一种五水转化监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种五水转化监测装置，属于水文计量技术领域。


背景技术：

[0002]“五水”是指降水、地表水、土壤水、地下水以及植物水，“五水”转化是指降水、地表水、土壤水、地下水以及植物水之间的相互转化及补给关系。长期以来，人们通过各种途径致力于研究土壤与水、水与植物以及土壤、植物与水之间的相互关系，并取得较大进展，但是大部分研究都没有将水循环作为一个整体进行研究。
[0003]
目前，有专利资料(公开号：cn106771023b)记载一种四水转化监测装置，但是此装置是对“四水”(降水、地表水、土壤水、地下水)进行综合检测的设备，但是对“五水”(降水、地表水、土壤水、地下水以及植物水)之间相互转化量的监测设备暂未见报道。因此，急需一种五水转化监测装置。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种五水转化监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型结构合理，实现了对大气降水、地下水、地表水、土壤水以及植物水的系统综合监测，能够较为直观地对“五水”转化关系进行分析和研究。
[0005]
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种五水转化监测装置，包括：
[0006]
地表水监测机构，所述地表水监测机构包括径流量筒、地中蒸渗仪，所述径流量筒通过导通管和地中蒸渗仪连通，所述径流量筒处设置有用来测量径流量筒内部水位的一号无线水位计；
[0007]
降雨监测机构，所述降雨监测机构包括雨量计，所述雨量计内部设置有测量所述雨量计水位的二号无线水位计；
[0008]
地下水监测机构，所述地下水监测机构包括水位平衡器、马里奥瓶、入渗量筒、用来连通水位平衡器与入渗量筒的入渗导管、用来连通水位平衡器底部与蒸渗仪底部的一号导水管、用来连通水位平衡器底部与马里奥瓶底部的二号导水管，所述入渗量筒处安装有用来测量入渗量筒内部水位的三号无线水位计；
[0009]
还包括：
[0010]
土壤水监测机构，所述土壤水监测机构包括土壤水分测量仪，土壤水分测量仪设置有多组土壤水分探头，所述土壤水分探头自上而下依次埋在地中蒸渗仪内部的土壤层；
[0011]
植物水监测机构，所述植物水监测机构包括用于采集一号无线水位计、二号无线水位计、三号无线水位计和土壤水分测量仪数据的计算终端，所述计算终端上设置有无线数据接收器，所述计算终端通过无线数据接收器分别与一号无线水位计、二号无线水位计、三号无线水位计和土壤水分测量仪无线数据连接。
[0012]
进一步地，所述入渗量筒顶部与入渗导管底部相连通，入渗导管顶部穿过水位平
衡器的底部且入渗导管顶部设置在水位平衡器的内部。
[0013]
进一步地，所述入渗量筒的底部设置有泄水管，泄水管处安装有控制阀。
[0014]
进一步地，所述土壤水分探头设置有五组，五组土壤水分探头自上而下依次埋在地中蒸渗仪内部的土壤层，五组土壤水分探头在地中蒸渗仪内部土壤层的高度自下而上依次为离地中蒸渗仪底部0cm、30cm、60cm、80cm和90cm处。
[0015]
进一步地，所述径流量筒的底部设有排水管，排水管处设置有排水阀。
[0016]
进一步地，所述地中蒸渗仪的顶部高于径流量筒的顶部。
[0017]
进一步地，所述地中蒸渗仪的外侧壁设置有高度标记值。
[0018]
进一步地，所述排水管的底部安置有集水筒，所述马里奥瓶内部配套有气压平衡管。
[0019]
进一步地，所述土壤水分测量仪内置有无线发射器，所述土壤水分测量仪通过无线发射器与计算终端的无线数据接收器无线数据连接。
[0020]
本实用新型的有益效果：本实用新型五水转化监测装置能对某一区域降水、地表水、土壤水、地下水以及植物水之间转化情况进行综合计量以及监测，通过降雨监测机构、地表水监测机构、地下水监测机构、土壤水监测机构、植物水监测机构，构建了地下水-土壤-植物-大气连续体(gspac)系统模型，实现了对大气降水、地下水、地表水、土壤水以及植物水的系统综合监测，能够较为直观地对“五水”转化关系进行分析和研究。
附图说明
[0021]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0022]
图1为本实用新型一种五水转化监测装置的结构示意图；
[0023]
图2为本实用新型一种五水转化监测装置中土壤水监测机构的结构示意图；
[0024]
图中：1一号无线水位计、2径流量筒、3地中蒸渗仪、4排水阀、5排水管、6导通管、7二号无线水位计、8雨量计、9土壤水分测量仪、10土壤水分探头、11无线发射器、12一号导水管、13水位平衡器、14二号导水管、15马里奥瓶、16气压平衡管、17入渗导管、18入渗量筒、19三号无线水位计、20泄水管、21控制阀、22无线数据接收器、23计算终端。
具体实施方式
[0025]
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
[0026]
如图1、2所示，本实用新型提供一种技术方案：一种五水转化监测装置，包括：
[0027]
地表水监测机构，地表水监测机构包括径流量筒2、地中蒸渗仪3，径流量筒2通过导通管6和地中蒸渗仪3连通，径流量筒2处设置有用来测量径流量筒2内部水位的一号无线水位计1；
[0028]
降雨监测机构，降雨监测机构包括雨量计8，雨量计8内部设置有测量雨量计8水位的二号无线水位计7；
[0029]
地下水监测机构，地下水监测机构包括水位平衡器13、马里奥瓶15、入渗量筒18、用来连通水位平衡器13与入渗量筒18的入渗导管17、用来连通水位平衡器13底部与蒸渗仪
3底部的一号导水管12、用来连通水位平衡器13底部与马里奥瓶15底部的二号导水管14，其中，马里奥瓶15配套有气压平衡管16，气压平衡管16上端与大气连通，下端位于马里奥瓶15内；入渗量筒18处安装有用来测量入渗量筒18内部水位的三号无线水位计19；
[0030]
还包括：
[0031]
土壤水监测机构，土壤水监测机构包括土壤水分测量仪9，土壤水分测量仪9设置有多组土壤水分探头10，土壤水分探头10自上而下依次埋在地中蒸渗仪3内部的土壤层；
[0032]
植物水监测装置，植物水监测装置包括用于采集一号无线水位计1、二号无线水位计7、三号无线水位计19和土壤水分测量仪9数据的计算终端23，计算终端23上设置有无线数据接收器22，计算终端23通过无线数据接收器22分别与一号无线水位计1、二号无线水位计7、三号无线水位计19和土壤水分测量仪9无线数据连接。
[0033]
在本实施例中，土壤水分探头10设置有五组，五组土壤水分探头10自上而下依次埋在地中蒸渗仪3内部的土壤层，五组土壤水分探头10在地中蒸渗仪3内部土壤层的高度自下而上依次为离地中蒸渗仪3底部0cm、30cm、60cm、80cm和90cm处。其中，地中蒸渗仪3的外侧壁设置有高度标记值。如图2所示，以地中蒸渗仪3顶部为起点、底部为终点，自上而下依次进行高度标记，五组土壤水分探头10自上而下分别位于标记“10”、“20”、“40”、“70”和“100”处，单位为cm。
[0034]
本实用新型的径流量筒2的底部设有排水管5，排水管5处设置有排水阀4。
[0035]
本实用新型为方便收集排水，排水管的底部安置有集水筒。
[0036]
本实用新型为方便溢水从地中蒸渗仪3流到径流量筒2内部，地中蒸渗仪3的顶部高于径流量筒2的顶部。
[0037]
具体工作原理：土壤水分测量仪9上的土壤水分探头10根据土壤发育层次分布在“10”、“20”、“40”、“70”和“100”处，每隔5min记录一次土壤含水量，且土壤水分数据通过内置的无线发射器11发送至无线数据接收器22，无线数据接收器22将数据发送至计算机终端23，计算机终端23相当于用户终端，可以根据输入电子信号数据进行计算与数据输出。
[0038]
计算终端23根据公式(1)计算出不同时刻土壤贮水量，
[0039][0040]
其中，s为土壤贮水量；i为土层序列；θi为该层土壤体积含水量；ii为该层土层深度。
[0041]
根据公式(2)计算出降雨后土壤补充水量。
[0042]ht
＝s
t-s0[0043]
(2)
[0044]
其中，h
t
为降雨入渗量；s0为土壤初始贮水量，s
t
为降雨后土壤达到饱和状态土壤贮水量。
[0045]
在植物水监测机构中，无线数据接收器22通过接收一号无线水位计1、二号无线水位计7、三号无线水位计19发送的数据，并将数据发送至计算终端23，计算终端根据公式(3)输出植物蒸散耗水量e。
[0046]
e＝p-r-i-h
t
[0047]
(3)
[0048]
其中，e为植物蒸散耗水量，p为降水量，r为地表径流量，i为降雨对浅层地下水的入渗补给量，h
t
为降雨入渗补给量。
[0049]
雨雪天气发生时，雨量计8可以计量降水量(其值为p)；降水进入地中蒸渗仪3，入渗补给土壤水，土壤水分含水量持续增加，随着时间的延续以及渗吸的进程，土壤水达到饱和状态，包气带土壤含水量大于土壤田间持水量，降水开始补给地下水，通过入渗导管17进到入渗量筒18内，三号无线水位计19测得地下水的入渗补给量(其值为i)；当发生长降雨或者强降雨时，产生地表径流(蓄满产流或超渗产流)，地表径流经过导通管6进入径流量筒2中，一号无线水位计1测得地表径流量(其值为r)。
[0050]
无线数据接收器22接受降水量、地下水的入渗补给量、地表径流量以及土壤体积含水量数据信号(其值为θi)，再通过计算终端23根据公式(1)计算出不同时刻土壤贮水量，根据公式(2)计算降雨后土壤补充水量，最后通过公式(3)计算得出植物蒸散耗水量。
[0051]
其中，土壤水分数据通过无线发射器11发送至用户终端。水位平衡器13顶部与入渗导管17顶部保持在同一水平面.
[0052]
当降雨发生时，雨量计8实时计量降水量，测得降水量为p；在土壤基质吸力、重力以及水压力作用下，地面水进入土壤，发生水分入渗，土壤水分含水量发生改变，通过土壤水分测量仪9测定土壤贮水量的变化量，即可获得降雨入渗水量；随着时间的延续以及渗吸的进程，土壤水达到饱和状态，包气带土壤含水量超过田间持水量，发生降雨入渗补给潜水含水层，降雨对浅层地下水的入渗补给量即为入渗量筒18测定的水量(其值为i)；当发生强降雨时，降雨强度大于下渗强度，地中蒸渗仪3的测筒中产生地表径流，并通过导通管6进入地表的径流量筒2，即通过径流量筒2中的一号无线水位计1测得地表径流量(其值为r)；蒸散耗水量是植被及地面整体向大气输送的水汽总通量，能量平衡及水循环的重要组成部分。
[0053]
也就是说，无线数接收器22先接受降水量(其值为p)、地下水的入渗补给量(其值为i)、地表径流量(其值为r)以及土壤体积含水量数据信号(其值为θi)，再通过计算终端23进行分析计算，最后计算得出植物蒸散耗水量(其值为e)。
[0054]
在上述实施例中，五水转化监测装置实现大气降水—地表水—土壤水—地下水—植物水(gspac)系统之间水分循环的全自动综合监测，能够直观地了解“五水”转化过程，有助于探究“五水”转化规律。五水转化监测装置的操作方便，其对于水资源的有效利用及生态环境问题有着重要的科学研究意义。
[0055]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。