一種室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置的製作方法

2023-05-01 08:55:47

本發明是關於一種室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置，屬於農業水分滲漏技術領域。

背景技術：

土壤以及土壤溶液是保障農作物生長發育的重要因素，農作物通過土壤溶液可以獲取生長所需的各種礦物質以及水分，其中，土壤溶液是土壤淋溶或滲漏產生的溶液，是土壤研究中一項重要研究對象，在化肥農藥淋溶、物質遷移和土壤汙染等領域具有重要研究價值，因而，通過收集水分淋溶或滲漏到土壤中形成的土壤溶液並進行相應研究，是農業環境領域重要的研究內容，對提升農作物的產量和品質具有重要意義。

目前，主要利用以下兩種方法來採集土壤溶液，一種是原位採集方法，例如，採用針筒式負壓抽取的方式採集土壤溶液，該方法簡便易行，但採集的土壤溶液量以及樣本量較少，尤其是對於乾旱土壤，採集成功率較低，即使利用改進的原位挖土埋設採集儲液管，隨後回填土壤的方法進行土壤溶液採集，雖然可以提升土壤溶液量以及樣本量，但採集的工作量較大、採集成本較高，且對田間自然土壤狀態擾動大。為進一步控制研究環境，提高採集量，研究人員提出的第二種採集土壤溶液的方法為室內模擬實驗法，該方法試驗條件可控且操作方便，主要包括土柱模擬法、滲漏池模擬法和箱式滲漏模擬法，其中土柱模擬法操作最為簡單、成本低廉且應用最為廣泛。土柱模擬法首先根據需要選擇土柱，其次根據試驗設計，原位或設計填裝不同類型的土壤並根據試驗需要設計定量供水，用以模擬水分與元素在不同土壤中的滲漏，然後在土柱底部設置液體收集裝置，收集滲漏的土壤溶液，最後分析收集的土壤溶液，測定出水量，並測定土壤溶液中包含的離子、pH、BOD、COD、TN和TP等理化指標。

但是該用於水分滲漏收集的土柱模擬裝置，由於土柱的高度固定，如果需要試驗設計不同深度的土壤，則需要相應準備多個土柱，使得操作複雜且裝置的重複利用率低。同時，在進行試驗時，定量水分為一次性加入，無法進行更為精細的徑流模擬滲漏試驗，而徑流模擬滲漏試驗中的徑流量、徑流速度、滲漏時間甚至徑流對土壤表層的覆蓋程度等參數，均會造成滲漏的土壤液成分的顯著差異，導致試驗結果精度較低。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明的目的是提供一種精度高且重複利用率高的室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置。

為實現上述目的，本發明採取以下技術方案：一種室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置，其特徵在於，該裝置包括一儲液皿、若干第一培養皿、一第二培養皿、一徑流瓶、一徑流監測器和一多孔滴頭；所述儲液皿頂部開口設置，若干所述第一培養皿從上到下依次串聯連接，位於最下面的所述第一培養皿內固定設置一隔板，且所述隔板上開設有一用於土壤溶液滲漏的通孔，位於最下面的所述第一培養皿底部連接所述儲液皿頂部，所述儲液皿內或與所述儲液皿連接的第一培養皿內固定設置一濾網，位於最上面的所述第一培養皿頂部連接所述第二培養皿；所述徑流瓶的出液口通過管路連接所述徑流監測器的徑流監測入口，所述徑流監測器的徑流監測出口通過管路經一徑流控制閥門與固定設置在所述第二培養皿內的多孔滴頭進液口連接，所述徑流監測器用於監測及調節流經所述徑流監測器徑流水的徑流速度和徑流量並控制所述徑流控制閥門的開啟程度。

優選地，所述徑流監測器包括復位單元、計時單元、流速監測單元、流量監測單元、調節單元、顯示單元以及閥門開啟程度控制單元；所述復位單元用於將所述計時單元、流速監測單元和流量監測單元進行復位清零；所述計時單元用於對流經所述徑流監測器的徑流水進行計時並將計時結果發送到所述流量監測單元；所述流速監測單元用於對流經所述徑流監測器徑流水的徑流速度進行監測並將監測結果分別發送到所述流量監測單元、調節單元和顯示單元；所述流量監測單元用於根據計時結果和徑流速度計算徑流量並發送到所述顯示單元；所述顯示單元用於對所述徑流速度和徑流量進行顯示；所述調節單元用於將徑流速度與預先設定的試驗所需徑流速度進行比較，並將超過或低於預先設定的試驗所需徑流速度的調節量輸出至所述閥門開啟程度控制單元；所述閥門開啟程度控制單元用於根據所述徑流監測入口的尺寸、試驗所需徑流瓶中的水量以及試驗所需徑流速度確定所述徑流控制閥門的開啟程度，並控制所述徑流控制閥門的開啟程度。

優選地，所述徑流瓶和徑流監測器之間、所述徑流監測器和多孔滴頭之間的管路均採用膠皮軟管。

優選地，所述儲液皿採用桶狀結構。

優選地，所述第一培養皿和第二培養皿的大小相同，用於盛放土壤材料。

優選地，當所述第一培養皿和第二培養皿採用直徑為10cm的培養皿時，所述多孔滴頭的直徑為8cm；當所述第一培養皿和第二培養皿採用直徑為20cm的培養皿時，所述多孔滴頭的直徑為18cm；當所述第一培養皿和第二培養皿採用直徑為30cm的培養皿時，所述多孔滴頭的直徑為28cm。

本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由於設置有徑流控制閥門和徑流監測器，可以獲得徑流模擬滲漏試驗中的徑流量和徑流速度，且能夠對徑流水的流入進行調節，進而提升試驗結果的精度。2、本發明由於設置有若干第一培養皿，可以根據不同試驗對土壤深度要求的不同設置不同個數的第一培養皿，提高裝置的重複利用率，可以廣泛應用於徑流模擬滲漏試驗中。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是本發明的徑流監測器結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖來對本發明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發明，它們不應該理解成對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」等僅僅是用於描述的目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

如圖1所示，本發明的室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置包括一儲液皿1、一濾網2、若干第一培養皿3、一第二培養皿4、一徑流瓶5、一支撐架、一徑流監測器6、一徑流控制閥門7和一多孔滴頭8，且第一培養皿3和第二培養皿4的大小相同，用於盛放土壤材料；

儲液皿1採用桶狀結構，儲液皿1內插設固定與儲液皿1直徑相同的濾網2，用於過濾土壤溶液中的雜質；若干第一培養皿3從上到下依次通過螺紋串聯連接，位於最下面的第一培養皿3內固定設置有與第一培養皿3直徑相同的隔板，且隔板上開設有一用於土壤溶液滲漏的通孔，該第一培養皿3底部通過螺紋連接儲液皿1頂部；位於最上面的第一培養皿3頂部通過螺紋連接第二培養皿4底部；本實施例中儲液皿1、第一培養皿3和第二培養皿4之間均通過螺紋連接，但是連接方式不局限於此。

徑流瓶5通過一支撐架進行支撐固定，支撐架可以採用任何形式，具體結構在此不再贅述，徑流瓶5的出液口通過管路固定連接徑流監測器6的徑流監測入口，徑流監測器6的徑流監測出口通過管路經徑流控制閥門7與固定設置在第二培養皿4上方的多孔滴頭8進液口連接，徑流監測器6用於監測及調節流經徑流監測器6徑流水的徑流速度和徑流量並控制徑流控制閥門7的開啟程度。

在一個優選的實施例中，如圖2所示，徑流監測器6包括復位單元61、計時單元62、流速監測單元63、流量監測單元64、顯示單元65、調節單元66以及閥門開啟程度控制單元67；復位單元61分別連接計時單元62、流速監測單元63和流量監測單元64，用於將上述三個單元進行復位清零。計時單元62用於對流經徑流監測器6的徑流水進行計時並將計時結果發送到流量監測單元64；流速監測單元63用於對流經徑流監測器6徑流水的徑流速度進行監測並將監測結果分別發送到流量監測單元64、顯示單元65和調節單元66。流量監測單元64用於根據計時結果以及徑流速度計算徑流量並發送到顯示單元65。顯示單元65用於對徑流速度和徑流量進行顯示。調節單元66用於將徑流速度與預先設定的試驗所需徑流速度進行比較，並將超過或低於預先設定的試驗所需徑流速度的調節量輸出至閥門開啟程度控制單元67。閥門開啟程度控制單元67用於根據徑流監測入口的尺寸、試驗所需徑流瓶5中的水量以及試驗所需徑流速度確定徑流控制閥門7的開啟程度，並控制徑流控制閥門7的開啟程度。

在一個優選的實施例中，徑流瓶5和徑流監測器6之間、徑流監測器6和多孔滴頭8之間的管路均可以採用膠皮軟管9。

在一個優選的實施例中，當第一培養皿3和第二培養皿4採用直徑為10cm的培養皿時，多孔滴頭8採用直徑為8cm的多孔滴頭8；當第一培養皿3和第二培養皿4採用直徑為20cm的培養皿時，多孔滴頭8採用直徑為18cm的多孔滴頭8；當第一培養皿3和第二培養皿4採用直徑為30cm的培養皿時，多孔滴頭8採用直徑為28cm的多孔滴頭8，用於將多孔滴頭8內的徑流水可以均勻噴灑第二培養皿4內的土壤空間。

在一個優選的實施例中，濾網2還可以設置在位於隔板下方的第一培養皿3底部，且濾網2的直徑與第一培養皿3的直徑相同。

下面通過具體實施例詳細說明本發明的室內模擬試驗用水分滲漏收集裝置的使用方法：

1)根據試驗需求確定第一培養皿3的個數，將儲液皿1、濾網2、第一培養皿3和第二培養皿4組裝完成後，按照試驗土壤原位土層的分布，將土壤材料填裝進第一培養皿3和第二培養皿4中。

2)將徑流瓶5中裝入試驗用水並固定連接在支撐架上，通過膠皮軟管9將徑流瓶5、徑流監測器6、徑流控制閥門7和多孔滴頭8相應連接，並將多孔滴頭8設置在第二培養皿4上方。

3)開啟徑流監測器6，根據試驗需要設計及確定徑流量與徑流時間，開始向第二培養皿4中噴入徑流水，通過復位單元61對徑流監測器6進行復位，通過計時單元62對流經徑流監測器6的徑流水進行計時，通過流速監測單元63對徑流速度進行監測，通過流量監測單元64對徑流水的徑流量進行監測，通過顯示單元65顯示得到的徑流速度及徑流量，通過調節單元66將超過或低於試驗所需徑流速度的調節量輸出至閥門開啟程度控制單元67，並通過閥門開啟程度控制單元67控制徑流控制閥門7的開啟程度。

4)根據試驗需要，在特定時間內更換儲液皿1，通過儲液皿1收集得到的土壤溶液並在實驗室中測定所需指標。

上述各實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、連接方式和製作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。