一种多层位土壤入渗水量的测量系统、方法及施工方法与流程

本发明涉及一种测量系统，具体涉及一种多层位土壤水入渗量的测量系统、方法及施工方法。属于水利及地质技术领域。

背景技术：

随着人口数量的急剧增长，水资源短缺的问题越来越严重，这已经成为一个全球性的问题。研究降水入渗，进而提高雨水的入渗效率，这是充分利用雨、洪水资源，增加地下水供给量的重要途径，进而可以缓解水资源危机，保护人类生存环境，促进社会经济发展。为了实现上述目的，首要关键步骤就是测量土壤中的降水入渗量，但是，现在比较成熟的技术仅仅集中在地下水位的监测上，关于非饱和带的降水入渗量研究非常有限。

从地表面至地下水位之间，土壤孔隙中含有一定数量的空气，土壤水分经常呈非饱和状态，故称非饱和带。非饱和带的厚度随着地下水位埋深不同变化很大，从地下水浅埋地区的几米至地下水深埋地区的几十米甚至上百米。同时，同一地点非饱和带的厚度也会随着地下水位的升降而变化。显然，非饱和带的整体厚度以及不同深度土层的含水量是一个不断变化的过程。

目前公开的野外测定土壤中降水入渗量的方法均不成熟，要么会破坏天然状态，要么只能适用于某些特定的地理环境或岩性条件，不具有普适性。比如，只能用于测量某一段时间的入渗总量，很难记录入渗过程参数(历时、强度及总量等)；而且，往往不能用于测量地面以下较深处的土壤入渗量。

因此，如何在不破坏土壤原状的前提下，实现连续监控非饱和带不同深度土层的入渗水量变化具有非常重要的意义，这样的测量结果才能反映野外天然状态下土壤中降水入渗量连续变化的真实情况。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多层位土壤入渗水量的测量系统。

本发明还提供了上述一种多层位土壤入渗水量的测量系统相应的测量方法，以及该测量系统的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多层位土壤入渗水量的测量系统，包括纵向安装在土壤中的多孔蜂窝管以及埋设于土壤不同层位的集水装置；集水装置的顶部和底部均为天然状态的土壤，多孔蜂窝管的外侧管道分别设有接口，各个集水装置的出水管分别连接至各个接口，出水管的走向为由高到低；其中，所述多孔蜂窝管的底端密封，顶端开口并高出地面，所述集水装置的顶部与土壤紧密接触。

优选的，所述多孔蜂窝管的各个管道内浸有虹吸管，虹吸管连接至蠕动泵。

优选的，所述集水装置包括汇集漏斗，汇集漏斗的顶部开口处依次覆盖支撑层和透水性过滤层，透水过滤层的上部与土壤紧密接触，汇集漏斗的底端开口通过出水管连接至各个接口。

优选的，所述汇集漏斗的斗体置于支架上，支架固定于底部土壤中。

优选的，所述支撑层为网状结构支架，所述透水性过滤层为纱布或土工布。

进一步优选的，所述支撑层为不锈钢材质的网状结构支架。

一种多层位土壤入渗水量的测量方法，包括步骤：

(1)各个集水装置顶部土壤中的水分依次经过透水性过滤层和支撑层，进入汇集漏斗，然后通过出水管连接至多孔蜂窝管的各个管道，并对集水装置与多孔蜂窝管各管道的对应关系进行标记；

(2)利用蠕动泵连接的虹吸管吸出各管道内的水，通过量杯计量入渗水量，如需化验可送到实验室进行水质检测。

上述的一种多层位土壤入渗水量的测量系统的施工方法，包括步骤：

(A)分别竖直挖设第一施工井和第二施工井，在第二施工井的侧面，按照所需检测的深度侧挖，并安装第一个集水装置，回填第二施工井，并注意将其出水管引出至第一施工井；

(B)按照步骤(A)的方法安装其他集水装置，标记各个集水装置的出水管；

(C)在第一施工井内放置多孔蜂窝管，然后将步骤(A)和(B)中引出的各个出水管分别连接至多孔蜂窝管的各个接口，对应关系一一标记。

优选的，步骤(A)和(B)中的各个集水装置安装时，保证透水过滤层与其上部的土壤紧密接触。

另一施工方法，包括步骤：

(a)竖直挖设第三施工井，将第一个集水装置放入其中并固定安装，使用挖出的土壤回填第三施工井，并注意引出其出水管，回填土壤经人工夯实或者一段时间自然密实后，可视为原状土，从而进行降水入渗量测量；

(b)按照步骤(a)的方法安装其他集水装置，并将各个集水装置的出水管分别连接至多孔蜂窝管的各个接口，对应关系一一标记。

优选的，步骤(a)和(b)中的各个集水装置安装时，保证透水过滤层与其上部的土壤紧密接触。

本发明的有益效果：

本发明的测量系统可以根据监测需求在多层次分别设置集水装置，然后将各个集水装置收集的水分别通过出水管引流至多孔蜂窝管的各个管道内，即可方便地通过蠕动泵连接的虹吸管吸出各管道内的水，用于水量测量或者水质检测，而多孔蜂窝管以及集水装置可以长期埋设于土壤中，无需取出。多孔蜂窝管内一般可分为2～7孔，因此只需安装一处多孔蜂窝管即可测量多达2～7个不同层位土壤的入渗水量。

在施工时，利用侧挖放置集水装置，或者挖设施工井安装集水装置后，利用挖出的土壤回填，经人工夯实或一段时间自然密实后，基本维持土壤原状，测量结果反映了天然状态下土壤中降水入渗量的变化。本发明可以实现同时、多层位、长期监测。本发明不局限于特定条件，可适用于任意地理环境或岩性条件，具有良好的普适性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为一种多孔蜂窝管的结构示意图；

其中，1为多孔蜂窝管，2为土壤，3为接口，4为汇集漏斗，5为出水管，6为支架，7为支撑层，8为透水性过滤层，9为接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明的一种多层位土壤入渗水量的测量系统，包括纵向安装在土壤2中的多孔蜂窝管1以及埋设于土壤2不同层位的集水装置；集水装置的顶部和底部均为天然状态的土壤2，多孔蜂窝管1的外侧管道分别设有接口3，各个集水装置的出水管5分别连接至各个接口3(出水管5通过接头9与接口3连接)，出水管5的走向为由高到低；其中，多孔蜂窝管1的底端密封，顶端开口并高出地面，集水装置的顶部与土壤2紧密接触。

其中，多孔蜂窝管1的各个管道内浸有虹吸管，虹吸管连接至蠕动泵。

集水装置包括汇集漏斗4，汇集漏斗4的顶部开口处依次覆盖支撑层7和透水性过滤层8，透水过滤层8的上部与土壤2紧密接触，汇集漏斗4的底端开口通过出水管5连接至各个接口3。

汇集漏斗4的斗体置于支架6上，支架6固定于底部土壤2中。

支撑层7为不锈钢材质的网状结构支架，透水性过滤层8为纱布。

一种多层位土壤入渗水量的测量方法，包括步骤：

(1)各个集水装置顶部土壤2中的水分依次经过透水性过滤层8和支撑层7，进入汇集漏斗4，然后通过出水管5连接至多孔蜂窝管1的各个管道，并对集水装置与多孔蜂窝管1各管道的对应关系进行标记；

(2)利用蠕动泵连接的虹吸管吸出各管道内的水，通过量杯计量入渗水量，如需化验可送到实验室进行水质检测。

上述的一种多层位土壤入渗水量的测量系统的施工方法，包括步骤：

(A)分别竖直挖设第一施工井和第二施工井，在第二施工井的侧面，按照所需检测的深度侧挖，并安装第一个集水装置，回填第二施工井，并注意将其出水管5引出至第一施工井；

(B)按照步骤(A)的方法安装其他集水装置，标记各个集水装置的出水管5；

(C)在第一施工井内放置多孔蜂窝管1，然后将步骤(A)和(B)中引出的各个出水管5分别连接至多孔蜂窝管1的各个接口3，对应关系一一标记。

优选的，步骤(A)和(B)中的各个集水装置安装时，保证透水过滤层8与其上部的土壤2紧密接触。

实施例2：

如图1和图2所示，本发明的一种多层位土壤入渗水量的测量系统，包括纵向安装在土壤2中的多孔蜂窝管1以及埋设于土壤2不同层位的集水装置；集水装置的顶部和底部均为天然状态的土壤2，多孔蜂窝管1的外侧管道分别设有接口3，各个集水装置的出水管5分别连接至各个接口3(出水管5通过接头9与接口3连接)，出水管5的走向为由高到低；其中，多孔蜂窝管1的底端密封，顶端开口并高出地面，集水装置的顶部与土壤2紧密接触。

其中，多孔蜂窝管1的各个管道内浸有虹吸管，虹吸管连接至蠕动泵。

集水装置包括汇集漏斗4，汇集漏斗4的顶部开口处依次覆盖支撑层7和透水性过滤层8，透水过滤层8的上部与土壤2紧密接触，汇集漏斗4的底端开口通过出水管5连接至各个接口3。

汇集漏斗4的斗体置于支架6上，支架6固定于底部土壤2中。

支撑层7为不锈钢材质的网状结构支架，透水性过滤层8为土工布。

一种多层位土壤入渗水量的测量方法，包括步骤：

(1)各个集水装置顶部土壤2中的水分依次经过透水性过滤层8和支撑层7，进入汇集漏斗4，然后通过出水管5连接至多孔蜂窝管1的各个管道，并对集水装置与多孔蜂窝管1各管道的对应关系进行标记；

(2)利用蠕动泵连接的虹吸管吸出各管道内的水，通过量杯计量入渗水量，如需化验可送到实验室进行水质检测。

上述的一种多层位土壤入渗水量的测量系统的施工方法，包括步骤：

(a)竖直挖设第三施工井，将第一个集水装置放入其中并固定安装，使用挖出的土壤2回填第三施工井，并注意引出其出水管5，回填土壤2经人工夯实或者一段时间自然密实后，可视为原状土，从而进行降水入渗量测量；

(b)按照步骤(a)的方法安装其他集水装置，并将各个集水装置的出水管5分别连接至多孔蜂窝管1的各个接口3，对应关系一一标记。

优选的，步骤(a)和(b)中的各个集水装置安装时，保证透水过滤层8与其上部的土壤2紧密接触。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。