一种干表层形成演化试验观测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水科学与水资源工程技术领域，尤其是涉及一种干表层形成演化试验观测装置。
【背景技术】
[0002]在进行干表层研究时，Cary(1965，1979)，Cass et al.(1984)，Bonsu (1997)，Hiraiwa and Kasubuchi (2000)及Wildenschild and Roberts (2001)等的试验柱的长度为34-210mm, Shokri (2009)采用了高X宽X厚分别为260X75X Ilmm的矩形玻璃柱。由此可见，前人设计的试验装置尺寸过小，无法避免边界效应；绝热效果欠佳，蒸发模拟器很难保证包气带水分运移的一维性；系统可视性差。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种干表层形成演化试验观测装置，其绝热性能好，地表照射均匀，能够为干表层形成演化提供直观的图像，为干表层形成演化过程及非饱和带水汽热耦合运移计算提供一定的依据，推广应用价值高。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0005]—种干表层形成演化试验观测系统，包括蒸渗柱、悬挂设置在蒸渗柱上方的热红外灯，插设在蒸渗柱上的检测装置，嵌设在蒸渗柱侧壁上的观测构件及与蒸渗柱连通的马里奥特装置；
[0006]所述的蒸渗柱由外到内依次为第一层玻璃钢筒、保温层和第二层玻璃钢筒。
[0007]具体的，所述的保温层为橡塑海绵层。
[0008]更具体的，所述的蒸渗柱高为2.3?2.5m，蒸渗柱的内径为0.60?0.65m，外径为0.65?0.70m，蒸渗柱的第一层玻璃钢筒和第二层玻璃钢筒的壁厚相同为9?11_，保温层的厚度为20?40mmo
[0009]且，所述的观测构件包括嵌设在蒸渗柱上的有机玻璃窗口和热红外锗玻璃窗口，有机玻璃窗口的高为500?700mm，有机玻璃窗口的宽为70?90mm ;热红外锗玻璃窗口的高为480?640mm，热红外锗玻璃窗口的宽为50?70mm。
[0010]同时，在有机玻璃窗口和热红外窗口处均设置40?50mm的橡塑海绵保温层，并在保温层外加盖玻璃钢材质的盖子密封。
[0011]另外，所述的检测装置包括温度传感器、含水率传感器、负压传感器和相对湿度传感器。
[0012]还有，所述热红外灯包括中空设置的圆盘和均匀布设在圆盘上的多个红外灯泡，控制所述红外灯的工作电路包括灯L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8和L9，可调节电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 和 R9，电流传感器 Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，开关 Sffl、SW2、Sff3^ SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9 和 SW10，电压传感器 Vl 和电源 POWl，其中灯 L1、电阻 R1、电流传感器Al和开关SWl串联，其他的编号对应的灯、可调节电阻、电流传感器和开关串联，且每个灯的串联电路之间并联后与开关SWlO和电压POWl串联，同时电压传感器Vl与各个灯的串联电路并联。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0014]1、本实用新型中的蒸渗柱，由中间夹裹橡塑海绵的双层玻璃钢材料制成，增强了绝热效果，减少蒸渗柱侧向的能量损失，提高干表层形成演化试验和包气带水汽热运移试验的准确性；
[0015]2、本实用新型中的热红外灯工作时，通过相互独立的电流调节器、电流传感器、电压传感器，可定量控制和记录每个热红外灯照射的实际功率，造成照射强度不等但照射均匀的地表热环境，从而易于控制和模拟地表温度；
[0016]3、本实用新型中在双层玻璃钢筒壁镶嵌的有机玻璃窗口，可以直接观测干表层厚度及干表层界面的变化过程；热红外锗玻璃窗口可以实现干表层内及干表层以下温度的近连续变化，实现干表层形成演化观测的可视化和精细化；在马氏瓶供水筒的正前方安装摄像头，通过摄像头录像或截屏，实现马氏瓶读数观测的自动化和连续性；
[0017]4、本实用新型操作简便，实用性强，推广应用价值高，通过各个试验仪器的配合，能够实现温度、水分、负压与相对湿度值的记录和存储；根据所测得的水分、负压、温度与相对湿度值，可研究不同介质不同水位埋深条件下干表层形成演化过程中各种状态变量的变化，为干表层形成演化和包气带水汽热运移计算提供一定的依据。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的干表层形成演化试验观测装置的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型热红外灯的仰视图；
[0020]图3为本实用新型热红外灯的电路图；
[0021]图4为本实用新型的马里奥特装置的结构示意图；
[0022]图中各标号表示为:1-热红外灯、101-红外灯泡、2-蒸渗柱、201-热红外锗玻璃窗口、202-有机玻璃窗口、203-进水管；204_连接管、205-排水管、3-马里奥特装置、301-第二调气阀、302-第一调气阀、303-第一通气管、304-供水筒、305-第二通气管、306-连通阀、307-平衡杯、308-连通管、309-溢流管、310-试验筒连接管、311-渗透柱连接阀、312-供水管、313-供水阀、314-摄像头、315-第一计算机、4-负压数据采集器、401-负压传感器、5-相对湿度数据采集器、501-相对湿度传感器、6-温度数据采集器、601-温度传感器、7-含水率数据采集器、701-含水率传感器、8-第二计算机；
[0023]下面通过【具体实施方式】和说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【具体实施方式】
[0024]本实用新型的干表层形成演化试验装置包括顶端敞口设置且用于装入试样的蒸渗柱、悬挂设置在蒸渗柱上方的热红外灯、布设在蒸渗柱侧壁上的观测构件、检测装置以及马里奥特装置，蒸渗柱由外到内依次为第一层玻璃钢筒、保温层和第二层玻璃钢筒，蒸渗柱的内径指的是第二层玻璃钢筒的内径，蒸渗柱的外径指的的是第一层玻璃钢筒的外径，保温层夹设在两层玻璃钢筒之间的空间内，增强了绝热效果，减少蒸渗柱侧向的能量损失，提高干表层形成演化试验和包气带水汽热运移试验的准确性。
[0025]以下通过实施例和具体的工作过程对本装置做具体说明。
[0026]实施例一:
[0027]如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的干表层形成演化试验装置包括顶端敞口设置且用于装入试样的蒸渗柱2、悬挂设置在蒸渗柱2上方的热红外灯1、布设在蒸渗柱2侧壁上的观测构件、检测装置以及马里奥特装置3 ;
[0028]如图1所示，本实施例中蒸渗柱2包括有底无盖的夹裹橡塑海绵的双层玻璃钢筒和半球形底座，蒸渗柱的高为2.4m，蒸渗柱内径为0.62m，外径为0.67m，蒸渗柱2两层玻璃钢筒的壁厚均为10mm，中间所夹的橡塑海绵厚为30mm ;蒸渗柱2的底座设置有用于连接马里奥特装置3的连接管204、用于排水的排水管205及进水的进水管203 ；
[0029]观测构件包括一个有机玻璃窗口 202和一个热红外锗玻璃窗口 201，如图1所示，本实施例中，观测构件包括位于蒸渗柱顶部50mm以下的并列设置的有机玻璃窗口 202和热红外锗玻璃窗口 201，窗口直接与试样相接触；有机玻璃窗口 202的高为600mm、宽80mm ;热红外锗玻璃窗口 201的高为560mm、宽为60mm，为了防止窗口处的热量散失，在有机玻璃窗口 202和热红外窗口 201处均设置45mm厚的橡塑海绵，然后加盖玻璃钢材质的盖子密封，仅在需要观测或成像时取下盖子，完成观测或成像后即盖上盖子；
[0030]热红外灯I包括中空设置的圆盘、均匀布设在圆盘上的多个红外灯泡101，热红外灯I的圆盘直径与蒸渗柱2的外径相等，9个红外灯泡101的工作状态通过图3中的工作电路进彳丁控制；
[0031]工作电路包括灯L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8 和 L9，可调节电阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 和 R9，电流传感器 Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，开关 SffU SW2、SW3、Sff4^Sff5, Sff6, Sff7, Sff8, SW9和SW10，电压传感器Vl和电源P0W1，其中灯L1、电阻R1、电流传感器Al和开关SWl串联，其他的编号对应的灯、可调节电阻、电流传感器和开关串联，且每个灯的串联电路之间并联后与开关SWlO和电压POWl串联，同时电压传感器Vl与各个灯的串联电路并联；采用此电路控制热红外灯，可以较准确地控制热红外灯泡101的实际功率，保证地表温度分布的均匀性；
[0032]马里奥特装置3包括第二调气阀301、第一调气阀302、第一通气管303、供水筒304、第二通气管305、连通阀306、平衡杯307、连通管308、309溢流管、试验筒连接管310、渗透柱连接阀311、供水管312、供水阀313、摄像头314和第一计算机315，如图4所示，马里奥特装置3的供水筒刻度正前方安装一个可调焦的摄像头314，通过录像或截屏方式自动连续或按照一定时间间隔记录供水筒304上的刻度读数，摄像头314与第一计算机315连接进行测量数据的记录，提高了读数观测的自动化和连续性；
[0033]检测装置包括负压数据采集器4和与其连接的负压传感器401、相对湿度数据采集器5和与其连接的相对湿度传感器501、温度数据采集器6和与其连接的温度传感器601、含水率数据采集器7和含水率传感器701与第二计算机8，负压传感器401与相对湿度传感器501并列且多行设置在蒸渗柱2的侧壁内，多行的负压传感器401与相对湿度传感器501由上到下行距逐渐加大，由蒸渗柱2侧壁深入蒸渗柱2设