水模拟结构通过地下水供水单元和集水箱连通;设置在箱本体外表面所述传感器插入孔开孔处的气嘴;以及设置在所述箱本体一侧面中轴位置的一列由上至下布置的等高差的7个测压管。

【技术实现步骤摘要】
灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法
本专利技术属于农业工程
,具体涉及一种灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法。
技术介绍
排水暗管因可以有效控制地下水上升、降低地下水矿化度、改善土壤理化性质、节约土地,增加粮食产量而被大量使用在防渍涝地区和盐碱地改良地区。暗管的间距和埋深制约着工程的排水效率和经济效益,直接影响到塑料暗管排水降渍技术的推广应用。暗管的埋深主要决定于保证作物正常生育所需要的地下水埋深,同时考虑必要的剩余水头。(引自邵孝侯,俞双恩,彭世彰.圩区农田塑料暗管埋深和间距的确定方法评述.灌溉排水,2000,19(1):34—36.)传统的排盐管间距的确定有三种方法:试验法、经验法、理论计算法。田间试验法具有一定针对性,符合试区所在条件,反映实际效应,是一种最可靠的暗管间距确定方法,但开展试验研究一般需要几年时间、费力、实施有一定的困难。经验法需大量走访调查,并研究整理其他地区的试验资料,归纳分析,总结各种情况产生的原因,分析暗管间距与其主要影响因素如暗管埋深、土壤质地等有决定影响的指标之间的关系,确定一个合理的暗管间距。理论计算法一般是根据水量平衡原理和渗流力学原理推导得出的。传统的暗管滤层结构是暗管四周铺设一定厚度的滤料如细砂、卵石、煤矸石、炉渣等。事实证明传统的滤层结构暗管排水、排盐效果只有在土壤水饱和条件下得以体现,但是在非饱和土壤中很难起到作用。暗管排水只能依靠土壤水的重力作用和压力势,而这两种力在非饱和土壤中要么很小,要么不存在(引自李显溦,左强,石建初,等.新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用.水利学报,2016,47(5):616-625.)。非饱和条件下,如果采用完全包裹暗管的滤层结构,水分在滤层中所受到的脱水滞后阻力大于其在滤层中的绕流阻力,使得土壤水易绕流到暗管底部而无法排入暗管,难以发挥暗管排水作用(引自秦文豹,李明思,李玉芳,刘洪光。滴灌条件下暗管滤层结构对排水、排盐效果的影响。石河子大学,水利建筑工程学院,新疆,石河子832000.)。上述只针对暗管排水条件下,利用暗管排水排盐效果的优劣来确定暗管埋深、间距以及滤层结构。而现有技术中缺少针对利用暗管进行灌排一体时,土壤的水分运移规律的研究,且利用土壤水分运移规律确定暗管埋深、间距以及滤层结构并不可见。因此,研究暗管灌排一体时土壤水分运移规律,以及用其确定暗管埋深、间距以及滤层结构是研究暗管工程设计提供参考依据所需要的。现有的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力,都是从暗管的排水排盐效果角度上说明暗管的最优间距和埋深,针对不同的土壤水分运移机理不具备普遍性;传统的暗管滤层结构排水时土壤水分会在暗管四周出现绕流现象,汇集到暗管底部,这主要是因为包裹暗管的滤层是同一质地的多孔介质,形成了围绕暗管的土水势梯度连续场,水分一旦绕流到暗管底部,要想进入暗管,只能依靠压力势的作用,所以在微灌条件下暗管排水效果不理想;土壤饱和垂向入渗速率试验方法一般有单环入渗、双环入渗法,两种方法在试验开始前使土壤饱和的手段是将土壤浸泡在水中一段时间使其饱和,但是实际上土壤饱和与否我们并不能准确的判断,因此试验中我们测得的土壤饱和垂向入渗速率比实际的入渗速率偏小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法,解决现有技术存在的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力以及农田非饱和条件下暗管排水困难的问题;从水分运移机理上确定暗管灌、排的最优间距与埋深,还可从箱本体外部直观的看出土壤水分运移过程。为实现上述目的,本专利技术的灌排一体化农田暗管模拟装置包括:箱本体,所述箱本体为方体结构,所述箱本体侧面下方开设有排水孔,所述排水孔和箱本体内部连通,所述箱本体任意相对的两个侧面相对设置多排多列暗管插孔,所述箱本体任意相对的两个面相对设置多排多列传感器插入孔,相邻两列传感器插入孔错位设置;集水箱;和所述暗管插孔配合的插入式暗管或木塞,当暗管插孔闲置时,和所述木塞配合封堵,当所述暗管插孔试验使用时,和所述插入式暗管配合;所述插入式暗管从箱本体一个侧面的暗管插孔插入并从另一个侧面相对的暗管插孔伸出,所述插入式暗管位于箱本体内部的部位设置有多个暗管水孔,所述插入式暗管一端通过暗管供水单元和所述集水箱连通,另一端和外部收集设施连通;地下水模拟结构,所述地下水模拟结构通过地下水供水单元和集水箱连通;设置在箱本体外表面所述传感器插入孔开孔处的气嘴;以及设置在所述箱本体一侧面中轴位置的一列由上至下布置的等高差的7个测压管。所述箱本体由有机玻璃制成。所述插入式暗管为由光滑铜管制成的硬质管,所述插入式暗管两端靠近端部处均设置有标记指示线,当插入式暗管插入暗管插孔时,每个插入式暗管两端的标记指示线分别和箱本体两个侧面侧侧壁相对应。所述插入式暗管的外径小于暗管插孔的内径,所述插入式暗管上的暗管水孔开孔率不小于1000mm2/m。所述插入式暗管和所述暗管插孔配合处设置有橡胶止水带;所述插入式暗管外表面包裹一层无纺布。所述箱本体上和每个暗管插孔对应位置设置有限位器,当所述木塞和所述暗管插孔配合时,通过所述限位器限位。所述地下水模拟结构包括:设置在所述箱本体内部下方的地下水出水暗管,所述地下水出水暗管上均布多个出水孔;所述地下水出水暗管和箱本体相对的两个侧面上的两个连接孔内孔口连接;两端和所述箱本体相对的两个侧面上的两个连接孔的外孔口连接的地下水供水硬管,所述地下水供水硬管任意位置通过地下水供水单元和所述集水箱连通;竖直设置在箱本体内部的多个可拆卸式地下水汇水管,所述地下水汇水管上均匀分布多个汇水孔;以及包裹在所述地下水汇水管外表面的无纺布。所述地下水供水单元包括:一端和所述地下水供水硬管连通的地下水供水管;和所述地下水供水管另一端连通的地下水供水瓶,所述地下水供水瓶通过地下水输水管以及地下水水泵和集水箱连通;以及设置在所述地下水供水瓶上的地下水液位传感器。所述暗管供水单元包括:一端和所述插入式暗管连通的暗管供水管;和所述暗管供水管另一端连通的暗管供水瓶,所述暗管供水瓶通过暗管输水管以及暗管水泵和集水箱连通;以及设置在所述暗管供水瓶上的暗管液位传感器。所述模拟装置还包括可拆卸钢架,所述箱本体设置在所述可拆卸钢架形成的内部空间内。基于灌排一体化农田暗管模拟装置的确定暗管组合的方法包括以下步骤:步骤一:制备回填土体:依次取农田不同深度的原位土壤作为回填土体,将不同深度的多个土层的回填土体用密封袋密封,并分别测得每个土层的原位土壤的容重r;步骤二:将回填土体回填至箱本体中:1)在箱本体最下部填装10cm厚的强透水材料;2)在强透水材料上放置尼龙丝网;3)垂直箱本体底面放置地下水汇水管,随土体一起填埋;4)按深度顺序依次将多个土层的回填土体按照容重为r填入箱本体尼龙丝网上部,其中每层回填土体在箱本体的填入深度h为对应土层在农田中实际深度的四分之一;步骤三:在箱本体上布置插入式暗管:在箱本体中间一排暗管插孔在下端的一个插入插入式暗管,插入式暗管的一端通过暗管供水单元和集水箱连接,另一端封堵;步骤四:在箱本体中埋入机械式张力计,并放置一天;步骤五:测量并获得土壤含水率与土壤水吸力的关系曲线,具体为:1)关闭模拟装本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,包括:箱本体(1),所述箱本体(1)为方体结构,所述箱本体(1)侧面下方开设有排水孔(101),所述排水孔(101)和箱本体(1)内部连通,所述箱本体(1)任意相对的两个侧面相对设置多排多列暗管插孔(102),所述箱本体(1)任意相对的两个面相对设置多排多列传感器插入孔(103),相邻两列传感器插入孔(103)错位设置;集水箱(2);和所述暗管插孔(102)配合的插入式暗管(3)或木塞,当暗管插孔(102)闲置时,和所述木塞配合封堵,当所述暗管插孔(102)试验使用时,和所述插入式暗管(3)配合;所述插入式暗管(3)从箱本体(1)一个侧面的暗管插孔(102)插入并从另一个侧面相对的暗管插孔(102)伸出,所述插入式暗管(3)位于箱本体(1)内部的部位设置有多个暗管水孔(301),所述插入式暗管(3)一端通过暗管供水单元(5)和所述集水箱(2)连通,另一端和外部收集设施连通;地下水模拟结构(4),所述地下水模拟结构(4)通过地下水供水单元(6)和集水箱(2)连通;设置在箱本体(1)外表面所述传感器插入孔(103)开孔处的气嘴;以及设置在所述箱本体(1)一侧面中轴位置的一列由上至下布置的等高差的7个测压管(7)。...

【技术特征摘要】
1.灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,包括:箱本体(1),所述箱本体(1)为方体结构,所述箱本体(1)侧面下方开设有排水孔(101),所述排水孔(101)和箱本体(1)内部连通,所述箱本体(1)任意相对的两个侧面相对设置多排多列暗管插孔(102),所述箱本体(1)任意相对的两个面相对设置多排多列传感器插入孔(103),相邻两列传感器插入孔(103)错位设置;集水箱(2);和所述暗管插孔(102)配合的插入式暗管(3)或木塞,当暗管插孔(102)闲置时,和所述木塞配合封堵,当所述暗管插孔(102)试验使用时,和所述插入式暗管(3)配合;所述插入式暗管(3)从箱本体(1)一个侧面的暗管插孔(102)插入并从另一个侧面相对的暗管插孔(102)伸出,所述插入式暗管(3)位于箱本体(1)内部的部位设置有多个暗管水孔(301),所述插入式暗管(3)一端通过暗管供水单元(5)和所述集水箱(2)连通,另一端和外部收集设施连通;地下水模拟结构(4),所述地下水模拟结构(4)通过地下水供水单元(6)和集水箱(2)连通;设置在箱本体(1)外表面所述传感器插入孔(103)开孔处的气嘴;以及设置在所述箱本体(1)一侧面中轴位置的一列由上至下布置的等高差的7个测压管(7)。2.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述箱本体(1)由有机玻璃制成。3.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述插入式暗管(3)为由光滑铜管制成的硬质管,所述插入式暗管(3)两端靠近端部处均设置有标记指示线(302),当插入式暗管(3)插入暗管插孔(102)时,每个插入式暗管(3)两端的标记指示线(302)分别和箱本体(1)两个侧面侧侧壁相对应。4.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述插入式暗管(3)的外径小于暗管插孔(102)的内径,所述插入式暗管(3)上的暗管水孔(301)开孔率不小于1000mm2/m。5.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述插入式暗管(3)和所述暗管插孔(102)配合处设置有橡胶止水带;所述插入式暗管(3)外表面包裹一层无纺布。6.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述箱本体(1)上和每个暗管插孔(102)对应位置设置有限位器,当所述木塞和所述暗管插孔(102)配合时,通过所述限位器限位。7.根据权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述地下水模拟结构(4)包括:设置在所述箱本体(1)内部下方的地下水出水暗管(403),所述地下水出水暗管(403)上均布多个出水孔;所述地下水出水暗管(403)和箱本体(1)相对的两个侧面上的两个连接孔内孔口连接;两端和所述箱本体(1)相对的两个侧面上的两个连接孔的外孔口连接的地下水供水硬管(401),所述地下水供水硬管(401)任意位置通过地下水供水单元(6)和所述集水箱(2)连通;竖直设置在箱本体(1)内部的多个可拆卸式地下水汇水管(402),所述地下水汇水管(402)上均匀分布多个汇水孔;以及包裹在所述地下水汇水管(402)外表面的无纺布。8.根据权利要求1或7所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述地下水供水单元(6)包括:一端和所述地下水供水硬管(401)连通的地下水供水管(601);和所述地下水供水管(601)另一端连通的地下水供水瓶(602),所述地下水供水瓶(602)通过地下水输水管(603)以及地下水水泵(604)和集水箱(2)连通;以及设置在所述地下水供水瓶(602)上的地下水液位传感器(605)。9.根据权利要求8所述的灌排一体化农田暗管模拟装置,其特征在于,所述暗管供水单元(5)包括:一端和所述插入式暗管(3)连通的暗管供水管(501);和所述暗管供水管(501)另一端连通的暗管供水瓶(502),所述暗管供水瓶(502)通过暗管输水管(503)以及暗管水泵(504)和集水箱(2)连通;以及设置在所述暗管供水瓶(502)上的暗管液位传感器(505)。10.基于权利要求1所述的灌排一体化农田暗管模拟装置的确定暗管组合的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:制备回填土体:依次取农田不同深度的原位土壤作为回填土体,将不同深度的多个土层的回填土体用密封袋密封,并分别测得每个土层的原位土壤的容重r;步骤二:将回填土体回填至箱本体(1)中:1)在箱本体(1)最下部填装10cm厚的强透水材料;2)在强透水材料上放置尼龙丝网;3)垂直箱本体(1)底面放置地下水汇水管(402),随土体一起填埋;4)按深度顺序依次将多个土层的回填土体按照容重为r填入箱本体(1)尼龙丝网上部,其中每层回填土体在箱本体(1)的填入深度h为对应土层在农田中实际深度的四分之一;步骤三:在箱本体(1)上布置插入式暗管(3):在箱本体(1)中间一排暗管插孔(102)在下端的一个插入插入式暗管(3),插入式暗管(3)的一端通过暗管供水单元(5)和集水箱(2)连接,另一端封堵;步骤四:在箱本体(1)中埋入机械式张力计,并放置一天;步骤五:测量并获得土壤含水率与土壤水吸力的关系曲线,具体为:1)关闭模拟装置的暗管供水单元(5)和地下水供水单元(6),利用马氏瓶原理提供并保持箱本体(1)上部恒定水压力,即恒定的水位高度,保持水分的入渗;2)从供水时刻起,每间隔10min读取机械式张力计的读数,作为土壤水吸力S;3)打开传感器插入孔(103)的气嘴,从箱本体(1)外部与机械式张力计的陶土头最接近的传感器插入孔(103)插入土壤湿度传感器,读取2)中同一时刻该点的土壤含水率θ;4)在坐标轴上,横坐标为土壤含水率θ,单位为%,纵坐标为土壤水吸力S,以大气压表示,绘制土壤含水率与土壤水吸力的关系曲线;步骤六:通过正交试验...

【专利技术属性】
技术研发人员:高金花伊燕平徐阳张礼绍任玉珊
申请(专利权)人:长春工程学院
类型:发明
国别省市:吉林,22

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