置，从蒸渗柱外层的玻璃钢筒壁算起，深入的距离为30cm，从介质表面以下1mm处开始安装负压传感器401与相对湿度传感器 501，然后按照 40mm、50mm、50mm、50mm、10Omm、200mm、200mm.200m.300mm 的行间距安装其它深度的负压和相对湿度传感器；温度传感器601和含水率传感器701对称设置在负压传感器401与相对湿度传感器501的另一侧，且设置方式相同；
[0034]温度传感器601、含水率传感器701、负压传感器401、相对湿度传感器501测量孔的数量相等，均为10个；本实用新型可以测量包气带中水分、温度、负压与相对湿度值。
[0035]本实用新型的工作过程是:
[0036]一、不同潜水位埋深下潜水面蒸发量的测定
[0037]1、将蒸渗柱2底端的连接管204与马里奥特装置3中的试验筒连接管310连接，关闭蒸渗柱2底部的排水管205，然后向蒸渗柱2内分层装填试样，每层装样大约3-5cm，然后打开底部的进水管203开始充水，直至试样表层出现水膜，随后从排水管205排水，排水时将水流速放慢再重复一次；继续按每次3-5cm填装试样再连续两次充排水，直至将试样装至蒸渗柱2顶端以下5cm处；然后将水充满试样柱，再缓慢排水，通过不断充排水，保证介质均匀且密实。每次充排水后测定介质的干容重，若测得干容重与野外干容重测定值相差较大，则继续充排水，直至二者基本一致；
[0038]2、如图1所示，利用PVC管在蒸渗柱2的固定位置打孔，将温度传感器601、含水率传感器701和负压传感器401用制作的工具送入孔中，再回填试样，用玻璃胶密封；缓慢充水饱和，再排水，反复多次，使仪器与试验介质充分亲和；饱和过程中，若仪器安装位置出现漏水，及时封堵。将温度传感器601、含水率传感器701和负压传感器401分别与对应的数据采集器相连，并与第二计算机8相接；
[0039]3、如图1和图4所示，关闭蒸渗柱进水管203、排水管205、连通阀306和蒸渗柱连接阀311。按照指定地下水位埋深，调节马氏瓶在固定水位高度，顺序打开连通阀306和蒸渗柱连接阀311，多余的水从溢流管309流出，用量筒计量溢出水量。直到12小时内没有水从溢流管溢出，说明平衡杯307、第二通气管305和蒸渗柱2里的水位一致；
[0040]4、如图1所示，根据地下水位埋深，安装相对湿度传感器501，由于相对湿度传感器501探头不可接触大量液态水，安装个数及深度随水位埋深的增加依次增加，将相对湿度传感器501与相对湿度数据采集器5相连接，并与第二计算机8相接；
[0041]5、在实验开始前，设置温度传感器601、含水率传感器701、负压传感器401、相对湿度传感器501、电流传感器A(A1-A9)、电压传感器Vl的数据采集频率，将数据采集起始时间设在热红外灯的光源照射之前，记录初始状态的数据，设置摄像头314自动截屏的频率或录像的起始时间；
[0042]6、如图2和图3所示，打开热红外灯I的总开关SWlO和串联电路开关SW1-SW9，通过电流调节器R(R1_R9)调节每个灯的电流，改变每个灯的输出功率，通过尝试，使热红外灯泡101中的周边8个灯泡和中心的灯泡进行匹配，直至调整到试样表面中心和四周的温度分布比较均匀为止，即可进行指定地表温度的潜水面蒸发量观测试验；
[0043]7、随着热红外灯照射时间的延续，包气带水分发生蒸发，引起蒸渗柱2的潜水面下降，打破了平衡杯307、第二通气管305和蒸渗柱2的水位的平衡状态，为补充潜水面的蒸发损失，使供水筒304的读数下降，相邻两个时刻，供水筒304读数下降之差乘以供水筒304的内横截面积，即为相邻两时刻间潜水面的蒸发量；
[0044]8、在24小时内，温度传感器601、含水率传感器701、负压传感器401、相对湿度传感器501所记录的数据基本不变或者呈现稳定的周期性变化，供水筒304水位读数稳定时，该水位埋深的试验结束，停止数据采集，关闭热红外灯1、连通阀306和蒸渗柱连接阀311 ;
[0045]9、降低马里奥特装置3的高度，调节蒸渗柱2内的水位埋深，重复上述步骤，开始下一水位的试验。
[0046]二、干表层形成演化过程的试验观测
[0047]1、同“一、不同潜水位埋深下潜水面蒸发量的测定”的“步骤1-5” ；
[0048]2、如图2和图3所示，打开热红外灯的总开关SWlO和串联电路开关SW1-SW9，通过电流调节器R(R1_R9)调节每个灯的电流，改变每个灯的输出功率，进行指定地表温度下的干表层形成演化过程试验；
[0049]3、随着热红外灯I照射时间的延续，包气带水分发生蒸发，引起蒸渗柱2的潜水面下降，使供水筒304的读数下降，通过供水筒304对面的摄像头314记录指定时间间隔的读数之差；
[0050]4、按照指定频率，打开有机玻璃窗口 202和热红外锗玻璃窗口 201的盖子，分别用数码相机和热红外相机对干沙层形成过程进行可见光成像和热红外成像，从有机玻璃窗口202记录干层厚度，然后盖上有机玻璃窗口和热红外锗玻璃窗口的盖子，减少热量损失；
[0051]5、在24小时内，温度传感器601、含水率传感器701、负压传感器401、相对湿度传感器501所记录的数据基本不变或者呈现稳定的周期性变化，干沙层厚度不再增加，供水筒304水位读数稳定或呈周期性变化时，该水位埋深的试验结束，停止数据采集，关闭电源和阀门；
[0052]6、降低马里奥特装置3的高度，调节蒸渗柱2内的水位埋深，重复上述步骤，开始下一水位埋深的试验；
[0053]7、建立包气带负压、温度、水汽压(利用相对湿度转换而来)的水汽热耦合数学模型，即可深入研究干表层的形成演化过程和包气带水汽热耦合运移规律。
[0054]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，包括蒸渗柱(2)、悬挂设置在蒸渗柱(2)上方的热红外灯(I)，插设在蒸渗柱(2)上的检测装置，嵌设在蒸渗柱(2)侧壁上的观测构件及与蒸渗柱(2)连通的马里奥特装置(3); 所述的蒸渗柱(2)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。2.如权利要求1所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，所述的保温层为橡塑海绵层。3.如权利要求1或2所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，所述的蒸渗柱(2)高为2.3?2.5m，蒸渗柱(2)的内径为0.60?0.65m，外径为0.65?0.70m，蒸渗柱(2)的第一层玻璃钢筒的壁厚为9?11mm，蒸渗柱的第二层玻璃钢筒的壁厚为9?11mm，保温层的厚度为20?40mmo4.如权利要求1或2所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，所述的观测构件包括嵌设在蒸渗柱(2)上的有机玻璃窗口(202)和热红外锗玻璃窗口(201)，有机玻璃窗口(202)的高为500?700mm，有机玻璃窗口(202)的宽为70?90mm ;热红外锗玻璃窗口(201)的高为480?640mm，热红外锗玻璃窗口(201)的宽为50?70mm。5.如权利要求4所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，在有机玻璃窗口(202)和热红外锗窗口(201)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。6.如权利要求1或2所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，所述的检测装置包括温度传感器￠01)、含水率传感器(701)、负压传感器(401)和相对湿度传感器(501)，温度传感器(601)和含水率传感器(701)与负压传感器(401)和相对湿度传感器(501)两两同行相对沿蒸渗柱(2)周向埋设在蒸渗柱⑵内，蒸渗柱⑵的顶端到低端设置多行的检测装置，且由顶端到低端的检测装置的行间距逐渐变宽。7.如权利要求1或2所述的干表层形成演化试验观测装置，其特征在于，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 A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 和 A9，开关 SffU SW2、SW3、SM、SW5、SW6、SW7、Sff8^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，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。
【专利摘要】本实用新型涉及一种干表层形成演化试验观测装置，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、布设在蒸渗柱上的状态观测子系统、成像子系统以及马氏瓶读数自动记录子系统；本实用新型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；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。
【IPC分类】G09B25/00
【公开号】CN204904695
【申请号】CN201520609400
【发明人】杨泽元, 李文莉, 杨佳慧, 张艳娜, 史晓琼, 许登科
【申请人】长安大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月13日