CN214252267U - 用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统，包括埋设于土壤内开口向上的蒸散桶、用于向蒸散桶内补充水分的补水装置、用于测定降水量的雨量计、水深采集装置、数据采集器、无线传输模块和数据处理终端；蒸散桶内盛有土壤层和浅水层，用于模拟周围环境；补水装置包括用于测定补水量的流量计；水深采集装置设置于蒸散桶内，用于测定蒸散桶内的水位；水深采集装置、流量计和雨量计分别与数据采集器通讯连接，数据采集器通过无线传输模块将采集的数据发送给数据处理终端。成本低，适用于对不同的土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定，并且能够实时、准确、自动地获取土壤表面具有浅层积水环境的蒸散量。

Description

用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统

技术领域

本实用新型涉及气象水文量测技术领域，尤其涉及一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统。

背景技术

蒸散是植被及地面整体向大气输送的水汽总通量，作为能量平衡及水循环的重要组成部分，蒸散不仅影响植被的生长发育与产量，还影响大气环流，起到调节气候的作用。目前，关于土壤表面具有浅层积水环境蒸散的测定问题，例如水田环境蒸散的测定问题，现有的手段多是通过田间采样室内测试或通过已有经验公式计算获得，测试成本较高；并且由于不同水田环境田块大小、水深等较复杂，不同时期水田的小气候条件有所不同，相应的水分动态演变规律差异也不同，现有的蒸散测定手段无法准确地反映不同水田环境在不同时期的蒸散量。

随着科技的发展，智能系统在现代农业中的应用越来越广泛。通过使用各种自动化、智能化、远程控制的生产终端设备，实现“实时、定量、精确”管理农业，可提高农业生产效率，推动农业生产从以人力为中心、依赖机械的生产模式，逐渐转向以信息和软件为中心的生产模式，这不仅有助于推动现代农业发展，更有利于保证农产品的质量安全，让农业生产更加精细、更加自动化。

故亟需一种低成本、实时自动获取不同土壤表面具有浅层积水环境蒸散量的蒸散测定系统。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统，成本低，适用于对不同的土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定，并且能够实时、准确、自动地获取土壤表面具有浅层积水环境的蒸散量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型提供一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统，包括埋设于土壤内开口向上的蒸散桶、用于向蒸散桶内补充水分的补水装置、用于测定降水量的雨量计、水深采集装置、数据采集器、无线传输模块和数据处理终端；

蒸散桶内盛有土壤层和浅水层，用于模拟周围环境；

补水装置包括用于测定补水量的流量计；

水深采集装置设置于蒸散桶内，用于测定蒸散桶内的水位；

水深采集装置与数据采集器通讯连接，流量计与数据采集器通讯连接，雨量计与数据采集器通讯连接；

数据采集器通过无线传输模块将采集的数据发送给数据处理终端。

可选地，蒸散桶为方形，其尺寸根据蒸散测定的地形环境和该环境下植被的根系深度进行定制。

可选地，补水装置还包括第一补水管、第二补水管和电磁阀；第一补水管的进水端与水源连通，第一补水管的出水端通过电磁阀与第二补水管的进水端连通，第二补水管的出水端设置于蒸散桶上方；流量计设置于第二补水管上。

可选地，雨量计为翻斗式雨量计。

可选地，雨量计设置于蒸散桶的外部，且雨量计高于蒸散测定环境中植被的最高冠层高度设置。

可选地，雨量计距离蒸散桶外部边缘30～100cm进行设置。

可选地，水深采集装置包括水深传感器、内套管和竖直设置于土壤层的外套管；外套管底部密封设置，外套管顶部高于水层设置，内套管固定安装在外套管内，内套管底部密封设置，内套管顶部高于水层设置，水深传感器置于内套管内；在外套管的水层位置设置有粗滤进水单元，外套管内部通过粗滤进水单元与水层连通；内套管包括从下至上依次连接的第一管体和第二管体，第二管体为微孔过滤管，第二管体与内、外套管间的水接触。

可选地，水深采集装置还包括设置于外套管内的支撑块，支撑块的底端与外套管底部固定连接，支撑块的顶端与内套管底部固定连接。

可选地，粗滤进水单元包括设置在外套管中上部的进水孔和过滤网，过滤网包裹在进水孔外部。

可选地，内套管还包括第三管体，第三管体与第二管体连接，第二管体位于水面以下，内套管内水柱中部以上。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的蒸散测定系统中采用的设备简单廉价、成本低，适用于对水田、湿地、水生种植和养殖等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定，并且能够实时、准确、自动地获取土壤表面具有浅层积水环境的蒸散量。

2、通过在补水管中设置电磁阀控制补水的开启与关闭，实现了水量的自动补给。

3、借助于粗滤进水单元和微孔过滤管，实现了对水的两级过滤，保证了与水深传感器接触的水的洁净，提高水深传感器的测定精度。

附图说明

本实用新型借助于以下附图进行描述：

图1是本实用新型实施例中的用于水田环境的蒸散测定系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中补水装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中翻斗式雨量计的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中水深采集装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中水深采集装置在蒸散桶内的安装示意图。

【附图标记说明】

1：蒸散桶；

2：补水装置；

21：流量计；22：第一补水管；23：电磁阀；24：第二补水管；

3：雨量计；

31：外筒；32：支撑柱；33：底座；34：支架；35：翻斗；36：接雨漏斗；37：干簧管；

4：水深采集装置；

41：水深传感器；42：内套管；421：微孔过滤管；43：外套管；431：进水孔；432：过滤网；44：支撑块；45：防虫盖；

5：数据采集器；

6：无线传输模块；

7：数据处理终端。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

根据水田水分平衡原理，水田蒸散量即E+T＝ΔW+P+I－R－D－H，其中：E-水田蒸发量，T-植被蒸腾量，ΔW-水田水位变化量，P-降水量，R-径流量，I-灌溉量，D-渗漏量，H-地下水上升量。对于ΔW，设定有蒸散为正(ΔW≥0)，ΔW水田水位上升时(即ΔW≤0)默认值归为0；由于在有降水阶段ΔW多为0，因此通常R(径流量)不参与计算；并且由于在地下水位变化不大、水田保水性好的地区，D(渗漏量)和H(地下水上升)也忽略不计。因此，水田蒸散量即E+T＝ΔW+P+I。

为此，本实用新型提供一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统，包括埋设于土壤内开口向上的蒸散桶1、用于向蒸散桶1内补充水分的补水装置2、用于测定降水量的雨量计3、水深采集装置4、数据采集器5、无线传输模块6和数据处理终端7。蒸散桶1内盛有土壤层和浅水层，用于模拟周围环境；补水装置2包括用于测定补水量的流量计21；水深采集装置4设置于蒸散桶1内，用于测定蒸散桶内的水位；水深采集装置4与数据采集器5通讯连接，流量计21与数据采集器5通讯连接，雨量计3与数据采集器5通讯连接；数据采集器5通过无线传输模块6将采集的数据发送给数据处理终端7。

本实用新型提供的蒸散测定系统，通过埋设于土壤内的蒸散桶来模拟蒸散测定环境，通过补水装置来模拟蒸散测定环境中的灌溉，并采用流量计实时测定出灌溉量，通过雨量计实时测定出蒸散测定环境的降水量，通过水深采集装置实时测定出蒸散测定环境的水位变化量；通过将水深采集装置、流量计和雨量计分别与数据采集器通讯连接，用于实时采集灌溉量、降水量和水位变化量等数据；数据采集器通过无线传输模块将采集的数据(灌溉量、降水量和水位变化量)发送给数据处理终端，数据处理终端对接收到的数据进行自动处理，实时获得该环境下的蒸散量。可见，本实用新型提供的蒸散测定系统中采用的设备简单廉价、成本低，适用于对不同的土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定，并且能够实时、准确、自动地获取土壤表面具有浅层积水环境的蒸散量。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面就参照附图来描述本实用新型提出的用于土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统。

本实用新型提供了一种如图1所示的用于水田环境的蒸散测定系统。

该系统包括埋设于土壤内开口向上的蒸散桶1、用于向蒸散桶1内补充水分的补水装置2、用于测定降水量的雨量计3、水深采集装置4、数据采集器5、无线传输模块6和数据处理终端7。蒸散桶1内盛有土壤层和浅水层，用于模拟周围环境；补水装置2包括用于测定补水量的流量计21；水深采集装置4设置于蒸散桶内，用于测定蒸散桶内的水位；水深采集装置4与数据采集器5通讯连接，流量计21与数据采集器5通讯连接，雨量计3与数据采集器5通讯连接；数据采集器5通过无线传输模块6将采集的数据发送给数据处理终端7。

具体地，作为一个实施例，蒸散桶1内的土壤层和水层与周围环境保持一致，即蒸散桶1内的土壤层组分与周围水田相同，蒸散桶1内的土壤层与周围水田的土壤层相齐平，蒸散桶1内的水层组分与周围水田相同，蒸散桶1内的水层水位与周围水田相同。能够更加准确地模拟水田环境，使测定的数据更有价值。

具体地，作为一个实施例，蒸散桶1为方形，其尺寸根据蒸散测定的地形环境和该环境下植被的根系深度进行定制。作为一个示例，在稻田环境中，将蒸散桶1的高度统一为100cm，其中土壤层约80cm，这样可以满足水稻生长根系需求，且土壤层较平整，便于水层的自由流动。

具体地，作为一个实施例，在蒸散桶1中种植水稻或其他水田植被，按照不同行株距布局；如标准尺寸(125cm×125cm)种植水稻可以栽5行×6株(行株距22cm×18cm)。

优选地，蒸散桶1以PVC材料(厚度d≥10mm)为原料热塑加工而成，蒸散桶1顶部边缘设有扶手，便于安装使用。

优选地，补水装置2还包括第一补水管22、第二补水管24和电磁阀23；第一补水管22的进水端与水源连通，第一补水管22的出水端通过电磁阀23与第二补水管24的进水端连通，第二补水管24的出水端设置于蒸散桶1上方；流量计21设置于第二补水管上，如图2所示。其中，水源可以为水塔或灌溉水渠。通过电磁阀控制补水的开启与关闭，实现了水量的自动补给，借助于流量计记录补水量，实现了水量的自动记录。

优选地，雨量计3为翻斗式雨量计。

本实用新型提供了一种如图3所示的翻斗式雨量计。

该翻斗式雨量计包括外筒31、支撑柱32、底座33、翻斗35、接雨漏斗36和干簧管37。外筒31的底部固定安装在支撑柱32上；底座33设置于外筒31的内部，底座33的底端与外筒31的底部固定连接；在底座33的上端设置有支架34，翻斗35转动连接于支架34上，翻斗35的开口朝上设置；外筒31的顶部安装有接雨漏斗36，接雨漏斗36的出水口朝向翻斗35的开口设置；干簧管37设置于底座33上，位于翻斗35的一侧，用于记录翻斗的翻转动作。翻斗的每次翻转动作通过干簧管转成脉冲信号(1脉冲为0.2mm)传输到数据采集器5。

进一步优选地，雨量计3设置于蒸散桶1的外部，且雨量计3高于蒸散测定环境中植被的最高冠层高度设置。

进一步优选地，雨量计3距离蒸散桶1外部边缘30～100cm进行设置。

进一步优选的，在蒸散桶1的外部设置两个雨量计。以通过求2个雨量计的平均值，增加测定精度；如果这2个雨量计测量值差异过大，则通过数据处理终端设置的质量检验报警和校正模块进行报警和给出校正参考。

优选地，如图4所示，水深采集装置4包括水深传感器41、内套管42和竖直设置于土壤层的外套管43，外套管43底部密封设置，外套管43顶部高于水层设置，内套管42固定安装在外套管43内，内套管42底部密封设置，内套管42顶部高于水层设置，水深传感器41置于内套管42内；在外套管43的水层位置(外套管上与蒸散桶内水层对应的位置)设置有粗滤进水单元，外套管43内部通过粗滤进水单元与水层连通；内套管42包括从下至上依次连接的第一管体和第二管体，第二管体为微孔过滤管，第二管体与内、外套管间的水接触。蒸散桶内的水首先通过粗滤进水单元进入外套管内，实现了水的一级过滤，一级过滤后的水再通过微孔过滤管进入内套管内，实现了水的二级过滤，保证了与水深传感器接触的水的洁净，提高水深传感器的测定精度。

进一步优选地，第一管体和第二管体均为不锈钢材料制成。可以想见，第二管体由聚氯乙烯树脂或多孔瓷材料制成也可以实现类似的效果。

可选地，水深采集装置可置于蒸散桶的正中间，如图5所示，也可置于蒸散桶的四角中任意一角处，以方便水稻或其他水田植被种植和传感器安装、检查为要。

作为一个示例，外套管为直径20cm、高90cm的圆筒状PVC套管，内套管为直径10cm，高80cm的套管。

进一步优选地，微孔过滤管位于内套管内水柱中部以上位置。作为一个示例，在距离内套管底部40-60cm处设置第二管体。

进一步优选地，水深采集装置还包括设置于外套管43内的支撑块44，支撑块44的底端与外套管43底部固定连接，支撑块44的顶端与内套管42底部固定连接。

作为一个示例，支撑块44为高10cm的圆台状。

进一步优选地，粗滤进水单元包括设置在外套管43中上部的进水孔431和过滤网432，过滤网432包裹在进水孔431外部。以保证一般泥土、杂草、杂物不能通过过滤网进入到外套管内部。

作为一个示例，在距离外套管顶部60-75cm处设置有三个方形进水孔。

进一步优选地，水深采集装置还包括防虫盖45，防虫盖45可拆卸地设置在外套管43顶部。进一步地，在防虫盖顶部中间设置有圆孔，圆孔的直径为8～12mm，以便水深传感器的电线通过，并带软塞垫以可能密闭。进一步地，防虫盖为PVC材料制成。

进一步地，水深传感器41通过线缆的卡子固定于内套管底部。避免了进入内套管的泥沙附在水深传感器上，影响水深传感器的感应和灵敏度。

优选地，数据采集器5预留多通讯，以满足4个以上水位传感器、2个以上雨量计和流量计扩展通讯的要求。

需要说明的是，本实用新型提供的蒸散测定系统不仅适用于水田环境的蒸散测定，还适用于湿地、水生种植和养殖等其他土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定。本实用新型提供的蒸散测定装置，可安装多组蒸散桶，且蒸散桶可设置为不同规则的尺寸，以满足模拟不同土壤表面具有浅层积水环境的要求。

需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于水田等土壤表面具有浅层积水环境的蒸散测定系统，其特征在于，包括埋设于土壤内开口向上的蒸散桶(1)、用于向蒸散桶(1)内补充水分的补水装置(2)、用于测定降水量的雨量计(3)、水深采集装置(4)、数据采集器(5)、无线传输模块(6)和数据处理终端(7)；

蒸散桶(1)内盛有土壤层和浅水层，用于模拟周围环境；

补水装置(2)包括用于测定补水量的流量计(21)；

水深采集装置(4)设置于蒸散桶(1)内，用于测定蒸散桶内的水位；

水深采集装置(4)与数据采集器(5)通讯连接，流量计(21)与数据采集器(5)通讯连接，雨量计(3)与数据采集器(5)通讯连接；

数据采集器(5)通过无线传输模块(6)将采集的数据发送给数据处理终端(7)；

补水装置(2)还包括第一补水管(22)、第二补水管(24)和电磁阀(23)；

第一补水管(22)的进水端与水源连通，第一补水管(22)的出水端通过电磁阀(23)与第二补水管(24)的进水端连通，第二补水管(24)的出水端设置于蒸散桶(1)上方；

流量计(21)设置于第二补水管(24)上。

2.根据权利要求1所述的蒸散测定系统，其特征在于，蒸散桶(1)为方形，其尺寸根据蒸散测定的地形环境和该环境下植被的根系深度进行定制。

3.根据权利要求1所述的蒸散测定系统，其特征在于，雨量计(3)为翻斗式雨量计。

4.根据权利要求1或3所述的蒸散测定系统，其特征在于，雨量计(3)设置于蒸散桶(1)的外部，且雨量计(3)高于蒸散测定环境中植被的最高冠层高度设置。

5.根据权利要求4所述的蒸散测定系统，其特征在于，雨量计(3)距离蒸散桶(1)外部边缘30～100cm进行设置。

6.根据权利要求1所述的蒸散测定系统，其特征在于，水深采集装置(4)包括水深传感器(41)、内套管(42)和竖直设置于土壤层的外套管(43)；

外套管(43)底部密封设置，外套管(43)顶部高于水层设置，内套管(42)固定安装在外套管(43)内，内套管(42)底部密封设置，内套管(42)顶部高于水层设置，水深传感器(41)置于内套管(42)内；

在外套管(43)的水层位置设置有粗滤进水单元，外套管(43)内部通过粗滤进水单元与水层连通；

内套管(42)包括从下至上依次连接的第一管体和第二管体，第二管体为微孔过滤管，第二管体与内、外套管间的水接触。

7.根据权利要求6所述的蒸散测定系统，其特征在于，水深采集装置(4)还包括设置于外套管(43)内的支撑块(44)，支撑块(44)的底端与外套管(43)底部固定连接，支撑块(44)的顶端与内套管(42)底部固定连接。

8.根据权利要求6所述的蒸散测定系统，其特征在于，粗滤进水单元包括设置在外套管(43)中上部的进水孔(431)和过滤网(432)，过滤网(432)包裹在进水孔(431)外部。

9.根据权利要求6所述的蒸散测定系统，其特征在于，内套管(42)还包括第三管体，第三管体与第二管体连接，第二管体位于水面以下，内套管内水柱中部以上。

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