[发明专利]模拟地下水的非饱和供水装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于模拟地下水埋深控制性试验的模拟地下水的供水装置，尤其涉及一种模拟地下水的非饱和供水装置，属于土壤物理学领域。

背景技术

农业面源污染、农田生态系统中潜水利用以及土壤盐渍化等日益受到世界各国的关注，许多学者都针对这些问题进行了大量研究。在地下水浅埋地区，潜水蒸发是农田生态系统水循环的重要组成部分，也是地下水的主要排泄方式之一；反过来，作物通过消耗地下水也影响着地下水埋深。地下水埋深对于农业面源污染和土壤盐渍化也起着非常重要的作用。因此，模拟地下水埋深的控制性试验得到了广泛应用。然而，在模拟不同地下水埋深情况的科研试验中，目前普遍采用的是饱和供水方式，这必然要求试验土柱高度必须大于最大地下水埋深，从而使实际应用的试验土柱高度较高，成本较大，操作不便；或者使埋深设置范围受到极大限制，尤其是在农田生态系统潜水蒸发利用的科学研究中，为了模拟地下水较大埋深情况，需要在野外开挖较深(4～5m)的地下室，但科研试验通常仅关心作物根区(1～2m)土壤水分分布及蒸散发情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟地下水的非饱和供水装置，用于解决目前在模拟不同地下水埋深情况的科研试验中，普遍采用的饱和供水方式存在的试验土柱高度较高或埋深设置范围受限的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的模拟地下水的非饱和供水装置包括土壤存储器、储水器、水压调节器、压力差传感器、土壤水分传感器、数据处理单元。土壤存储器用于填入试验土柱，所述土壤存储器的底部设有进水阀；储水器呈封闭结构，用于向所述土壤存储器供水，所述储水器的底部设有出水阀和底部进气阀，所述储水器的顶部设有顶部进气阀，所述出水阀通过管道连接于所述进水阀；水压调节器呈封闭结构，用于储水以调节所述储水器中的压力，所述水压调节器的顶部设有排气阀，所述水压调节器的侧面设有水压调节进气阀，所述排气阀管道连接于所述底部进气阀；压力差传感器用于测定所述储水器上下两端的压力差，所述压力差传感器的高压端连接于所述底部进气阀，所述压力差传感器的低压端连接于所述顶部进气阀；土壤水分传感器设于所述土壤存储器的侧壁且插入试验土柱中，用于检测试验土柱的水分；数据处理单元和所述压力差传感器和所述土壤水分传感器连接，用于根据设定的时间间隔自动采集、存储和显示试验土柱剖面含水量数据和供水量数据。

在上述模拟地下水的非饱和供水装置的一种优选实施方式中，所述土壤存储器的底层为用于填入颗粒物的缓冲区。

在上述模拟地下水的非饱和供水装置的一种优选实施方式中，所述水压调节器的侧面设有多个位于不同高度的水压调节进气阀。

在上述模拟地下水的非饱和供水装置的一种优选实施方式中，所述土壤水分传感器为多个，且所述多个土壤水分传感器分别设于所述土壤存储器的侧壁的不同高度。

本发明的土壤存储器填入试验土柱之后，可以在试验土柱底部或者其优选实施方式的缓冲区形成一个水势张力面，利用土壤本身的毛管吸力，水分不断从缓冲区进入土壤并向上传输，从而实现非饱和自动供水，模拟实际地下水埋深并测定水分变化过程，试验过程所应用的试验土柱体积也较小，成本较低。此外，本发明的数据处理单元可以自动记录土壤剖面水分变化过程，时间间隔可自由设定为不同间隔。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

在详细描述本发明之前，简单说明一下“饱和”和“非饱和”的概念，二者为土壤物理学术语，土壤中所有孔隙都充满水即为“饱和”。土壤中部分孔隙有水为“非饱和”。现有底部供水装置的出水端的水为自由水，因此接触供水端的土壤先达到饱和后，土壤中水分再向上扩散。本发明的出水端水压小于大气压(也称负压)，接触供水端土壤未达到饱和(非饱和)，依靠土壤的吸力将水吸入土壤中，然后再向上扩散。

图1示意性的示出了本发明优选实施例的结构，如其所示，本发明优选实施例包括水压调节器1、压力差传感器2、储水器3、土壤存储器4、土壤水分传感器5、数据处理单元6。需要补充说明的是，为了简化附图，图1未示出连接压力差传感器2和数据处理单元6的信号传输线路。