一种试验区地下水位精确控制系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种试验区地下水位精确控制系统和方法，包括：砂石渗滤层中埋设有水平纵横排列的集排水管网，集排水管网通过连通管至少与一个竖直排列的预充排水井连接，地下水位测井底部设有地下水位计，连通管上设有连通阀和集排水压计，预充排水井的底部设有预充排水位计，进水管上设有进水阀和进水流量计，出水管上设有出水阀和出水流量计。本发明专利技术原土层中地下水位的高度及其他各种参数，以这些参数为基础控制预充排水井中的水位，利用预充排水井的水压影响原土层中的水位，达到精确控制原土层中地下水位的目的。由于预充排水井中的水位十分容易控制，而预充排水井中的压力也可以迅速的传递到原土层中，因此可以实现快速高效的地下水位调整。

【技术实现步骤摘要】
一种试验区地下水位精确控制系统与方法
本专利技术涉及一种试验区地下水位精确控制系统与方法，是一种水文实验系统和方法，是一种SPAC（土壤-植被-大气连续体）系统试验系统与方法，是一种用于大型试验小区地下水位自动控制的试验系统与方法。
技术介绍
地下水过程是水循环过程的重要环节，与地表入渗、土壤水渗漏、土壤水蒸发、植被生长等过程密切相关。为了准确认识和研究地下水对水循环过程、植被生长、土壤生态等过程的影响，需进行土壤地下水位模拟。随着人们认识的深入，地下水位模拟实验的规模越做越大。随着规模的增大，模拟土层的厚度已经达到十几米深的程度。在如此厚的土层中进行地下水模拟，如何快速、精确的达到所需要的地下水位高度已经成为一个突出的问题。现有的一些模拟地下水位的方式虽然可以取得一些成果，但规模太小。一旦增加规模则效率低下，每改变一次土层的地下水位，需要很长时间，降低了实验的效率。更为重要的是控制地下水位的精度不能令人满意，这就影响了整个实验的精确度，严重的情况下，甚至使实验无法进行。地下水位的模拟现在多利用水平衡的方法对地下水位施加影响，从而控制实现对地下水位的控制。如用马氏瓶计量供水，这样的方法和设备用于小型的、土层厚度不大的蒸渗仪问题不太大。如蒸渗仪，通过对地表入渗与蒸发，以及土体下部的渗流阀开闭来控制地下水。可以实现2m以内土体的地下水位控制。这种方法难以实现地下水位迅速达到试验设定要求，同时难以满足较大尺度小区的试验要求。如蒸渗仪地下自动供排水装置，利用高于测坑50厘米的有机玻璃管作供排水柱筒，在其下部引出4根水管，其中一根通往测坑与测坑底部水管相连，测坑试验中所产生的排水出流或地下水向包气带的水流都通过该管道与水供排水柱筒相连；一根连接供水电磁阀与水源的蓄水箱相连，随时补充试验中测坑所消耗的水量；一根为排水管接排水电磁阀，供排泄测坑来水或排除水筒内的水量之用；还有一根接液位变送器。供排水柱筒内的水位应该是试验中测坑所要求控制的地下水位，为此，在供排水柱筒内悬挂了一个设定水位的保持器，由装设在筒顶部的电动升降器操纵其上下移动，该保持器上安装5只导电测针，它与外置的水位继电器和电气元连接件构成了整个水位控制电路，控制水筒的进水电磁阀或排水电磁阀。这种装置基本可以满足较大土体的蒸渗测坑试验要求。但是控制精度和速度还有待提高。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种试验区地下水位精确控制系统与方法。所述的系统和方法提出了一整套完整的大型试验小区地下水位精确控制系统和方法，提高控制效率，提升控制精度。本专利技术的目的是这样实现的：一种试验区地下水位精确控制系统，包括：设置在试验区原土层下部的砂石渗滤层，所述的砂石渗滤层中埋设有水平纵横排列的集排水管网，所述的集排水管网通过连通管至少与一个竖直排列的预充排水井连接，所述的预充排水井与出水管和进水管连接，所述的进水管与供水箱连接；所述的原土层中设有至少一个地下水位测井；所述的地下水位测井底部设有地下水位计，所述的连通管上设有连通阀和集排水压计，所述的预充排水井的底部设有预充排水位计，所述的进水管上设有进水阀和进水流量计，所述的出水管上设有出水阀和出水流量计，所述的地下水位计、集排水压计、预充排水位计、出水阀、进水阀、进水流量计、出水流量计与监控平台电连接。进一步的，所述的原土层和砂石渗滤层之间设置至少一层过滤纱布，所述的过滤纱布的目数不小于60目。进一步的，所述的集排水管网为硬质塑料或金属管材构成，呈方格网状，管表面均布小于1厘米透水孔。进一步的，所述的集排水管网的管材外部包裹至少一层不锈钢丝网，和至少一层过滤纱布。进一步的，所述的不锈钢丝网的目数不小于20目，所述的过滤纱布的目数不小于60目。进一步的，所述的预充排水井的高度大于所述原土层厚度加所述砂石渗滤层厚度加预升高度。进一步的，所述的预充排水井的进水管和出水管上下排列，在低于进水管，高于出水管的位置设置一层过滤网，在低于出水口高于井底放置的预充排水位计的位置设置第二层过滤网。进一步的，所述的供水箱的高度不低于预充排水井的高度，所述供水箱设置带有补水电控阀的补水管和液位计，所述的补水电控阀和液位计与监控平台电连接。一种使用上述系统的试验区地下水位精确控制方法，所述方法包括以下三种情况分别处理：（1）地下水埋深大于试验区土壤厚度，且地下水自由或受限渗漏的情况：保持进水阀关闭，同时打开连通阀、打开或关闭出水阀；通过监控平台实时记录土体地下水位和含水量信息；（2）地下水埋深小于土体厚度，且地下水位上升或下降至设定高度的情况：通过地下水位计获取当前的地下水位h0，利用监控平台设定需要达到的地下水位H，利用预充排水位计获取当前预充排水井的水位h；根据地下水位控制精度要求，选择预充排水井的水位变化高度Δh；基本过程如下：当设定水位H小于h0，且h0-H>1cm，即需要降低地下水位，打开排水阀，使预充排水井中的水位h=H+Δh，之后关闭排水阀，每1分钟比较一次h0、H值，直至h0-H≤1cm；当设定水位H大于h0，且H-h0>1cm，即需要升高地下水位时，打开进水阀，使预充排水井的水位h=H+Δh，之后关闭进水阀，每1分钟比较一次h0、H值，直至H-h0≤1cm；（3）地下水埋深保持在设定水位的情况：要每隔5分钟比较一次h0、H值，当|h0-H|＞1cm时，打开对应的进水阀或排水阀，使h=H±∆h，直至|h0-H|≤1cm。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术在系统的各个关键部位设置传感器，检测原土层中地下水位的高度及其他各种参数，以这些参数为基础控制预充排水井中的水位，利用预充排水井的水压影响原土层中的水位，达到精确控制原土层中地下水位的目的。由于预充排水井中的水位十分容易控制，而预充排水井中的压力也可以迅速的传递到原土层中，因此可以实现快速高效的地下水位调整。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一、七、八所述控制系统立面结构示意图；图2是本专利技术的实施例三所述方格形集排水管网的平面示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种试验区地下水位精确控制系统，如图1所示。本实施例包括：设置在试验区原土层1下部的砂石渗滤层2，所述的砂石渗滤层中埋设有水平纵横排列的集排水管网3，所述的集排水管网通过连通管4至少与一个竖直排列的预充排水井5连接，所述的预充排水井与出水管6和进水管7连接，所述的进水管与供水箱8连接；所述的原土层中设有至少一个地下水位测井9；所述的地下水位测井底部设有地下水位计10，所述的连通管上设有连通阀11和集排水压计12，所述的预充排水井的底部设有预充排水位计13，所述的进水管上设有进水阀14和进水流量计15，所述的出水管上设有出水阀16和出水流量计17，所述的地下水位计、集排水压计、预充排水位计、出水阀、进水阀、进水流量计、出水流量计与监控平台电连接。本实施例所述的试验区是指由钢筋混凝土构筑的密封池。密封池的长宽通常有数十米，数米至十几米深。池中做防水，与外部水完全隔绝。池的上方设有可以模拟各种降雨过程的人工降雨设施。密封池和人工降雨设施所形成的系统，用于模拟不同地区在各种气候下的土壤、水文、水资源的状况，进行实验和研究。密封池中填埋从被模拟地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种试验区地下水位精确控制系统，其特征在于，包括：设置在实验区原土层下部的砂石渗滤层，所述的砂石渗滤层中埋设有水平纵横排列的集排水管网，所述的集排水管网通过连通管至少与一个竖直排列的预充排水井连接，所述的预充排水井与出水管和进水管连接，所述的进水管与供水箱连接；所述的原土层中设有至少一个地下水位测井；所述的地下水位测井底部设有地下水位计，所述的连通管上设有连通阀和集排水压计，所述的预充排水井的底部设有预充排水位计，所述的进水管上设有进水阀和进水流量计，所述的出水管上设有出水阀和出水流量计，所述的地下水位计、集排水压计、预充排水位计、出水阀、进水阀、进水流量计、出水流量计与测控平台电连接。

【技术特征摘要】
1.一种试验区地下水位精确控制方法，所述方法所使用的系统包括：设置在试验区原土层下部的砂石渗滤层，所述的砂石渗滤层中埋设有水平纵横排列的集排水管网，所述的集排水管网通过连通管至少与一个竖直排列的预充排水井连接，所述的预充排水井与出水管和进水管连接，所述的进水管与供水箱连接；所述的原土层中设有至少一个地下水位测井；所述的地下水位测井底部设有地下水位计，所述的连通管上设有连通阀和集排水压计，所述的预充排水井的底部设有预充排水位计，所述的进水管上设有进水阀和进水流量计，所述的出水管上设有出水阀和出水流量计，所述的地下水位计、集排水压计、预充排水位计、出水阀、进水阀、进水流量计、出水流量计与监控平台电连接；所述方法包括以下三种情况分别处理：（1）地下水埋深大于试验区土壤厚度，且地下水自由或受限渗漏的情况：保持进水阀关闭，同时打开连通阀、打开或关闭出水阀；通过监控平台实时记录土体地下水位和含水量信息；...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，赵勇，尚毅梓，王建华，邵薇薇，秦韬，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11