CN110056210A - 蒸渗试验房 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸渗试验房，包括试验房，所述的试验房内设有隔热夹板，通过隔热夹板将试验房分成若干个单元房，试验房的顶部设有中央风热器，侧面设有集中操控台；所述的单元房内均设有集成监测单元与水体蒸发器，所述的集成监测单元包括位于单元房底部的重力感应台，所述的重力感应台上设有用于回填土壤的玻璃柱，所述玻璃柱的一侧设有集成探头柱，所述集成探头柱上设有温湿度传感器与水‑盐‑温‑负压传感器。本发明提供了一间具有系统性、自动化的蒸渗试验房，为蒸渗试验模拟所需气象环境，对包气带土壤水分和盐分运移、温度梯度、土壤水负压做集中监测控制，便于对比试验、平行试验的控制，装置集成操控性、精确性较强，操作科学简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验房，尤其涉及一种蒸渗试验房。
背景技术
土壤水的蒸发和入渗问题涉及水文、地质、环境、农业等多个学科方向，其研究对于干旱区水资源利用、土壤盐碱化防治与农业生产灌溉等研究方面具有重要的指导意义。在研究蒸发、入渗过程中包气带土壤水盐运移规律时，野外试验影响因素多，条件难控制，而设计室内试验进行模拟是一种有效研究手段。国内外现有多种蒸渗模拟装置，包括Micro-lysimeter(微型蒸渗仪)、排水式、称重式蒸渗仪。但仍存在缺陷：1.单一蒸渗仪难以提供相对稳定且容易调控的气象环境，特别是蒸发温度过于单一，且没有考虑提供风速环境。2.蒸渗仪一般为一套整体装置，若根据不同试验需求更换土柱较难。且蒸渗试验一般历时久，单一蒸渗仪只能做一组实验，不利于对比、平行试验的开展。3.蒸渗仪没有设置降雨入渗发生装置，入渗的模拟不科学。4.蒸渗仪传感器单元对各参数的监测设置为分散，缺乏系统性。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种系统性、自动化的蒸渗试验房，集成操控性、精确性较强，操作科学简便。
技术方案：本发明包括试验房，所述的试验房内设有隔热夹板，通过隔热夹板将试验房分成若干个单元房，试验房的顶部设有中央风热器，侧面设有集中操控台；所述的单元房内均设有集成监测单元与水体蒸发器，所述的集成监测单元包括位于单元房底部的重力感应台，所述的重力感应台上设有用于回填土壤的玻璃柱，所述玻璃柱的一侧设有集成探头柱，所述集成探头柱上设有温湿度传感器与水-盐-温-负压传感器。
所述的中央风热器位于试验房顶部的中央位置，包括若干组加热灯源与风源，每组加热灯源与风源对应设置在单元房顶部，可分别对单元房单独提供气象环境。
所述的温湿度传感器置于玻璃柱顶部，水-盐-温-负压传感器插入玻璃柱的不同深度层内。
所述集成探头柱的上部能够安装支撑臂，支撑臂上安装支撑环，所述的支撑环位于玻璃柱正上方。
所述的支撑环上能够放置针盘入渗筒，用来模拟降雨入渗。
所述的集成探头柱位于中央风热器下方。
所述的集中操控台能够控制中央风热器，可调控功率挡位来提供不同温度、风速，也能记录试验房内所有传感器监测的实时数据。
所述的水体蒸发器位于单元房侧壁，用于观察房内的水分蒸发情况。
所述的试验房采用有机玻璃制成，试验房前后均设有试验门，可进入试验房的不同单元房，关闭时可与外界保持相对隔绝。
有益效果：本发明具有以下优点：
1)试验房系统性较强，提供小型、独立的试验空间，调控功率模拟不同温度、风速环境，减少外界干扰因素；
2)一个中央风热器可通过集中操控台独立控制四个房内单元，方便设置对比试验和平行试验，比使用多个蒸渗仪更加经济，且方便根据研究需求更换不同土柱；
3)四个房内单元设置水体蒸发器记录实际蒸发量，温湿度探头传输房内实时的温度、湿度，气象环境的模拟精确度高；
4)可拆卸支撑臂、环和针盘入渗筒，方便均匀降雨入渗试验的模拟；
5)集成探头柱和集中操控台，将重量、水-盐-温-负压传感监测信号集成传输与控制，在试验房外方便获得自动、连续、准确的试验监测数据。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的中央风热器示意图；
图3为本发明的集成监测示意图；
图4为本发明的针盘入渗筒示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明包括试验房1、中央风热器2、水体蒸发器3、试验门4、集成探头柱5、重力感应台6、集中操控台7、针盘入渗筒8、支撑臂9、隔热夹板10、加热灯源11、风源12、支撑环13、温湿度传感器14、玻璃柱15、水-盐-温-负压传感器16。如图1所示，试验房1采用长方体有机玻璃制成，前后两面外壁都设有试验门4(后一面未画出)，打开后可进入试验房1的不同单元，关闭时可与外界保持相对隔绝。试验房1中央设有两块相互垂直的隔热夹板10，通过隔热夹板10将试验房1内部平均分成a、b、c、d四个相同的单元房。试验房1顶部的中心位置设有中央风热器2，中央风热器2覆盖了a、b、c、d四个单元房，由四组加热灯源11与风源12构成，如图2所示，每组加热灯源11与风源12分别对应在a、b、c、d四个单元房顶部。中央风热器2的控制线路暗线埋设，另一端连接房体外壁的集中操控台7，可调控功率挡位来提供不同温度、风速。受集中操控台7的控制，可分别对四个单元房内单独提供气象环境(调控不同功率挡位为四个单元房单独提供所需的蒸发强度，风速风向)。
如图1所示，四个单元房内的角落均置有相同的水体蒸发器3(图中未全部画出)，用水位刻度变化监测各单元房试验环境下的实际蒸发量。试验房1右侧壁上设有集中操控台7，可控制中央风热器2，也能自动记录房内所有传感器监测的实时数据。每个单元房底部的中央位置均设有相同的重力感应台6，通过重量变化用以记录玻璃柱15的土壤中水份的实际蒸发量，重力传感数据通过线路(房内暗线埋设)传输至集中操控台7记录。
如图3所示，重力感应台6上方设有玻璃柱15，玻璃柱15采用有机玻璃制成，用于回填土壤，玻璃柱15的一侧设有集成探头柱5，集成探头柱5位于试验房1的中心位置，即中央风热器2下方，每个单元房均设有相同的集成探头柱5，并在四个单元房中都预留足够的温湿度传感器14和水-盐-温-负压传感器16。若干水-盐-温-负压传感器16插入玻璃柱15的不同深度层位，监测土壤含水率、盐分、温度、土壤水负压(基质势)图3所示的玻璃柱15中在四个不同深度层插入了水-盐-温-负压传感器16，其中水-盐-温传感器采用一个探头探测同一深度土壤中的三个数据，测量完成后，在该层放置负压计。温湿度传感器14置于玻璃柱15顶部，用于监测土壤表层上方的温度和湿度，所有监测数据都通过线路(房内暗线埋设)传输至集中操控台7记录。
当需要模拟降雨或者入渗灌溉时，集成探头柱5上部可安装支撑臂9和支撑环13，支撑环13位于玻璃柱15正上方，将具有刻度的针盘入渗筒17置于支撑环13上部，如图4所示，装入一定水量的溶液从针盘流出，实现均匀入渗。
实施例一：模拟干旱区蒸发环境，探究特定研究区包气带土壤在不同初始含水率的水盐运动规律。
操作步骤：
(1)准备好试验房1，其中隔热夹板10是分隔房内单元而固定存在的。
(2)准备研究区土壤，风干碾碎过筛，按照土壤物理性质(假设饱和含水率为30％)设置不同试验初始含水率。
(3)准备四根有机玻璃柱15，分层回填土壤并击实，四根柱子土壤分别配置25％、20％、15％、10％的初始含水率。
(4)打开试验门4，将四根柱子分别置于各单元重力感应台6上，然后将集成探头柱5为各单元预留的水-盐-温-负压传感器16分别插入玻璃柱15的不同深度层位(10cm，20cm，30cm……)，将温湿度传感器14置于柱内土壤表层上方。
(5)根据研究区气象条件，使用集中操控台7调控中央风热器2，使得四个加热灯源11与四个风源12为a、b、c、d四个单元提供相同的温度、风速。利用水体蒸发器3等观测各单元实际蒸发量、用集中操控台7观测温湿度传感器14传输的数据，保证各单元模拟气象效果与研究区气象环境大致接近。
(6)使用集中操控台7于每天早上9点打开中央风热器2，每天晚上9点关闭中央风热器2，提供12h/天的蒸发环境，试验时期保证试验门4关闭。
(7)使用集中操控台7记录重力感应台6的数据，分析土柱每日的土壤水蒸发量，当各单元相邻天数蒸发量相差极小时，认为该单元蒸发几乎停滞，可停止该单元蒸发试验。
(8)记录温湿度传感器14的温湿度数据；记录水-盐-温-负压传感器16的数据，分析各单元土柱的各层位含水率、盐分、剖面温度、土壤水负压在模拟蒸发环境下的变化规律，探究研究区土壤持水能力、蒸发影响层位、盐分运移机制等问题。
实施例二：模拟不同雨量降雨，探究特定研究区包气带土壤水的入渗-蒸发耦合规律。
(1)准备好试验房1，其中隔热夹板10是分隔房内单元而固定存在的。
(2)准备研究区土壤，风干碾碎过筛。
(3)将干土分层回填入四根玻璃柱15，并击实。
(4)打开试验门4，将四根柱子分别置于各单元重力感应台6上，然后将集成探头柱5为各单元预留的水-盐-温-负压传感器16分别插入有机玻璃柱15的不同深度层位(10cm，20cm，30cm……)，将温湿度传感器14置于柱内土壤表层上方。
(5)在集成探头柱5上部安装连接支撑臂9和支撑环13，使其位于玻璃柱15正上方，将具有刻度的针盘入渗筒17置于支撑环13上部，a、b、c、d四个单元都作相同操作。四个单元的针盘入渗筒17分别装入不同雨量溶液(假设10mm、20mm、30mm、40mm)，降雨从针盘流出，对土柱实现不同雨量的均匀入渗。
(6)模拟雨后所需气象条件。使用集中操控台7调控中央风热器2，使得四个加热灯源11与四个风源12为a、b、c、d四个单元提供相同的温度、风速。利用水体蒸发器3等观测各单元实际蒸发量、用集中操控台7观测温湿度传感器14传输数据，保证各单元模拟气象效果与研究区雨后气象环境大致接近。模拟时间根据需要设计，试验时期保证试验门4关闭。
(7)使用集中操控台7记录重力感应台6数据，分析土柱每日的土壤水蒸发量，实验结束后计算土壤存储水量。
(8)记录温湿度传感器14的温湿度数据；记录水-盐-温-负压传感器16的数据，分析各单元土柱的各层位含水率、盐分、剖面温度、土壤水负压在模拟降雨入渗环境下的变化规律，探究不同雨量降水对研究区土壤补给能力，湿润锋运移规律、入渗-蒸发耦合的水盐运移等问题。
具体实施除此两种之外，也可利用本试验房模拟干旱区咸水灌溉后的入渗-蒸发耦合规律。还可充分利用中央风热器对不同单元的单独控制，模拟不同气象环境从而进行更多有意义的对比试验研究。
本试验房作为室内试验空间，主要提供可集中调控的模拟气象环境(温度、风速、降雨入渗)，通过集成操控与传感自动化监测，研究裸土蒸发与水分入渗过程中的包气带土壤水-盐运移机制及土壤剖面温度梯度、土壤水负压分布变化规律等。为蒸发影响层位、土壤持水能力、盐分淋洗强度以及入渗-蒸发耦合的水盐运移等研究提供科学证据，为合理开发利用水土资源提供指导。
用试验房构造独立蒸渗试验空间，减少外界干扰因素，集成化、简便化的模拟不同温度、风速的气象环境。设置四个房内单元，利用一个中央风热器实现各单元的独立控制，方便精确设置对比、平行试验组，各单元土柱也易于单独更换。房内单元设置水体蒸发器、温湿度探头，监控模拟的实际气象环境，便于调控。将降雨入渗装置设计融入蒸渗试验房，使用针盘入渗筒，实现所需不同溶液的均匀入渗。试验房中心部位设置集成探头柱，控制各房内单元的传感器，试验房外壁设置集中操控台，通过埋设暗线传输房内所有信号，用以控制房内气象环境、记录传感监测数据。
Claims (9)
1.一种蒸渗试验房，包括试验房，其特征在于，所述的试验房内设有隔热夹板，通过隔热夹板将试验房分成若干个单元房，试验房的顶部设有中央风热器，侧面设有集中操控台；所述的单元房内均设有集成监测单元与水体蒸发器，所述的集成监测单元包括位于单元房底部的重力感应台，所述的重力感应台上设有用于回填土壤的玻璃柱，所述玻璃柱的一侧设有集成探头柱，所述集成探头柱上设有温湿度传感器与水-盐-温-负压传感器。
2.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的中央风热器位于试验房顶部的中央位置，包括若干组加热灯源与风源，每组加热灯源与风源对应设置在单元房顶部。
3.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的温湿度传感器置于玻璃柱顶部，水-盐-温-负压传感器插入玻璃柱的不同深度层内。
4.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述集成探头柱的上部能够安装支撑臂，支撑臂上安装支撑环，所述的支撑环位于玻璃柱正上方。
5.根据权利要求4所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的支撑环上能够放置针盘入渗筒。
6.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的集成探头柱位于中央风热器的下方。
7.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的集中操控台能够控制中央风热器，也能记录试验房内所有传感器监测的实时数据。
8.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的水体蒸发器位于单元房侧壁。
9.根据权利要求1所述的蒸渗试验房，其特征在于，所述的试验房采用有机玻璃制成，试验房前后均设有试验门。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190726 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |