专利名称：一种土壤侧渗量的自动测量系统和方法
技术领域：
本发明涉及农业水土工程学中土壤侧渗性能的评估技木，尤其涉及土壤渗漏量的自动测量系统和方法。
背景技术：
农田土壤渗漏量或侧渗量的测量是农田水循环系统中的ー个重要环节，它涉及到灌溉或降雨后土壌水分分布、化肥以及农药等污染物随水分迁移情况的监测等。研究这ー测量过程对于减少农田排水和污染物排放、増加土壌入渗和养分截留以及农田污染防治等方面具有非常重要的意义。现有的水量平衡法属于间接计算河道渗漏量的ー种方法，具体实施包括在试验田周边堵截水渠使该水渠两端封闭，根据水渠中水量变化、降雨量、蒸发量来计算农田土壌的侧渗量。 水量平衡法虽然简单直观，但测量精度比较低，其缺陷在于测量需要根据其他一些參数来估算，因而不能直接获得侧渗量数据，且增加了计算的误差，也因为测量时限的滞后导致不能实时获得侧渗量动态数据。因此，需要对现有的水量平衡法加以改进，能够从根本上改变子现有方法自动测量功能少、不能实时测量的问题，且具有操作简单、运输移动便利、大大节省人力和物カ以及实时准确获得侧渗量动态数据等优点，既适用于室内测试，也适用于野外测试，不受地形限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种土壤侧渗量的自动测量系统及方法，能够实时精确获得侧渗量动态数据。为了解决上述技术问题，本发明提供了ー种土壤侧渗量的自动测量系统，包括侧渗测量装置、数据采集处理装置以及太阳能供电装置，其中侧渗测量装置，包括渗滤液储管及其堵头、水位传感器以及通过三通管接与渗滤液储管连接的渗滤液收集管，埋在土壤单侧不同土深的渗滤液收集管获取的土壤侧渗水通过三通管接流入渗滤液储管，由水位传感器将实时测得的渗滤液储管中渗滤液的水位測量值输出给数据采集处理装置；数据采集处理装置，用于根据输入的水位测量值和水位与流量之间的函数关系实时计算出侧渗量，并记录实时计算出的侧渗量；太阳能供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为侧渗測量装置和数据采集处理装置提供工作电源。优选地，侧渗测量装置的所述水位传感器包括浮子和重锤，由一柔性管将该浮子和该重锤连接进入渗滤液收集管，该水位传感器的分辨率为O. 8mm,读数频率范围设为25 35min/次；重锤行程管的内径范围为25mm±5mm。
优选地，将重锤置于一重锤行程管内，由柔性管将浮子和置有重锤的该重锤行程管连接进入渗滤液收集管。优选地，侧渗测量还包括拉カ传感器，其中浮子通过钢丝绳悬于该拉カ传感器之下，该拉カ传感器的两个拉カ传递部分的两端分别固定在一起，用于调控浮子的行程，该拉カ传感器的量程为IOOOmm土 10mm，该拉カ传感器的精度为O. 1mm。优选地，渗漏液收集管的长度根据侧渗水平距离设计，该渗漏液收集管的直径范围为100mm±10mm ;该渗漏液收集管与土面接触的进水口段做成斜面打入土层内，且该渗漏液收集管与渗滤液储管的三通接ロ处用无纺布缠绕作为过滤层。优选地，数据采集处理装置包括依次连接的采集控制模块、计算模块以及存储模块，其中
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采集控制模块，用于分时间段通过多路信号输入单元采集多路水位传感器信号，·通过信号调理单元对采集的多路信号进行信号调理，通过信号转换单元将调理的多路信号转换为參与计算的水位数据，并将各时间段的水位数据保存在存储模块中；计算模块，用于设定条件參数初值，根据设定的条件參数初值和各时间段的水位数据，按下列公式表达的水位测量值与流量之间的函数关系循环计算不同灌水量条件下的所述侧渗量，并将计算出的侧渗量数据保存在存储模块中；
权利要求
1.一种土壤侧渗量的自动测量系统，包括侧渗测量装置、数据采集处理装置以及太阳能供电装置，其特征在于 侧渗测量装置，包括渗滤液储管及其堵头、水位传感器以及通过三通管接与渗滤液储管连接的渗滤液收集管，埋在土壤单侧不同土深的渗滤液收集管获取的土壤侧渗水通过三通管接流入渗滤液储管，由水位传感器将实时测得的渗滤液储管中渗滤液的水位测量值输出给数据采集处理装置； 数据采集处理装置，用于根据输入的水位测量值和水位与流量之间的函数关系实时计算出侧渗量，并记录实时计算出的侧渗量； 太阳能供电装置，用于将太阳能转换成电能并储存起来，为所述侧渗测量装置和所述数据采集处理装置提供工作电源。
2.按照权利要求I所述的系统，其特征在于， 所述侧渗测量装置的所述水位传感器包括浮子和重锤，由一柔性管将该浮子和该重锤连接进入所述渗滤液收集管，该水位传感器的分辨率为O. 8_，读数频率范围设为25 35min/次；重锤行程管的内径范围为25mm±5mm。
3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于， 将所述重锤置于一重锤行程管内，由所述柔性管将所述浮子和置有所述重锤的该重锤行程管连接进入所述渗滤液收集管。
4.按照权利要求2所述的系统，其特征在于，所述侧渗测量还包括拉力传感器，其中 所述浮子通过钢丝绳悬于该拉力传感器之下，该拉力传感器的两个拉力传递部分的两端分别固定在一起，用于调控浮子的行程，该拉力传感器的量程为1000mm± 10mm，该拉力传感器的精度为O. 1mm。
5.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，所述渗漏液收集管的长度根据侧渗水平距离设计，该渗漏液收集管的直径范围为100mm±10mm ;该渗漏液收集管与土面接触的进水口段做成斜面打入土层内，且该渗漏液收集管与渗滤液储管的三通接口处用无纺布缠绕作为过滤层。
6.按照权利要求I至5任一项所述的系统，其特征在于，所述数据采集处理装置包括依次连接的采集控料模块、计算模块以及存储模块，其中 采集控制模块，用于分时间段通过多路信号输入单元采集多路水位传感器信号，通过信号调理单元对采集的多路信号进行信号调理，通过信号转换单元将调理的多路信号转换为参与计算的水位数据，并将各时间段的水位数据保存在存储模块中； 计算模块，用于设定条件参数初值，根据设定的条件参数初值和各时间段的水位数据，按下列公式表达的所述水位测量值与流量之间的函数关系循环计算不同灌水量条件下的所述侧渗量，并将计算出的侧渗量数据保存在存储模块中 nt-ti 将开始收集土壤侧渗滤液的时间分为m个时间段，即有t1; t2，t3. . .，tm时刻，其中tn时刻小于或等于tm时刻；式中Vtn为tn时刻对应的土壤侧渗量； 存储模块，用于通过条件参数存储单元保存计算模块在不同灌水量下设定的所述条件参数初值，通过采集数据存储单元保存采集控制模块采集处理的水位数据，通过结果数据存储单元保存计算模块计算的侧渗量数据。
7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据采集处理装置还包括显示模块，用于显示所述各时间段的测量时间、多路水位数据以及适应不同侧渗速率情况下各时间段侧渗量数据。
8.一种土壤侧渗量的自动测量方法，其特征在于，涉及侧渗测量装置和数据采集处理装置，该方法包括 侧渗测量装置将实时采集的水位输出给数据采集处理装置； 数据采集处理装置根据输入的水位测量值和水位与流量之间的函数关系实时计算出侧渗量，并记录计算出的侧渗量。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述侧渗测量装置将实时采集的水位输出给数据采集处理装置，具体包括 通过埋在土壤单侧不同土深的渗滤液收集管获取土壤侧渗水，该土壤侧渗水通过三通管接流入渗滤液储管，通过水位传感器实时测得渗滤液储管中渗滤液的水位，并将测得的水位测量值输出给所述数据采集处理装置；所述水位传感器包括浮子和重锤，由一柔性管将该浮子和该重锤连接进入所述渗滤液收集管。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述侧渗测量装置将实时采集的水位输出给数据采集处理装置，还具体包括 将所述重锤置于一重锤行程管内，由所述柔性管将所述浮子和置有所述重锤的该重锤行程管连接进入所述渗滤液收集管；所述水位传感器的分辨率为O. 8mm，读数频率范围设为25 35min/次；所述重锤行程管的内径范围为25mm±5mm。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，所述侧渗测量装置将实时采集的水位输出给数据采集处理装置，还具体包括 将所述浮子通过钢丝绳悬于该拉力传感器之下，该拉力传感器的两个拉力传递部分的两端分别固定在一起，用于调控浮子的行程，该拉力传感器的量程为IOOOmm土 10mm，该拉力传感器的精度为O. 1mm。
12.按照权利要求8至11任一项所述的方法，其特征在于，所述数据采集处理装置根据输入的水位测量值和水位与流量之间的函数关系实时计算出侧渗量，并记录计算出的侧渗量，具体包括所述数据采集处理装置 采集多路水位传感器信号，对采集的多路信号进行信号调理，将调理的多路信号转换为参与计算的水位数据，并将各时间段的水位数据保存； 设定条件参数初值，根据设定的条件参数初值和各时间段的水位数据，按下列公式表达的所述水位测量值与流量之间的函数关系循环计算不同灌水量条件下的所述侧渗量，并将计算出的侧渗量数据保存； : y声2) 将开始收集土壤侧渗滤液的时间分为m个时间段，即有t1; t2，t3. . .，tm时刻，其中tn时刻小于或等于tm时刻式中Vtn为tn时刻对应的土壤侧渗量。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括； 所述数据采集处理装置显示所述各时间段的测量时间、多路水位数据，以及适应不同侧渗速率情况下各时 间段侧渗量数据。
全文摘要
本发明披露了一种土壤侧渗量的自动测量系统和方法，系统包括侧渗测量装置通过三通管接与渗滤液储管连接的渗滤液收集管，埋在土壤单侧不同土深的渗滤液收集管获取的土壤侧渗水通过三通管接流入渗滤液储管，由水位传感器将实时测得的渗滤液储管中渗滤液的水位测量值输出给数据采集处理装置；数据采集处理装置根据输入的水位测量值和水位与流量之间的函数关系实时计算出侧渗量，并记录实时计算出的侧渗量；太阳能供电装置将太阳能转换成电能并为侧渗测量装置和数据采集处理装置提供工作电源。本发明能够实时快速准确获得侧渗量测量结果，大大节省了人力和物力。
文档编号G01F23/58GK102818758SQ201210342638
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者张晴雯, 赵军, 杨正礼, 张爱平, 易军 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所