[发明专利]现场组装式多层土壤水势水位测量装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤水势水位测量领域，尤其是一种现场组装式多层土壤水势水位测量装置及使用方法。

背景技术

土壤的水势/水位，作为重要的水力和水文特性，直接关系到土质边坡的稳定性能、植被的水分得失情况等。传统方法一般采用TDR或FDR技术测量土体的电导率、介电常数等，进而转化为含水率。然而，这种传统方法属于间接测量方法，受多因素影响，测量精度较低，难以满足要求。另外，采用含水率评价土壤水势受土体类型的影响。相同水势条件下，不同的土体存在较大差异，采用传统方法评价土壤水势带来技术难题。

为了克服上述难题，专利2012105540257提出一种用于测量土中水的水势的张力计，可直接测量土体的水势。专利201420142019.5提出采用单点多层测量不同深度土体的参数。结合这两个专利，理论上可以对现场土壤水势进行测量。然而，这些专利中仪器埋设一般采用挖孔方法，不仅可能造成设备和土体接触不好，影响测量结果，还无法适用在层压水条件下的测量。另外，不同于其他土壤特性测量设备，只有在饱和条件下感应材料才具备透水不透气的特性，张力计读数才是准确的。在挖孔埋设过程中时间较长，难以保证张力计不产生汽化。专利2014100217282提出一种现场土壤水势测量仪及其使用方法，可直接测量现场土体的水势。然而，此种装备采用挤压打设方法克服了挖孔预埋的不足，但仅为单点测量，测量范围有限。为了扩展其测量范围，将其设计为多点测量时，由于设备较长，开展饱和步骤难度较大。如何设计设备既可开展多点测量还易于饱和是该领域的技术难题。

为此，有必要设计一种新型的土壤水势水位测量装置，能够根据需要同时测量多个点的水势水位。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种现场组装式多层土壤水势水位测量装置，用来克服现有土壤水势水位测量装置无法同时测量不同深度的多个点的数据的问题。

本发明是这样实现的，一种现场组装式多层土壤水势水位测量装置，包括一套通过水位传感器测量水位的水位测量系统、至少一套通过测量水压确定水势的水势测量系统、一套数据处理系统；其中所述水位测量系统设置在最底部、所述水势测量系统设置在所述水位测量系统上侧，所述水位测试系统与所述水势测试系统之间通过过盈配合插接相连；所述水位测试系统内设有水位传感器，所述水位传感器与所述水势测量系统之间、所述水势测量系统与所述数据处理系统之间通过电缆线相连；所述水位测量系统为倒置的圆锥体结构，其尖头向下；所述水势测量系统为空心圆柱体结构，其形状主体由外壁构成。通过该组装结构，可以实现多个点同时测量土壤水势水位，并且可以根据不同需要选择不同数量的水势测量系统进行组装，整个装置变成了模块化的组装结构，设备的自由度大大增加。

本发明的进一步技术方案是：包括多套水势测量系统，所述水势测量系统之间通过过盈配合插接相连；所述水势测量系统内设有防水电缆接头将多套所述水势测量系统之间的电缆线相连。通过电缆线实现信息和电能的交换，实现设备测量和能源供应。

本发明的进一步技术方案是：所述水势测量系统设有感应材料、外壁、内部腔体、预设孔、测量管道、测量装置；所述感应材料为空心圆环体结构并环绕所述水势测量系统一周；所述外壁与所述感应材料内层合围形成内部腔体，所述内部腔体内设有多个预设孔，所述预设孔的一端与所述内部腔体相连，另一端与所述测量管道相连，所述测量管道延伸至所述测量装置使得所述测量装置与所述内部腔体之间形成通路；所述测量装置通过电缆线与所述数据处理系统相连；所述感应材料在饱和状态透水不透气。通过这种结构实现了水势的测量，排除了干扰。测量时需要在内部腔体中充满液体，通过测量液体压强的改变实现水势的测量。作为一种优选，土壤水势感应材料为进气值为1Bar的纳米陶瓷材料，测量装置为微型高精度防水压力传感器，其信号输出为数字信号。

本发明的进一步技术方案是：所述水势测量系统还设有胶结材料，所述胶结材料设置在所述感应材料底面的上下两端。胶结材料对感应材料进行密封，防止有水渗出。

本发明的进一步技术方案是：所述水位测量系统内部设有包括锥头、细料、粗料、透水孔、水位传感器；所述透水孔设置在所述锥头上；所述细料设置在所述锥头内部，所述粗料设置在所述细料上层，所述水位传感器设置在所述粗料内部。

本发明的进一步技术方案是：所述粗料的粒径大于1mm；所述细料的粒径小于1 mm。作为一种优选，细料为细砂，粗料为粗砂。

本发明的进一步技术方案是：所述水势测量装置的顶部设有组装式母头、底部设有组装式公头。通过公头和母头的插接实现不同水势测量系统之间的联合。