一种多环水分入渗测试系统和方法技术方案

本申请公开了一种多环水分入渗测试系统和方法，涉及野外土壤入渗试验技术领域，该系统包括马氏瓶、调节水头升降机、称重传感器、无纸记录仪、多环入渗装置以及入土敲打装置，其中，所述多环入渗装置包括多个同心设置的单体环，所述单体环具有不同直径；两个所述马氏瓶，均设置于所述调节水头升降机上，用于根据预设水头，分别向目标双环内供水；所述目标双环为与试验方案双环尺寸对应的所述多环入渗装置中的两个单体环；所述入土敲打装置用于在外力作用下将所述目标双环均匀压入试验土壤。本申请实施例可以实现任意双环的组合，能够满足不同内外环组合对水分入渗影响的试验需求，具有组合拆卸方便、水头可调以及数据自动采集传输等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多环水分入渗测试系统和方法


[0001]本申请涉及野外土壤入渗试验
，具体涉及一种多环水分入渗测试系统和方法。

技术介绍

[0002]土壤入渗特性是评价土壤涵养水源和抗侵蚀能力的重要指标，确定田间尺度上的土壤导水率需要大量的野外试验。受许多因素影响，土壤入渗具有很强的时空变异性，这增加了土壤入渗准确测定的难度。在众多土壤入渗测定方法中，双环法是应用最为广泛，是测定田间土壤渗透系数最为经典的一种仪器。由于外环促进了内环中水体的垂向入渗作用，减少了内环水体侧渗所带来的误差。因此相较于单环法，双环法测量精度普遍较高。然而，双环法测量结果除了受地形条件、土地利用等因素的影响，双环入渗仪的几何尺寸会影响土壤入渗速率测定的准确性。这是由于双环入渗过程中的侧向流动或入渗环壁对大孔隙的阻隔作用等,入渗仪的几何尺寸会影响测量的准确性。众多研究表明直径较小的入渗环测定的入渗率较大,且较早达到稳态，而平均入渗速率随着测量尺寸的增加而增大，其原因主要是相对于小环内垂直入渗,侧向流所占比重较大。
[0003]双环入渗仪除上述入渗率的测量精度问题外，还存在以下不足：一是内、外环的安装难以保持同心，这会影响内环的三维入渗效应，进而影响内环入渗率特性。二是环体在敲击入土的过程中由于受力不均匀导致环体倾斜，如果不对环体人工修正，则倾斜的环体会导致实际过水断面的减小，造成测量结果偏大。反之对倾斜环体人工修正，在扭动环体时容易在环壁与土体间产生微裂隙，进而影响水分在垂向上的入渗规律。三是内外环直径比例(即缓冲指标，用来表征入渗过程中,外环对减少内环入渗的侧向水流的影响程度)对测定结果有较大的影响。同一区域，不同尺寸的内外环直径可导致入渗率测定结果变幅可达两个数量级。
[0004]双环入渗仪的发展过程经历了电极接触测量法、马氏瓶测液位测量法、高密度电阻率测量法的过程。接触式电容或电阻深度计对水质敏感并易受腐蚀，导致过度维护和校准，另外该装置需要液位变化5mm以上才会触发该电极接触式液位传感器开关，因此精度较低。采用安装在马氏瓶上的红外液位测量传感器测量液位随时间的变化，测量精度受马氏瓶截面积影响较大，截面积越大精度越小，同时采用的液位传感器电阻易受温度的影响。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，它以土壤的导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下土壤中传导电流分布规律来反演入渗过程。高密度双环入渗方法实现了野外数据采集的自动化和可视化监测。然而由于其数学理论基础为试验场地水平且地下半空间为均匀、无限和各向同性介质，因此对于野外空间异质性土壤其测量精度较差。另外野外测量时需要在观测剖面的各测点上布置几十至上百根电极，大量插入土壤的电极会对试验土壤剖面产生极大的扰动，不能真实反映原状土的入渗过程，使其应用范围受到限制。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种多环水分入渗测试系统和方法，具有组合拆卸方便、水头可调以及数据自动采集传输等优点，可以同时满足不同尺寸的双环对水分入渗影响的试验需求。
[0006]为了解决上述问题，本申请实施例公开了一种多环水分入渗测试系统，包括：
[0007]马氏瓶、调节水头升降机、称重传感器、无纸记录仪、多环入渗装置以及入土敲打装置，所述多环入渗装置包括多个同心设置的单体环，所述单体环具有不同直径；
[0008]两个所述马氏瓶，均设置于所述调节水头升降机上，用于根据预设水头，分别向目标双环内供水；其中，所述目标双环为与试验方案双环尺寸对应的所述多环入渗装置中的两个单体环，；
[0009]两个所述称重传感器，均设置于所述调节水头升降机上且分别位于两个所述马氏瓶之下，所述称重传感器与所述马氏瓶一一对应，所述称重传感器用于计量所对应的所述马氏瓶的质量变化数据；
[0010]所述调节水头升降机，用于同时对两个所述马氏瓶的预设水头进行调节；
[0011]所述无纸记录仪，与所述称重传感器分别连接，用于记录所述称重传感器所传输的所述质量变化数据；
[0012]所述入土敲打装置，与所述目标双环的上端连接，用于在外力作用下将所述目标双环均匀压入试验土壤。
[0013]在本申请一实施例中，还包括透水挡板；
[0014]所述透水挡板，设置于所述目标双环内，用于将所述目标双环中的每个单体环分隔为多个相互连通的水室，所述多个相互连通的水室为中心对称结构；
[0015]其中，设置于所述目标双环内环中的所述透水挡板为相互垂直的十字挡板，设置于所述目标双环外环中的所述透水挡板为平面挡板；
[0016]所述单体环的周向壁上等间距设置有多个第一卡槽，所述第一卡槽用于插入所述透水挡板。
[0017]在本申请一实施例中，所述入土敲打装置，包括：受力构件、支撑杆以及第二卡槽；
[0018]多根所述支撑杆的上端通过第一旋转轴与所述受力构件的下端同时连接；
[0019]每根所述支撑杆的下端通过第二旋转轴与所述第二卡槽一一连接；
[0020]其中，所述支撑杆具有预设的弯曲角度，当所述支撑杆与所述受力构件连接后，所述支撑杆的弯曲面朝向所述受力构件的中心轴线。
[0021]在本申请一实施例中，所述调节水头升降机，包括：
[0022]托盘，设置于所述马氏瓶和所述称重传感器之间，所述托盘用于支撑所述马氏瓶；
[0023]承重平板，设置于所述称重传感器下方并与所述称重传感器的下端连接，用于支撑所述马氏瓶和所述称重传感器；
[0024]可调节升降支架，设置于所述承重平板下方且与所述承重平板连接，用于调节所述承重平板的高度，所述可调节升降支架上设置有升降台刻度尺；
[0025]底座，设置于所述可调节升降支架下方且与所述可调节升降支架连接。
[0026]在本申请一实施例中，所述单体环的下端具有预设高度的刀刃。
[0027]在本申请一实施例中，所述第一卡槽沿竖直方向等间距设置有第一螺孔，所述透
水挡板的两侧壁沿竖直方向设置有第二螺孔，所述第一螺孔与所述第二螺孔通过螺栓连接。
[0028]在本申请一实施例中，所述弯曲角度的取值范围为60
°
～75
°
。
[0029]在本申请一实施例中，所述底座包括：
[0030]升降机固定板、多个折叠腿；
[0031]所述升降机固定板，上端面与所述可调节升降支架连接，下端面与所述多个折叠腿连接。
[0032]在本申请一实施例中，所述马氏瓶包括：
[0033]马氏瓶本体，设置有瓶口；
[0034]弹性密封塞，安装于所述瓶口中且对所述瓶口具有径向压力；
[0035]进气细管，上端为进气口，下端为出气口且贯穿所述弹性密封塞的端面置于所述马氏瓶本体内，所述进气口与所述马氏瓶本体内腔相通；
[0036]出水口阀门，通过导水管与所述目标双环的内环或外环连通。
[0037]为了解决上述问题，本申请实施例还公开了一种多环水分入渗测试方法，应用于本申请实施例所述的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多环水分入渗测试系统，其特征在于，包括：马氏瓶(1)、调节水头升降机(2)、称重传感器(3)、无纸记录仪(4)、多环入渗装置(5)以及入土敲打装置(6)，所述多环入渗装置(5)包括多个同心设置的单体环(501)，所述单体环(501)具有不同直径；两个所述马氏瓶(1)，均设置于所述调节水头升降机(2)上，用于根据预设水头，分别向目标双环内供水；其中，所述目标双环为与试验方案双环尺寸对应的所述多环入渗装置(5)中的两个单体环(501)；两个所述称重传感器(3)，均设置于所述调节水头升降机(2)上且分别位于两个所述马氏瓶(1)之下，所述称重传感器(3)与所述马氏瓶(1)一一对应，所述称重传感器(3)用于计量所对应的所述马氏瓶(1)的质量变化数据；所述调节水头升降机(2)，用于同时对两个所述马氏瓶(1)的预设水头进行调节；所述无纸记录仪(4)，与所述称重传感器(3)分别连接，用于记录所述称重传感器(3)所传输的所述质量变化数据；所述入土敲打装置(6)，与所述目标双环的上端连接，用于在外力作用下将所述目标双环均匀压入试验土壤。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括透水挡板(502)；所述透水挡板(502)，设置于所述目标双环内，用于将所述目标双环中的每个单体环(501)分隔为多个相互连通的水室，所述多个相互连通的水室为中心对称结构；其中，设置于所述目标双环内环中的所述透水挡板(502)为相互垂直的十字挡板，设置于所述目标双环外环中的所述透水挡板(502)为平面挡板；所述单体环(501)的周向壁上等间距设置有多个第一卡槽(503)，所述第一卡槽(503)用于插入所述透水挡板(502)。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述入土敲打装置(6)，包括：受力构件(601)、支撑杆(602)以及第二卡槽(603)；多根所述支撑杆(602)的上端通过第一旋转轴与所述受力构件(601)的下端同时连接；每根所述支撑杆(602)的下端通过第二旋转轴与所述第二卡槽(603)一一连接；其中，所述支撑杆(602)具有预设的弯曲角度，当所述支撑杆(602)与所述受力构件(601)连接后，所述支撑杆(602)的弯曲面朝向所述受力构件的中心轴线。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调节水头升降机(2)，包括：托盘(201)，设置于所述马氏瓶(1)和所述称重传感器(3)之间，所述托盘(201)用于支撑所述马氏瓶(1)；承重平板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：任长江，赵勇，张紫慧，钟小锋，蒋仁贵，杨俊勇，徐胜攀，徐诗琪，万凌峰，王昊，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：