一种双筒原位土壤渗漏测试装置及方法与流程

本发明涉及农业生态测量，具体涉及一种双筒原位土壤渗漏测试装置及方法。

背景技术：

1、常规稻田中，田面均要保持一定的水层深度(如水层深度不小于5cm)，稻田根区下边界存在渗漏量。在农田排水系统规划设计、管理中，人们常以渗漏量作为重要的设计指标，也是研究水稻节水灌溉的重要依据。通过调控稻田渗漏量，可以解决土壤中水、气矛盾，改变土壤中微生物的种类，改善土壤通透性和供肥状况，减少土壤还原性有毒物质的积累，从而促进作物生长发育。准确监测渗漏量是极为必要的，现有测量技术中，采用蒸渗仪、水田渗漏仪、大型原状土柱渗漏计法、室内模拟等方法测量稻田渗漏量，但是这些方法在监测稻田渗漏量时会忽略下边界水分通量，自由出流量均小于田间实际出流量，会导致测试数据不符合实际情况的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种双筒原位土壤渗漏测试装置及方法，能够在现场直接测试渗漏量及蒸散量，极大的减少了借用气象数据估算不同空间点渗漏量和蒸散量造成的误差，测试值能更准确地反映实际情况。

2、为实现上述目的，本发明提供一种双筒原位土壤渗漏测试装置，用于安装在种植田中进行测试，包括有底测量筒、无底测量筒、渗水计量装置、第一土壤含水量传感器、第二土壤含水量传感器、以及控制机构，所述有底测量筒中设有隔水板，且隔水板将有底测量筒分为上筒部和下筒部，所述上筒部的横截面形状与无底测量筒的横截面形状相同，所述隔水板上设有导水口，所述渗水计量装置安装在下筒部中且与导水口相连，所述渗水计量装置能够收集从导水口进入的水并计量水量，所述有底测量筒和无底测量筒下端都埋入种植田土壤中，且上筒部和无底测量筒中都具有土壤，所述上筒部和无底测量筒中在土壤中的埋入深度相同，所述第一土壤含水量传感器安装在上筒部中的土壤中，所述第二土壤含水量传感器安装于无底测量筒中的土壤中；所述控制机构分别与第一土壤含水量传感器、第二土壤含水量传感器和渗水计量装置都信号相连。

3、进一步地，所述渗水计量装置包括水槽和液位传感器，所述水槽用于接收从导水口进入的水，所述液位传感器设置在水槽中，所述液位传感器与控制机构信号相连。

4、进一步地，所述渗水计量装置包括还包括排水管和水泵，所述排水管一端与水槽连通、另一端伸出于种植田土壤表面，所述水泵设置于排水管上，所述控制机构与水泵控制相连。

5、进一步地，所述控制机构包括电源，所述第一土壤含水量传感器和第二土壤含水量传感器都通过供电线与电源相连。

6、进一步地，所述无底测量筒和所述有底测量筒的上筒段都为圆柱形，且半径为1.2m～1.6m。

7、进一步地，所述种植田用于种植冬小麦、玉米、棉花或水稻时，所述无底测量筒中在土壤中的埋入深度不小于100cm，且高于土壤表面部分长度不小于20cm。

8、进一步地，所述无底测量筒和有底测量筒的间距不小于1米。

9、本发明还提供一种双筒原位土壤渗漏测试方法，采用上述的双筒原位土壤渗漏测试装置进行，包括以下两个测量工作中一个或两个：

10、a、有水层测量工作：用于测量表面具有水层时种植田的土壤渗漏情况，包括以下步骤：

11、a1、确保测量时间段内有底测量筒和无底测量筒中的降雨量p相同；

12、a2、设置灌溉补水装置分别向有底测量筒的上筒部和无底测量筒中土壤表面灌水，确保测测量时间段内两者中土壤表面水层深度相同，有底测量筒和无底测量筒的蒸散量et相同；

13、a3、有底测量筒测量：通过渗水计量装置确定测量时间段内有底测量筒中的渗漏量k1，确定测量时间段内底测量筒的灌水量m1；利用水量平衡关系得到有底测量筒中的蒸散量et0＝m1+p-k1；

14、a4、无底测量筒测量：确定测量时间段内无底测量筒的灌水量m2；利用水量平衡关系得到无底测量筒中土壤的渗漏量k2＝m2+p-et0，即为土壤的实际渗漏量。

15、b、无水层测量工作：用于测量表面没有水层时种植田的土壤渗漏情况，包括以下骤：

16、b1、确保测量时间段内有底测量筒和无底测量筒的降雨量p'相同；

17、b2、有底测量筒测量，包括：

18、b21、通过渗水计量装置确定测量时间段内有底测量筒中的渗漏量k1'，确定测量时间段内无底测量筒的灌水量m1'；利用第一土壤含水量传感器分别测量时间段开始和结束点的土壤含水率θ1,i和θ1,i+1；

19、b22、利用水量平衡关系得到有底测量筒中蒸散量et1＝m1'+p'–k1'+h*(θ1,i-θ1,i+1)，其中h为无底测量筒中的土层深度，得到蒸散量et关于土壤含水率变化量△θ的函数et＝f(△θ)；

20、b3、无底测量筒测量，包括：

21、b31、确定测量时间段无底测量筒的灌水量m2'；利用第二土壤含水量传感器分别测量测量时间段开始和结束点的土壤含水率θ2,i和θ2,i+1；

22、b32、利用θ2,i、θ2,i+1和函数et＝f(△θ)得到无底测量筒中土壤的蒸散量et2；

23、b33、通过水量平衡关系得到无底测量筒中的渗漏量k2'＝m2'+p'-et2+h*(θ2,j-θ2,j+1)，即为土壤的实际渗漏量。

24、进一步地，所述步骤a2中，将控制机构与灌溉补水装置控制相连，由控制机构自动控制灌。

25、进一步地，还设置有电脑平台，通过控制机构收集渗水计量装置、第一土壤含水量传感器、第二土壤含水量传感器传来的数据，并输送到电脑平台

26、如上所述，本发明涉及的双筒原位土壤渗漏测试装置及方法，具有以下有益效果：

27、1、相对于现有传统测量方法，凸显“原位”特点，直接在种植田8中测试蒸散量及渗漏量，极大的减少了借用气象数据(计算参照作物蒸散量)估算不同空间点蒸散量和渗漏量造成的误差，测试值能更准确地反映种植田8水量动态变化的实际情况。

28、2、采用无底测量筒2和有底测量筒1有机结合测试渗漏量，能够同时完成有水层10和无水层10的测量工作，其中有底测量筒1可实现蒸渗仪功能，获取有底状态条件下种植田8的蒸散量和渗漏量，无底测量筒2可使水稻等根区下界面情况保持为自然状态，利用无底测量筒2中的稻田水位和土壤水分测试数据获得自然状态条件下的蒸散量和渗漏量，测试结果更符合实际情况。

29、3、利用“互联网+”技术，可实现自动运行控制，采用第一土壤含水量传感器4、第二土壤含水量传感器5、plc控制器、信息传输模块等结构可以实现测试数据远传和控制指令接受，实现实时监测，为田间作物需水量研究带来了极大便利。

技术特征：

1.一种双筒原位土壤渗漏测试装置，用于安装在种植田(8)中进行测试，其特征在于：包括有底测量筒(1)、无底测量筒(2)、渗水计量装置(3)、第一土壤含水量传感器(4)、第二土壤含水量传感器(5)、以及控制机构(6)，所述有底测量筒(1)中设有隔水板(101)，且隔水板(101)将有底测量筒(1)分为上筒部(102)和下筒部(103)，所述上筒部(102)的横截面形状与无底测量筒(2)的横截面形状相同，所述隔水板(101)上设有导水口(104)，所述渗水计量装置(3)安装在下筒部(103)中且与导水口(104)相连，所述渗水计量装置(3)能够收集从导水口(104)进入的水并计量水量，所述有底测量筒(1)和无底测量筒(2)下端都埋入种植田(8)土壤中，且上筒部(102)和无底测量筒(2)中都具有土壤(8)，所述上筒部(102)和无底测量筒(2)中在土壤中的埋入深度相同，所述第一土壤含水量传感器(4)安装在上筒部(102)中的土壤中，所述第二土壤含水量传感器(5)安装于无底测量筒(2)中的土壤中；所述控制机构(6)分别与第一土壤含水量传感器(4)、第二土壤含水量传感器(5)和渗水计量装置(3)都信号相连。

2.根据权利要求1所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述渗水计量装置(3)包括水槽(301)和液位传感器(302)，所述水槽(301)用于接收从导水口(104)进入的水，所述液位传感器(302)设置在水槽(301)中，所述液位传感器(302)与控制机构(6)信号相连。

3.根据权利要求2所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述渗水计量装置(3)包括还包括排水管(7)和水泵(303)，所述排水管(7)一端与水槽(301)连通、另一端伸出于种植田(8)土壤表面，所述水泵(303)设置于排水管(7)上，所述控制机构(6)与水泵(303)控制相连。

4.根据权利要求1所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述控制机构(6)包括电源，所述第一土壤含水量传感器(4)和第二土壤含水量传感器(5)都通过供电线与电源相连。

5.根据权利要求1所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述无底测量筒(2)和所述有底测量筒(1)的上筒段都为圆柱形，且半径为1.2m～1.6m。

6.根据权利要求1所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述种植田(8)用于种植冬小麦、玉米、棉花或水稻时，所述无底测量筒(2)中在土壤中的埋入深度不小于100cm，且高于土壤表面部分长度不小于20cm。

7.根据权利要求1所述的双筒原位土壤渗漏测试装置，其特征在于：所述无底测量筒(2)和有底测量筒(1)的间距不小于1米。

8.一种双筒原位土壤渗漏测试方法，其特征在于：采用如权利要求1至7任一所述的双筒原位土壤渗漏测试装置进行，包括以下两个测量工作中一个或两个：

9.根据权利要求8所述的双筒原位土壤渗漏测试方法，其特征在于：所述步骤a2中，将控制机构与灌溉补水装置控制相连，由控制机构自动控制灌水。

10.根据权利要求8或9所述的双筒原位土壤渗漏测试方法，其特征在于：还设置有电脑平台(9)，通过控制机构(6)收集渗水计量装置(3)、第一土壤含水量传感器(4)、第二土壤含水量传感器(5)传来的数据，并输送到电脑平台(9)。

技术总结
本发明涉及一种双筒原位土壤渗漏测试装置及方法，包括有底测量筒、无底测量筒、渗水计量装置、第一土壤含水量传感器、第二土壤含水量传感器和控制机构，有底测量筒中设有隔水板，并将有底测量筒分为上筒部和下筒部，上筒部与无底测量筒横截面形状相同，隔水板上设有导水口，渗水计量装置安装在下筒部中且与导水口相连，渗水计量装置能够收集从导水口进入的水并计量水量，有底测量筒和无底测量筒下端都埋入种植田土壤中，上筒部和无底测量筒在土壤中的埋入深度相同，第一土壤含水量传感器和第二土壤含水量传感器分别安装在上筒部和无底测量筒中的土壤中；控制机构分别与第一土壤含水量传感器、第二土壤含水量传感器和渗水计量装置都信号相连。

技术研发人员：王媛
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13