一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置

本实用新型涉及测量土壤渗透的装置，尤其涉及一种田间便携式降雨法渗透系数的测量装置。

背景技术：

渗透系数又称水力传导系数(hydraulicconductivity)，在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，渗透系数是土壤质地、容重、孔隙分布特征的函数，也是水文模型中的重要参数，在研究土壤的物理性质或构建水文模型时经常需要在田间测量土壤的渗透系数。田间测量渗透系数主要有试坑法、单环法、双环法和人工降雨法，虽然市面上有基于其他方法而设计的测量渗透系数的仪器，如guelph入渗仪、philip-dunne入渗仪和盘式入渗仪等，但这些仪器都无法模拟自然降雨的情况下测量土壤的渗透系数。如在田间要使用人工降雨法来测量则有以下难点：1、降雨产流量难于实时准确测量；2、较小规模的模拟自然降雨有很大的难度；3、人工降雨的设备难以搭建与携带。

综上所述，针对田间模拟自然降雨的情况下测量土壤的渗透系数，尚未有较好的测量装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，真实模拟自然降雨下的水分渗入状态，采集收集土壤渗透数据特性的变化，测试土壤在自然降雨下的渗透系数。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，包括渗透计头、测量腔体、管道流量计和控制单元，所述渗透计头和管道流量计均与控制单元连接，所述渗透计头的下端与测量腔体的上端连接，所述测量腔体设有排水口，所述管道流量计安装于排水口。

优选的，所述渗透计头包括布针板、外壳和综合感应器，所述布针板设有针头，所述外壳的内腔通过针头与测量腔体的内腔连通，所述外壳设有进水口和进气口，所述综合感应器安装于外壳，所述综合感应器通过第一数据线与控制单元连接。

优选的，所述进水口与水管的一端连接，所述水管的另一端通过控制单元与水源连接。

优选的，所述进气口与气管的一端连接，所述气管的另一端通过控制单元与气源连接。

优选的，所述针头间隔1～3mm均匀分布于布针板。

优选的，所述控制单元包括控制主板、显示屏、压力泵、蠕动泵和电池，所述显示屏和电池均与控制主板连接，所述综合感应器通过第一数据线与控制主板的输入端连接，所述管道流量计通过第二数据线与控制主板的输入端连接，所述压力泵与气管连接，所述蠕动泵与水管连接，且所述压力泵和蠕动泵均与控制主板的输出端连接。

优选的，控制单元还包括进水流量计，此进水流量计安装于进水管，且所述进水流量计与控制主板连接。

一种便携式田间降雨法渗透系数的测量方法，包括以下步骤：

步骤s1、将测量腔体压入土壤中，测量腔体与渗透计头固定连接；

步骤s2、打开控制单元，将供水袋的水通过水管传输到渗透计头的外壳内，外壳内的水以一定的速度从针头降落到测量腔体的内腔，测量腔体的内腔中一部分水渗透入土壤，剩余部分未渗入的水通过排水口排出；

步骤s3、综合感应器检测注入测量腔体的水量，而管道流量计检测到自测量腔体内的排出的水量，综合感应器和管道流量计检测到的水量数据均传送给控制主板，此控制主板对水量数据进行处理，以将处理结果输送到显示屏显示。

优选的，在步骤s2中，外壳内的水从针头注入测量腔体的速度通过压力泵产生的空气压强控制。

本实用新型相对现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型通过一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，解决了模拟自然降雨状态下的渗透系数测量的真实性问题，测试数据更加接近实际情况，测试的渗透系数更加准确。

2、本实用新型通过一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，可拆卸、组装和携带方便，更加智能化，可连续采集测试数据，保存数据，通过控制单元得出的数据较为精确，适用于教学、科研及生产部门的需求。

3、本实用新型通过一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，易于操作，使野外测量更容易实施，减少对测试环境的破坏和影响。

4、本实用新型通过一种便携式田间降雨法渗透系数的测量方法，操作方法简单，试验周期短，自动化程度高，耗水量较少，提高了测量效率和测量准确性等优点。

附图说明

图1是本实用新型的一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置示意图

图2是本实用新型的渗透计头和测量腔体放大示意图

图3是本实用新型的渗透计头中的布针板放大示意图

图4是本实用新型的控制单元剖面图

其中，1为渗透计头，101为布针板，102为外壳，103为综合感应器，104为针头，105为进水口，106为进气口，2为测量腔体，201为排水口，3为管道流量计，4为卡扣，5为第一数据线，6为第二数据线，7为气管，8为水管，9为控制单元，901为第一接口，902为第二接口，903为蠕动泵，904为压力泵，905为进水流量计，906为进气口，907控制阀，908为控制主板，909为显示屏，910为第三数据线，911为电池，10为水袋。

具体实施方式

下面接合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至3所示，一种便携式田间降雨法渗透系数的测量装置，包括渗透计头1、测量腔体2、管道流量计3和控制单元9，所述渗透计头1和管道流量计3均与控制单元9连接，所述渗透计头1的下端通过卡扣4与测量腔体2的上端连接，采用密封圈和卡扣4配合连接，确保渗透计头1与测量腔体2的密封性，所述测量腔体2设有排水口201，所述管道流量计3安装于排水口201，所述渗透计头1包括布针板101、外壳102和综合感应器103，所述布针板101设有针头104，所述外壳102的内腔通过针头104与测量腔体2的内腔连通，所述外壳102设有进水口105和进气口106，所述综合感应器103安装于外壳102，所述综合感应器103通过第一数据线5与控制单元9连接。此渗透计头1中的布针板101真实模拟自然降雨的状态，渗透计头中1的水通过针头104滴入到测量腔体2中的土壤，测量腔体2、渗透计头1和控制单元9均可拆卸和组装。所述针头104间隔1～3mm均匀分布于布针板101，针头104的孔径大小可以根据雨量的大小来设置，所述针头104大孔的方向朝向外壳102的顶部，所述针头104小孔的方向朝向测量腔体2中的土壤，测量腔体2和外壳102的直径均为15～50cm，实验人员携带方便，均匀分布的针头104增加降雨情况下的真实性。

所述综合感应器103包括水位计、温度计和压力计，将测试的数据通过第一数据线5传输到控制单元9。所述进水口105与水管7的一端连接，所述水管7的另一端通过控制单元9与供水袋10连接。所述进气口106与气管8的一端连接，所述气管8的另一端通过控制单元9与气源连接，气管8控制渗透计头1的内腔压力。在气管8向渗透计头1内输入气体的作用下，渗透计头1中的一部分水通过针头104流向测量腔体2中的土壤，另一部分水通过排水口201流向管道流量计3，此实施例中的排水口201的高度与土壤处于同一平面，管道流量计3通过第二数据线6与控制单元9连接，将流量数据传到输控制单元9，测试数据更加接近实际情况，通过测试数据计算的渗透系数更加准确。

如图4所示，控制单元9包括箱体外壳，箱体外壳内包含了控制主板908、显示屏909、蠕动泵903、压力泵904和电池911，所述显示屏909和电池911均与控制主板908连接，所述综合感应器103通过第一数据线5与控制主板908的输入端连接，控制主板908的输入端设有第一接口901，所述管道流量计3通过第二数据线6与控制主板908的输入端连接，控制主板908的输入端还设有第二接口902，控制主板908设有数据存储器，用来保存测试数据，此显示屏909为触摸式显示屏909。所述蠕动泵903与水管7连接，水管7设有控制阀907，蠕动泵903控制水管7中水的流速，控制单元9中的水管7连接水袋10，供水袋10为折叠式，方便实验人员野外携带。控制单元9还包括进水流量计905，此进水流量计905安装于水管7，控制主板908通过第三数据线910分别与蠕动泵903、压力泵904和进水流量计905连接，通过触摸显示屏909控制蠕动泵903和压力泵904的工作运行，将数据传输到控制主板908。

所述压力泵904与气管8连接，将空气压入渗透计头1中，压力泵904模拟大气压强作用渗透计头1中水滴的速度，气管8设有进气口906。控制单元9中设有电池911，电池911为控制单元9中的蠕动泵903、压力泵904、控制主板908和显示屏909提供电能，此控制单元9让测量的数据更加智能化，显示屏909通过控制主板连续采集数据的变化，保存数据，通过控制主板9得出的数据较为精确，控制主板还设有第三接口，控制主板通过第三接口与电脑连接。

基于上述的测量装置，实践得出一种便携式田间降雨法渗透系数的测量方法，包括以下步骤：

步骤s1、将测量腔体2压入土壤中，通过卡扣4将渗透计头1与测量腔体2无缝连接；

步骤s2、打开控制单元9，设定好实验名、时间和地点，将供水袋10的水通过水管7传输到渗透计头1的外壳102内，同时触控显示屏909控制蠕动泵903，综合感应器103测量并控制外壳102内的水位高度，当外壳102内的水位低于设计值时，控制主板908控制蠕动泵903运转，继续向外壳102内注入水，当外壳102内的水位高于设计值时，控制主板908控制蠕动泵903停止运转。外壳102内的水位达到设计值时，启动测定程序，压力泵903向外壳102内注入空气，且同时控制外壳102内的压强，外壳102内的水以一定的速度从针头104滴入到测量腔体2的内腔，综合感应器103控制外壳102内水位高度，并反馈给控制主板908，测量腔体2的内腔中的一部分水渗入土壤，另一部分未渗入的水通过排水口201排出；

步骤s3、综合感应器103和管道流量计3检测到的水量数据均传送给控制主板908，此控制主板908对水量数据进行处理，计算出土壤的渗透系数，以将处理结果输送到显示屏909显示。控制单元9中的控制主板908保存传输数据，数据在显示屏909上显示，供实验人员抄录。通过此测量步骤，减少了测量所需要的时间，操作简单，自动化程度高，野外实施方便，减少对测试环境的破坏和影响，提高测量效率和准确率。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。