專利名稱：一種土壤側(cè)滲量的自動測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)中土壤側(cè)滲性能的評估技木，尤其涉及土壤滲漏量的自動測量系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)田土壤滲漏量或側(cè)滲量的測量是農(nóng)田水循環(huán)系統(tǒng)中的ー個重要環(huán)節(jié)，它涉及到灌溉或降雨后土壌水分分布、化肥以及農(nóng)藥等污染物隨水分遷移情況的監(jiān)測等。研究這ー測量過程對于減少農(nóng)田排水和污染物排放、増加土壌入滲和養(yǎng)分截留以及農(nóng)田污染防治等方面具有非常重要的意義?，F(xiàn)有的水量平衡法屬于間接計算河道滲漏量的ー種方法，具體實施包括在試驗田周邊堵截水渠使該水渠兩端封閉，根據(jù)水渠中水量變化、降雨量、蒸發(fā)量來計算農(nóng)田土壌的側(cè)滲量。 水量平衡法雖然簡單直觀，但測量精度比較低，其缺陷在于測量需要根據(jù)其他一些參數(shù)來估算，因而不能直接獲得側(cè)滲量數(shù)據(jù)，且增加了計算的誤差，也因為測量時限的滯后導(dǎo)致不能實時獲得側(cè)滲量動態(tài)數(shù)據(jù)。因此，需要對現(xiàn)有的水量平衡法加以改進，能夠從根本上改變子現(xiàn)有方法自動測量功能少、不能實時測量的問題，且具有操作簡單、運輸移動便利、大大節(jié)省人力和物カ以及實時準確獲得側(cè)滲量動態(tài)數(shù)據(jù)等優(yōu)點，既適用于室內(nèi)測試，也適用于野外測試，不受地形限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種土壤側(cè)滲量的自動測量系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崟r精確獲得側(cè)滲量動態(tài)數(shù)據(jù)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種土壤側(cè)滲量的自動測量系統(tǒng)，包括側(cè)滲測量裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置以及太陽能供電裝置，其中側(cè)滲測量裝置，包括滲濾液儲管及其堵頭、水位傳感器以及通過三通管接與滲濾液儲管連接的滲濾液收集管，埋在土壤單側(cè)不同土深的滲濾液收集管獲取的土壤側(cè)滲水通過三通管接流入滲濾液儲管，由水位傳感器將實時測得的滲濾液儲管中滲濾液的水位測量值輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置；數(shù)據(jù)采集處理裝置，用于根據(jù)輸入的水位測量值和水位與流量之間的函數(shù)關(guān)系實時計算出側(cè)滲量，并記錄實時計算出的側(cè)滲量；太陽能供電裝置，用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能并儲存起來，為側(cè)滲測量裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置提供工作電源。優(yōu)選地，側(cè)滲測量裝置的所述水位傳感器包括浮子和重錘，由一柔性管將該浮子和該重錘連接進入滲濾液收集管，該水位傳感器的分辨率為O. 8mm,讀數(shù)頻率范圍設(shè)為25 35min/次；重錘行程管的內(nèi)徑范圍為25mm±5mm。
優(yōu)選地，將重錘置于一重錘行程管內(nèi)，由柔性管將浮子和置有重錘的該重錘行程管連接進入滲濾液收集管。優(yōu)選地，側(cè)滲測量還包括拉カ傳感器，其中浮子通過鋼絲繩懸于該拉カ傳感器之下，該拉カ傳感器的兩個拉カ傳遞部分的兩端分別固定在一起，用于調(diào)控浮子的行程，該拉カ傳感器的量程為IOOOmm土 10mm，該拉カ傳感器的精度為O. 1mm。優(yōu)選地，滲漏液收集管的長度根據(jù)側(cè)滲水平距離設(shè)計，該滲漏液收集管的直徑范圍為100mm±10mm ;該滲漏液收集管與土面接觸的進水口段做成斜面打入土層內(nèi)，且該滲漏液收集管與滲濾液儲管的三通接ロ處用無紡布纏繞作為過濾層。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集處理裝置包括依次連接的采集控制模塊、計算模塊以及存儲模塊，其中
·
采集控制模塊，用于分時間段通過多路信號輸入單元采集多路水位傳感器信號，·通過信號調(diào)理單元對采集的多路信號進行信號調(diào)理，通過信號轉(zhuǎn)換單元將調(diào)理的多路信號轉(zhuǎn)換為參與計算的水位數(shù)據(jù)，并將各時間段的水位數(shù)據(jù)保存在存儲模塊中；計算模塊，用于設(shè)定條件參數(shù)初值，根據(jù)設(shè)定的條件參數(shù)初值和各時間段的水位數(shù)據(jù)，按下列公式表達的水位測量值與流量之間的函數(shù)關(guān)系循環(huán)計算不同灌水量條件下的所述側(cè)滲量，并將計算出的側(cè)滲量數(shù)據(jù)保存在存儲模塊中；
權(quán)利要求
1.一種土壤側(cè)滲量的自動測量系統(tǒng)，包括側(cè)滲測量裝置、數(shù)據(jù)采集處理裝置以及太陽能供電裝置，其特征在于 側(cè)滲測量裝置，包括滲濾液儲管及其堵頭、水位傳感器以及通過三通管接與滲濾液儲管連接的滲濾液收集管，埋在土壤單側(cè)不同土深的滲濾液收集管獲取的土壤側(cè)滲水通過三通管接流入滲濾液儲管，由水位傳感器將實時測得的滲濾液儲管中滲濾液的水位測量值輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置； 數(shù)據(jù)采集處理裝置，用于根據(jù)輸入的水位測量值和水位與流量之間的函數(shù)關(guān)系實時計算出側(cè)滲量，并記錄實時計算出的側(cè)滲量； 太陽能供電裝置，用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能并儲存起來，為所述側(cè)滲測量裝置和所述數(shù)據(jù)采集處理裝置提供工作電源。
2.按照權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述側(cè)滲測量裝置的所述水位傳感器包括浮子和重錘，由一柔性管將該浮子和該重錘連接進入所述滲濾液收集管，該水位傳感器的分辨率為O. 8_，讀數(shù)頻率范圍設(shè)為25 35min/次；重錘行程管的內(nèi)徑范圍為25mm±5mm。
3.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于， 將所述重錘置于一重錘行程管內(nèi)，由所述柔性管將所述浮子和置有所述重錘的該重錘行程管連接進入所述滲濾液收集管。
4.按照權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述側(cè)滲測量還包括拉力傳感器，其中 所述浮子通過鋼絲繩懸于該拉力傳感器之下，該拉力傳感器的兩個拉力傳遞部分的兩端分別固定在一起，用于調(diào)控浮子的行程，該拉力傳感器的量程為1000mm± 10mm，該拉力傳感器的精度為O. 1mm。
5.按照權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述滲漏液收集管的長度根據(jù)側(cè)滲水平距離設(shè)計，該滲漏液收集管的直徑范圍為100mm±10mm ;該滲漏液收集管與土面接觸的進水口段做成斜面打入土層內(nèi)，且該滲漏液收集管與滲濾液儲管的三通接口處用無紡布纏繞作為過濾層。
6.按照權(quán)利要求I至5任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置包括依次連接的采集控料模塊、計算模塊以及存儲模塊，其中 采集控制模塊，用于分時間段通過多路信號輸入單元采集多路水位傳感器信號，通過信號調(diào)理單元對采集的多路信號進行信號調(diào)理，通過信號轉(zhuǎn)換單元將調(diào)理的多路信號轉(zhuǎn)換為參與計算的水位數(shù)據(jù)，并將各時間段的水位數(shù)據(jù)保存在存儲模塊中； 計算模塊，用于設(shè)定條件參數(shù)初值，根據(jù)設(shè)定的條件參數(shù)初值和各時間段的水位數(shù)據(jù)，按下列公式表達的所述水位測量值與流量之間的函數(shù)關(guān)系循環(huán)計算不同灌水量條件下的所述側(cè)滲量，并將計算出的側(cè)滲量數(shù)據(jù)保存在存儲模塊中 nt-ti 將開始收集土壤側(cè)滲濾液的時間分為m個時間段，即有t1; t2，t3. . .，tm時刻，其中tn時刻小于或等于tm時刻；式中Vtn為tn時刻對應(yīng)的土壤側(cè)滲量； 存儲模塊，用于通過條件參數(shù)存儲單元保存計算模塊在不同灌水量下設(shè)定的所述條件參數(shù)初值，通過采集數(shù)據(jù)存儲單元保存采集控制模塊采集處理的水位數(shù)據(jù)，通過結(jié)果數(shù)據(jù)存儲單元保存計算模塊計算的側(cè)滲量數(shù)據(jù)。
7.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置還包括顯示模塊，用于顯示所述各時間段的測量時間、多路水位數(shù)據(jù)以及適應(yīng)不同側(cè)滲速率情況下各時間段側(cè)滲量數(shù)據(jù)。
8.一種土壤側(cè)滲量的自動測量方法，其特征在于，涉及側(cè)滲測量裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置，該方法包括 側(cè)滲測量裝置將實時采集的水位輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置； 數(shù)據(jù)采集處理裝置根據(jù)輸入的水位測量值和水位與流量之間的函數(shù)關(guān)系實時計算出側(cè)滲量，并記錄計算出的側(cè)滲量。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述側(cè)滲測量裝置將實時采集的水位輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置，具體包括 通過埋在土壤單側(cè)不同土深的滲濾液收集管獲取土壤側(cè)滲水，該土壤側(cè)滲水通過三通管接流入滲濾液儲管，通過水位傳感器實時測得滲濾液儲管中滲濾液的水位，并將測得的水位測量值輸出給所述數(shù)據(jù)采集處理裝置；所述水位傳感器包括浮子和重錘，由一柔性管將該浮子和該重錘連接進入所述滲濾液收集管。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述側(cè)滲測量裝置將實時采集的水位輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置，還具體包括 將所述重錘置于一重錘行程管內(nèi)，由所述柔性管將所述浮子和置有所述重錘的該重錘行程管連接進入所述滲濾液收集管；所述水位傳感器的分辨率為O. 8mm，讀數(shù)頻率范圍設(shè)為25 35min/次；所述重錘行程管的內(nèi)徑范圍為25mm±5mm。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述側(cè)滲測量裝置將實時采集的水位輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置，還具體包括 將所述浮子通過鋼絲繩懸于該拉力傳感器之下，該拉力傳感器的兩個拉力傳遞部分的兩端分別固定在一起，用于調(diào)控浮子的行程，該拉力傳感器的量程為IOOOmm土 10mm，該拉力傳感器的精度為O. 1mm。
12.按照權(quán)利要求8至11任一項所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置根據(jù)輸入的水位測量值和水位與流量之間的函數(shù)關(guān)系實時計算出側(cè)滲量，并記錄計算出的側(cè)滲量，具體包括所述數(shù)據(jù)采集處理裝置 采集多路水位傳感器信號，對采集的多路信號進行信號調(diào)理，將調(diào)理的多路信號轉(zhuǎn)換為參與計算的水位數(shù)據(jù)，并將各時間段的水位數(shù)據(jù)保存； 設(shè)定條件參數(shù)初值，根據(jù)設(shè)定的條件參數(shù)初值和各時間段的水位數(shù)據(jù)，按下列公式表達的所述水位測量值與流量之間的函數(shù)關(guān)系循環(huán)計算不同灌水量條件下的所述側(cè)滲量，并將計算出的側(cè)滲量數(shù)據(jù)保存； : y聲2) 將開始收集土壤側(cè)滲濾液的時間分為m個時間段，即有t1; t2，t3. . .，tm時刻，其中tn時刻小于或等于tm時刻式中Vtn為tn時刻對應(yīng)的土壤側(cè)滲量。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括； 所述數(shù)據(jù)采集處理裝置顯示所述各時間段的測量時間、多路水位數(shù)據(jù)，以及適應(yīng)不同側(cè)滲速率情況下各時 間段側(cè)滲量數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種土壤側(cè)滲量的自動測量系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括側(cè)滲測量裝置通過三通管接與滲濾液儲管連接的滲濾液收集管，埋在土壤單側(cè)不同土深的滲濾液收集管獲取的土壤側(cè)滲水通過三通管接流入滲濾液儲管，由水位傳感器將實時測得的滲濾液儲管中滲濾液的水位測量值輸出給數(shù)據(jù)采集處理裝置；數(shù)據(jù)采集處理裝置根據(jù)輸入的水位測量值和水位與流量之間的函數(shù)關(guān)系實時計算出側(cè)滲量，并記錄實時計算出的側(cè)滲量；太陽能供電裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能并為側(cè)滲測量裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置提供工作電源。本發(fā)明能夠?qū)崟r快速準確獲得側(cè)滲量測量結(jié)果，大大節(jié)省了人力和物力。
文檔編號G01F23/58GK102818758SQ201210342638
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者張晴雯, 趙軍, 楊正禮, 張愛平, 易軍 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所