专利名称：野外入渗仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土壤水分运动参数测量技术领域，具体涉及一种野外入渗仪。
背景技术：
精确测量土壤入渗速度，可以准确指导农业田间灌溉、探讨森林流域产流机制、更好确定土地利用方式、避免洪涝灾害、确定土壤改良和水土保持等评价和设计中需要的关键参数，因此，研究其测定方法具有重要的意义。 测量土壤入渗速度的方法很多，例如双环法、环刀法、人工降雨法、圆盘入渗仪法、入渗筒法、单环定量加水法、AgNO3-NaCl离子示踪法等。在众多测量方法中存在技术和方法上的各种误差，其中有些方法价格昂贵，不利于普遍使用。双环法是被广泛应用于农业、林业、水利以及城市规划等行业进行野外测量土壤入渗速度的方法。由于双环法中存在着误差较大的问题，因此许多研究者对此方法开展了各种减少误差的措施的研究，有的研究者已将双环法的供水方式改为各种自动供水方式；还有一些研究者为了避免入渗水头的微小变化引起水量的很大变化而提出了各种解决方法，如通过控制加水器通气管下部管口的开闭，来减少每次的供水量，进而使内外环内的水位变化很小；还有加入探头等装置来提高测量精度，这些装置有的非常复杂，增加了在野外使用的诸多不便，且价格较高。由于环体直径较大，在野外向土壤中压入内外环时会使土体松动，且确定压入环体高度的方法也不简易、不精确，费力费时。
发明内容本实用新型的目的是提供一种野外入渗仪，解决了现有技术中存在结构复杂，不便野外使用；操作过程复杂，精确度不够，费力费时的问题。本实用新型所采用的技术方案是，一种野外入渗仪，包括同样高20cm的外环和内环，所述的外环上沿沿圆周设置有多个外环受压端；外环内同轴心同高度设置有内环，内环外壁竖直方向中间高度处按沿圆周均匀设置三个内环定位片，该三个内环定位片的垂直位置向上2cm处设置有内环进水阀，内环内壁顶端在竖直方向向下Icm处按沿圆周均匀设置有三个销钉；在内环内腔上段套装有一个有底环，有底环的高度是内环高度的一半，有底环外壁沿竖直方向设置一半圆凹槽，半圆凹槽凸向有底环的环心方向，半圆凹槽的凹面对向内环的内环进水阀，该半圆凹槽与内环的内壁构成一个上下通透的细管；内环上端安装有承压盖；在外环与内环之间设置有可调节高度的支架，支架下段设置有箍环，箍环中固定有马氏瓶；马氏瓶外壁下端设置有进气阀和出水阀，马氏瓶顶端设置一个注水口，马氏瓶侧壁设置有水位观测装置。本实用新型的有益效果是利用可调节高度的支架控制马氏瓶维持内环内的入渗水头(可调节范围为:T7cm)，由于有底环的存在，使得入渗水头的自由水面处于内环与有底环环壁之间的环状缝隙内，自由水面面积大为减小，从而极大地减少了因入渗水头变化引起的进入内环中的水量大量变化，降低了供水系统不稳定对入渗速度测定结果的影响，提高了测量的精度和灵敏度；根据预先加入有底环的水量，再通过利用入渗结束后回收进入有底环内水量之间的差值，对马氏瓶实际供水量进行修正，提高入渗量资料分析的精度；通过有底环中间带橡胶塞的圆孔来缩短间歇入渗时的排水时间，使排水过程简便；有底环为透明有机玻璃可方便观察入渗状况和土壤表面变化。
图I是本实用新型实施例的野外入渗仪测定装置的结构立体图。图中，I.外环；2.内环；3.有底环；4.内环进水阀；5.承压盖；6.支架；7.马氏瓶；8.进气阀；9.出水阀；10.注水口 ；11.水位管；12.外环提把；13.外环受压端；14.内 环定位片；15.销钉；16.L型孔；17.半圆凹槽；18.圆形孔；19.三角形有机玻璃板；20.圆柱体；21.内环提把；22.承压盖卡片；23.橡胶塞；24.软管；25.支架底架；26.调节螺钮；27.箍环；28.挂钩。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。本实用新型装置要解决的技术问题是针对双环法，设计一个自动供水入渗造成稳定水层，能够连续测记入渗率随时间变化的精度较高的仪器；在某一高度范围内减少入渗内环自由水面表面面积，减少供水过程中积水水头变化产生的地表上层积水水层内水量波动，进而减小由于供水不稳定或者积水水头不稳定对入渗速度测定结果的影响；在间歇入渗试验时，缩短排水时间，使排水过程简便；在安放内环进入土壤时，减少由于环体入土过程不均匀而对土体造成的松动，并且减少因震动而产生的环壁与土体接触不良，而导致入渗水沿环壁可能产生的集中渗漏现象；固定内环压入土体的高度。参照图1，本实用新型的野外入渗仪结构是，主要包括外环I、内环2、有底环3、承压盖5、马氏瓶7和支架6，其中的外环I高20cm，其上沿沿圆周设置有两个外环提把12和多个外环受压端13(优选3-4个)，各个外环受压端13用于在下入外环I时承受敲击力。外环I内同轴心同高度设置有内环2，内环2外壁上沿对称设有两个内环提把21，且外壁竖直方向中间高度处按沿圆周均匀设置三个内环定位片14，该三个内环定位片14沿径向的截面呈L型，该三个内环定位片14的垂直位置向上2cm处设置有内环进水阀4，内环2内壁顶端在竖直方向向下Icm处按沿圆周均匀设置有三个销钉15。在内环2内腔上段设置有一个有底环3，有底环3的外径略小于内环2的内径，两者配合套接，有底环3优选有机玻璃材料制作，有底环3的高度是内环2高度的一半，有底环3外壁沿竖直方向设置一直径3. 5cm的半圆凹槽17，半圆凹槽17凸向有底环3的环心方向，半圆凹槽17的凹面对向内环2的内环进水阀4,该半圆凹槽17与内环2的内壁构成一个上下通透的细管。有底环3圆壁从顶端竖直方向向下Icm处沿圆周均匀开有三个直角L形槽孔，所述的L形槽孔包括竖直方向的槽和水平方向的槽，该L形槽孔竖直方向的长度为3cm，内环2上三个直径为Icm的销钉15与该三个L形槽孔一一对应挂接，共同实现固定有底环3并升高或降低有底环3高度的作用；有底环3底部轴心设有一圆形孔18，该圆形孔18中安装有橡胶塞23，可以拔下或塞紧，实现开闭作用；有底环3内壁沿圆周均匀固定有三块三角形有机玻璃板19，防止有底环3在使用过程中发生变形。内环2上端安装有承压盖5，承压盖5的侧壁壁厚、内径、外径与内环2壁厚、内径、外径相同，承压盖5顶端轴心设置有圆柱体20，该圆柱体20的直径为4cm、高为5cm ；在内环2外壁上均匀固定有三个卡片22，用于固定承压盖5，使其在敲击中不易滑落，将承压盖5盖在内环2环壁上端沿，敲击承压盖5顶端的圆柱体20，使内环2均匀受压后向下嵌入土壤内。在外环I与内环2之间设置有支架6，支架6中设置有调节螺钮26，用于支架6高度的伸缩调节，支架6顶端设有挂钩28，用于悬挂供水的马氏瓶7 ;支架6下段设置有箍环27，箍环27中固定马氏瓶7 ;支架6底端设有Γ型弯钩25，与支架6底端一同插入土壤内，共同用于将支架6固定在土壤中。马氏瓶7外壁下端设置有两个进气阀8和一个出水阀9，马氏瓶7顶端轴心设置一个注水口 10，马氏瓶7侧壁设置有水位观测装置。水位观测装置选用水位管11或浮子式水位计，用于测量马氏瓶7内的水位变化。本实用新型装置采用马氏瓶7实现自动向内环2内部供水，节省人力，且携带方便；马氏瓶7上设置的两个进气阀8，在试验中可根据供水量的大小，通过开启或者关闭进气阀8的数量开度，来提高内环中入渗水头的稳定性，提高入渗率测定的精度。通过对承压盖5上圆柱体20施加下压力，能够减少将内环2压入土壤时因受力不均而使土体裂缝；也能够避免因振动使土体结构变松，而产生环壁与土体接触不良，使得水沿内环2环壁集中渗漏情况的发生。内环2外壁上均匀设置的三个内环定位片14，能够在压下内环2时精确固定压入的高度，方便操作。本实用新型装置的具体操作方法是步骤1，先将地面稍加整平，将内环2置于地面，将承压盖5盖在内环2上端沿，用大锤敲击承压盖5顶端的圆柱体20，使内环2下端沿进入土壤IOcm深，此时内环2外壁的内环定位片14与土壤表面刚好接触。再将有底环3装入内环2中，有底环3的半圆凹槽凹口与内环2的内环进水阀4相对应，通过三个销钉15固定有底环3的高度位置，使其处于高位，再用橡胶塞23将圆形孔18塞上。步骤2，与内环2同心，将外环I打入土壤内，直至外环I上边沿与内环2齐平且水平。步骤3，将支架6固定于内环2与外环I之间并调节好高度。将马氏瓶7固定在支架6的箍环27中，马氏瓶7底部应距地表f 3cm，马氏瓶7上端与支架6的挂钩28连接。关闭马氏瓶7底端的两个进气阀8和一个出水阀9，拔掉顶端注水口 10的橡胶盖，向马氏瓶7中加水，当马氏瓶7中水位超过标尺零点时，停止加水，塞紧注水口 10的橡胶盖。微开出水阀9，使马氏瓶7内减压，直至出水阀9不连续出水为止，关掉出水阀9。然后打开两个进气阀8，则进气阀8可能会有少量水溢出，少许时间后，进气阀8停止溢水。微开出水阀9，进气阀8中水位应该下降，并有空气通过内环进水阀4进入马氏瓶7中。观察的原则是出水阀9有连续水流流出，而进气阀8无水溢出。记录水位管11中的初始水位。步骤4，用橡胶材料的软管24将马氏瓶7的出水阀9与内环2的内环进水阀4连通。再用量筒称量1800ml的水量倒入塞有橡胶塞23的有底环3中。打开马氏瓶7的出水阀9，水流进入内环2的同时取掉圆形孔18中的橡胶塞23，并启动秒表计时，待内环2中自由水面与有底环3底面相接时，迅速塞上橡胶塞23 ;同时要向外环I和内环2之间注入一定量的水，使内环2、外环I之间的水面基本齐平，即开始根据设定时间读取马氏瓶7水位读数。步骤5，入渗进行一段时间后，入渗量将会减小，为进一步提高灵敏度，应将马氏瓶7的两个进气阀8中的一个关闭。 步骤6，试验结束后，取掉有底环3底部的橡胶塞23，通过销钉15降低有底环3的高度，使有底环3底部与土壤表面接触，并使积水入渗水头通过有底环3底部圆形孔18进入有底环3内，再将橡胶塞23塞紧。用量筒称量有底环3的内部水量，若水量大于试验开始时倒入有底环3内的水量1800ml，则应在计算累积入渗量中减去两个水量的差值；若水量小于1800ml，则应在计算累积入渗量中加上两个水量的差值。本实用新型野外入渗仪的测定原理是内、外环为同心环，向外环I内一直供水，以满足内、外环的侧向水分交换，采用可调节高度的马氏瓶7自动向内环2中供水，以保持细管内3 7cm的积水入渗水头，有底环3底面和土壤表面维持2cm的积水入渗水头，内环2中的水分就会维持垂直一维的入渗运动。通过马氏瓶7中水位的变化，计算出入渗到土壤中的累积入渗量与时间的变化关系，通过求导得到3 7cm的积水入渗水头的土壤入渗速度随时间的变化关系。此曲线在入渗刚开始时，入渗速度很大，随着时间增加，呈指数线型迅速减小，当入渗一定时间后，入渗速度就会减小并接近一个定值，并将接近此定值的入渗率作为稳定入渗率。本实用新型装置具有较高的精度和实用性，结构简单，便于携带和组装，工作强度小，操作简便，反映灵敏，完全能够满足科研和生产部门进行野外原位入渗试验要求。
权利要求1.一种野外入渗仪，其特征在于包括高20cm的外环(I)和同高度的内环(2)，所述的外环(I)上沿沿圆周设置有多个外环受压端(13);外环(I)内同轴心同高度设置有内环(2)，内环(2)外壁竖直方向中间高度处按沿圆周均匀设置三个内环定位片(14)，该三个内环定位片(14)的垂直位置向上2cm处设置有内环进水阀(4)，内环(2 )内壁顶端在竖直方向向下Icm处按沿圆周均匀设置有三个销钉(15)； 在内环(2)内腔上段套装有一个有底环(3)，有底环(3)的高度是内环(2)高度的一半，有底环(3)外壁沿竖直方向设置一半圆凹槽(17)，半圆凹槽(17)凸向有底环(3)的环心方向，半圆凹槽(17)的凹面对向内环(2)的内环进水阀(4)，该半圆凹槽(17)与内环(2)的内壁构成一个上下通透的细管； 内环(2)上端安装有承压盖(5)； 在外环(I)与内环(2)之间设置有可调节高度的支架(6)，支架(6)下段设置有箍环(27)，箍环(27)中固定有马氏瓶(7)； 马氏瓶(7 )外壁下端设置有两个进气阀(8 )和一个出水阀(9 )，马氏瓶(7 )顶端设置一个注水口(10)，马氏瓶(7)侧壁设置有水位观测装置。
2.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的三个内环定位片(14)沿径向的截面呈L形。
3.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的有底环(3)内壁沿圆周均匀固定有三块三角形有机玻璃板(19 )。
4.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的支架(6)中设置有调节螺钮(26)，支架(6)顶端设有挂钩(28)，所述的支架(6)底端设有「形弯钩(25)。
5.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的承压盖(5)的侧壁壁厚、内径、外径与内环(2)壁厚、内径、外径相同，承压盖(5)顶端轴心设置有圆柱体(20)。
6.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的水位观测装置选用水位管(11)或浮子式水位计。
7.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的外环(I)上沿沿圆周设置有外环提把(12)，内环(2)外壁上沿对称设有内环提把(21);在内环(2)外壁上均匀固定有三个卡片(22)。
8.根据权利要求I所述的野外入渗仪，其特征在于所述的有底环(3)圆壁从顶端竖直方向向下Icm处沿圆周均匀开有三个直角L形槽孔，内环(2)上三个销钉(15)与该三个L形槽孔一一对应挂接；有底环(3)底部轴心设有一圆形孔(18)，该圆形孔(18)中安装有橡胶塞(23)。
专利摘要本实用新型公开了一种野外入渗仪，包括在外环内同轴心同高度设置有内环，内环设置有内环进水阀；在内环内腔上段套装有一个有底环，有底环的高度是内环高度的一半，有底环外壁沿竖直方向设置一半圆凹槽，半圆凹槽凸向有底环的环心方向，半圆凹槽的凹面对向内环的内环进水阀，该半圆凹槽与内环的内壁构成一个上下通透的细管；有底环底部轴心的圆形孔中安装有橡胶塞；内环上端安装有承压盖，承压盖顶端轴心设置有圆柱体；在外环与内环之间的支架上固定有马氏瓶；马氏瓶设置有进气阀和出水阀，马氏瓶顶端设置注水口。本实用新型的装置，降低了供水系统不稳定对入渗速度测定结果的影响，提高了测量的精度和灵敏度。
文档编号G01N15/08GK202793984SQ201220299010
公开日2013年3月13日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者张建丰, 张芳, 耿小江 申请人:西安理工大学