基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统的制作方法

本实用新型属于土壤入渗特性测量技术领域，特别涉及一种基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统。

背景技术：

入渗是指水分(降雨或者灌溉)进入土壤的过程，土壤水分入渗是水文学中非常重要的基本概念，定量描述土壤入渗过程是水循环及水利用的重要基础内容，对研究地表产流的机理，以及增加土壤入渗、提高作物水分利用效率等具有重要的理论意义和实践价值。目前传统的室内降雨入渗实验是采用人工测量的方法，在底部自由排水的土柱上利用马氏瓶进行人工降雨，通过测量人工降雨量、土柱表面径流量，由水量守恒关系得到土壤的入渗量。此方法原理清晰、简单易行，但实验过程中存在马氏瓶人工补水困难；需长时间人工看守记录数据；人工读数精度较差，实验数据不易保存处理等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中传统的室内降雨入渗实验是采用人工测量的方法，在实验过程中存在马氏瓶人工补水困难；需长时间人工看守记录数据；人工读数精度较差，实验数据不易保存处理等问题而提出一种基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，其特征在于，所述基于自补水的降雨入渗监测系统的组成为：在底座1的上腔内下部固定控水槽6，马氏瓶2固定在控水槽6上面，马氏瓶液位计3固定于马氏瓶2中央，马氏瓶2左右两侧分别安装出水电磁阀5和进水电磁阀4，进水电磁阀4的另一端与水路连接，出水电磁阀5的排水口19插入控水槽6内，通气孔20设置在马氏瓶2底中央，伸入控水槽6的顶面下1cm处；放水口17设置在控水槽6的底部中心，溢流管道7固定在控水槽6的一侧，其上端口在控水槽6的顶面下0.5cm，溢流管道7的下端穿过控水槽6底进入底座1的下腔内，末端伸入排水槽13内。

在底座1的下腔内设置土柱10、连通径流双瓶11和排水槽13；排水槽13在底座1底板下面，手动放水阀21固定在排水槽13下面，用于排放实验用水；土柱10固定在底座1底板中央，连通径流双瓶11在底座1的下腔内两侧；调节阀8与放水口17连接；调节阀8下端与降雨器9顶面连通；降雨器9下端通过套筒18与土柱10连接，土柱10顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶11连接，径流液位计12安装在连通径流双瓶11的一瓶中。

在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。

所述马氏瓶底部设有通气孔20与大气相通，伸入到控水槽6顶部以下1cm处。

所述降雨器9为针板式降雨器，分上下两部分，通过法兰23进行连接，以形成密封水路，且方便更换、清洗针板22。针板22内径分别为0.5mm、1.0mm、1.6mm三种型号，用于模拟不同雨滴大小的降雨。其顶端连接的调节阀8，用于控制实验启停与调节雨强大小。

所述土柱10由有机玻璃制成，用来盛放实验土样，其底部为均匀钻有0.5cm直径小孔的底板，与排水槽13顶部连通。

所述连通径流双瓶为两个，其中一个瓶中安装径流液位计(12)，对连通径流双瓶液位进行实时检测；另一个瓶的下方紧接底部设有第二手动放水阀(24)，用于实验结束后排放连通径流双瓶11中的储水。

所述马氏瓶液位计、进水电磁阀、出水电磁阀、调节阀和径流液位计均通过电缆接入到可编程控制器；可编程控制器通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏连接，安装在配电箱中，二者通过变量链接，实现同步操作显示。

本实用新型的有益效果是马氏瓶液位计、进水电磁阀、出水电磁阀、调节阀和径流液位计均通过电缆接入到可编程控制器。可编程控制器通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏连接，安装在配电箱中，二者通过变量链接，实现同步操作显示。本发明通过触摸屏人机界面软件的二次开发，可实现对入渗过程的自动监测，实验数据的采集存储、分析处理、数据显示、历史查询等功能。可以实现土壤降雨入渗实验的长时序无人值守自动实验及实验过程的可视化自动监测。

附图说明

图1是基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统的结构示意图。

图中，1-底座，2-马氏瓶，3-马氏瓶液位计，4-进水电磁阀，5-出水电磁阀，6-控水槽，7-溢流管道，8-调节阀，9-降雨器，10-土柱，11-连通径流双瓶，12-径流液位计，13-排水槽，14-可编程控制器，15-触摸屏。16-配电箱，17-放水口，18-套筒，19-排水口，20-通气孔，21-第一手动放水阀，22-针板，23-法兰，24-第二手动放水阀。

具体实施方式

本实用新型提出的基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统，下面结合附图,对本实用新型予以说明。

如图1所示的基于自补水的土壤降雨入渗自动监测系统的组成为：在底座1的上腔内下部固定控水槽6，马氏瓶2固定在控水槽6上面，马氏瓶液位计3固定于马氏瓶2中央，马氏瓶2左右两侧分别安装出水电磁阀5和进水电磁阀4，进水电磁阀4的另一端与水路连接，出水电磁阀5的排水口19插入控水槽6内，通气孔20设置在马氏瓶2底中央，伸入控水槽6的顶面下1cm处；放水口17设置在控水槽6的底部中心，溢流管道7固定在控水槽6的一侧，其上端口在控水槽6的顶面下0.5cm，溢流管道7的下端穿过控水槽6底进入底座1的下腔内，末端伸入排水槽13内。

在底座1的下腔内设置土柱10、连通径流双瓶11和排水槽13；排水槽13在底座1底板下面，手动放水阀21固定在排水槽13下面，用于排放实验用水；土柱10固定在底座1底板中央，连通径流双瓶11在底座1的下腔内两侧；调节阀8与放水口17连接；调节阀8下端与降雨器9顶面连通；降雨器9下端通过套筒18与土柱10连接，土柱10顶部侧下方通过径流管路与连通径流双瓶11连接，径流液位计12安装在连通径流双瓶11的一瓶中。

在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。

马氏瓶底部设有通气孔20与大气相通，伸入到控水槽6顶部以下1cm处。降雨器9为针板式降雨器，分上下两部分，通过法兰23进行连接，以形成密封水路，且方便更换、清洗针板22。针板22内径分别为0.5mm、1.0mm、1.6mm三种型号，用于模拟不同雨滴大小的降雨。其顶端连接的调节阀8，用于控制实验启停与调节雨强大小。土柱10由有机玻璃制成，用来盛放实验土样，其底部为均匀钻有0.5cm直径小孔的底板，与排水槽13顶部连通。连通径流双瓶11为两个，可用于盛放足够多的径流量；其中一个瓶中安装径流液位计12，对连通径流双瓶液位进行实时检测；另一个瓶下方紧接底部设有第二手动放水阀24，用于实验结束后排放连通径流双瓶11中的储水。在底座1的侧面的配电箱16中固定可编程控制器14和触摸屏15。

马氏瓶液位计、进水电磁阀、出水电磁阀、调节阀和径流液位计均通过电缆接入到可编程控制器14。可编程控制器14通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏15连接，二者通过变量链接，实现同步操作显示。

初始状态，马氏瓶2中充满水，关闭进水电磁阀4、出水电磁阀5及调节阀8，控水槽6中水位与马氏瓶2通气孔位置齐平。降雨器9顶端通过管路与马氏瓶2排水口19连接，土柱10中盛放实验土样，通过套筒18与降雨器9连接，通过径流管路与连通径流双瓶11连接。根据设置雨强大小，通过触摸15设置调节阀8开度，并打开出水电磁阀5，开始降雨实验。控水槽6中的水通过降雨器9降入到土柱10中，液位低于马氏瓶2的通气孔20，空气进入到马氏瓶2中，则马氏瓶2中的水就会通过出水电磁阀5连接的排水口19流入到控水槽6中，使得控水槽6中的水位一直保持恒定，从而保证降雨的均匀稳定性。为预防控水槽6水位过高溢出，在控水槽底部侧端设置溢流管道7，溢流管道7的顶部低于控水槽6顶部0.5cm高度，溢流管道7的末端伸入排水槽13中，如此，万一控制元件失灵，控水槽6中过高的水位就会排入到排水槽13中，避免安全事故发生。

可编程控制器14对马氏瓶液位计3的输出电流的进行实时检测，并通过将模拟量转换到数字量，计算获得马氏瓶2中的水位情况；当马氏瓶2中水位降低到下限值(自设定)时，可编程控制器14控制出水电磁阀5关闭，进水电磁阀4打开，对马氏瓶2进行快速补水；当水位上升到上限值(自设定关阀液位)时，可编程控制器14控制进水电磁阀4关闭，同时出水电磁阀5打开，并自动记录补水次数，从而实现对马氏瓶的自动补水及降雨量的实时采集记录。

可编程控制器14通过调节调节阀8的输入电流大小来实现调节阀开度大小的自动控制，从而实现降雨强度大小的自动调节功能。

可编程控制器14通过对径流液位计12的输出电流的实时检测，并通过模拟量到数字量的计算转换，获得连通径流双瓶11中的水位情况，从而实现对径流量实时数据采集及存储功能。

可编程控制器14通过MPI/PPI通讯电缆与触摸屏15连接，二者通过变量链接，实现同步操作显示。

通过触摸屏15人机界面软件的二次开发，可在触摸屏15上对马氏瓶2的控制液位(开阀液位与关阀液位)与调节阀8的开度大小进行自动设定；自动控制进水电磁阀4和出水电磁阀5的开关及整个实验的启停；对累计降雨量、累计径流量、累计入渗量、雨强、入渗率等实验数据进行实时显示；可进行实验数据的趋势显示及历史数据的查询。