一种模拟潜水蒸发的试验装置

1.本发明涉及岩土工程土工试验技术、环境科学与工程领域的一种试验装置，具体地说，本发明涉及一种模拟地下水位动态变化的潜水蒸发的试验装置。


背景技术：

2.潜水蒸发是指浅层地下水通过土壤输送、运移至地表并气化散失的现象。潜水蒸发关系到土壤中水分的保持、散失和土地盐渍化，在农业领域中对植被、农作物的生长造成不利影响。在岩土工程领域，潜水蒸发更是许多工程问题的直接诱因，容易引起路基翻浆、边坡失稳等问题。因此潜水蒸发的研究对于土地盐渍化防治、岩土工程的稳定性研究、灌溉制度的拟定、植被恢复及生态修复等都具有重要的意义。
3.现有国内潜水蒸发室内试验装置一般是在土样外部设置补水筒，人工控制补水筒内的水位高度，通过补水筒向土样内进行恒压补水来模拟地下水位恒定下的潜水蒸发，但目前现有装置无法模拟地下水位动态变化下的潜水蒸发，与野外实际存在很大差异。
4.在潜水蒸发过程中，蒸发量的测量具有重要意义，当前许多潜水蒸发室内试验装置只能在蒸发过程中的各个时间节点，采用称重法或烘干法测量蒸发量，但称重法需要人工读取数据操作繁琐，烘干法在采集土样时对土体造成破坏影响试验结果的准确性。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的无法充分模拟野外潜水蒸发及蒸发量测量繁琐的问题，提供了一种模拟地下水位动态变化的潜水蒸发的试验装置。
6.为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
7.所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置包括避光箱体、试验筒体、蒸发温度排风控制系统、潜水蒸发量监测系统、土体水分盐分温度监测系统、水位动态控制系统、图像采集系统、数据采集系统与计算机；
8.所述的避光箱体通过其中的下底板竖直地安装在试验台面上；试验筒体竖直地固定安装在避光箱体内的下底板的中心处；蒸发温度排风控制系统安装在避光箱体中的主箱体上；潜水蒸发量监测系统中的1号空气湿度传感器垂直地插入主箱体外部的传感器固定架的通孔内，2号空气湿度传感器水平地插入试验筒体中补水土柱筒上的1号通孔内；土体水分盐分温度监测系统中的4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器通过补水土柱筒上的2号～5号通孔插入到土体样品中；水位动态控制系统安装在避光箱体内补水土柱筒正下方的下底板的中心处；图像采集系统安装在主箱体右箱壁中心位置的拍摄口右侧的试验台面上；数据采集系统与计算机安装在避光箱体右侧的试验台上，数据采集系统与土体水分盐分温度监测系统线连接，计算机和数据采集系统、图像采集系统与水位动态控制系统中的plc同步顶升系统相连接。
9.技术方案中所述的避光箱体还包括箱体、1号紫外线灯、2号紫外线灯、内嵌壁板与加热灯固定板；所述的箱体还包括上顶板；所述的主箱体的下端安装在下底板顶端的凹槽
内，两者之间为动配合；内嵌壁板的顶端通过焊接方式固定在上顶板的底端面上，内嵌壁板的对称中心线与上顶板的对称中心线共线，上顶板通过内嵌壁板安装在主箱体顶端端口上，主箱体顶端端口的顶端面与内嵌壁板周围的上顶板的底端面接触连接，内嵌壁板与主箱体顶端端口之间为动配合；传感器固定架纵向的一端通过焊接方式固定在主箱体左箱壁外侧的上部，加热灯固定板的一端通过焊接方式固定在主箱体左箱壁内侧的上部，并位于左箱壁外侧的传感器固定架的上方；1号紫外线灯与2号紫外线灯安装在主箱体内右侧的2个直角处的下底板上。
10.技术方案中所述的主箱体为顶端与底端敞开的长方体形的壳体结构件，主箱体右箱壁的中心位置设置有一个正方形的拍摄通口，主箱体采用不锈钢板制成；所述的上顶板为长方形板类结构件，上顶板的长宽结构尺寸大于主箱体顶端端口外侧的长宽结构尺寸，上顶板中心设置有一个锥形排风扇接入通口，上顶板采用不锈钢板制成；所述的下底板为长方形的中心处设置有凹槽的板式结构件，凹槽长宽结构尺寸与主箱体底端端口外侧的长宽结构尺寸相等，下底板中心处均匀地设置有4个结构尺寸相同的圆形螺纹通孔，下底板采用不锈钢板制成；所述的内嵌壁板为顶端与底端敞开的中空长方体形的环形结构件，内嵌壁板的外部长宽结构尺寸和主箱体顶端端口的内部长宽结构尺寸相等，内嵌壁板采用不锈钢板制成。
11.技术方案中所述的传感器固定架为长方体形结构件，沿传感器固定架纵向的中心处设置有一个传感器插入通口，传感器固定架的材质为不锈钢；所述的1号紫外线灯与2号紫外线灯为2个结构相同的圆柱体形结构件，其为市场通用式紫外线灯，比如格美斯品牌的型号为t8/20w的紫外线灯或雪莱特品牌的型号为20w的紫外线灯；所述的加热灯固定板为长方体形结构件，加热灯固定板一端的长宽结构尺寸与灯连接柱尾部的固定夹夹口尺寸相等，加热灯固定板采用不锈钢板制成。
12.技术方案中所述的试验筒体还包括透水石、4根结构相同的螺杆、12个结构相同的螺帽、筒体固定台、隔板与荧光刻度尺；所述的筒体固定台通过粘接方式套装固定在补水土柱筒的外壁上，筒体固定台安装在距离补水土柱筒顶端2/3的筒身长度处；隔板通过粘接方式固定在补水土柱筒的内部，隔板安装在距离补水土柱筒顶端2/3的筒身长度处，透水石放置于补水土柱筒内部的隔板上；4根结构相同的螺杆的上端插入补水土柱筒上的筒体固定台上的4个通孔中，在插入筒体固定台上的4个通孔的每根螺杆上并位于筒体固定台的上下侧各套装1个螺帽，在每根螺杆的下端套装1个螺帽；荧光刻度尺通过粘贴方式竖直地固定在补水土柱筒右筒壁的外侧壁上。
13.技术方案中所述的补水土柱筒为圆筒形的壳体结构件，补水土柱筒的左侧筒壁的顶部位置设置有一个顶端敞开的条形通口，条形通口的前后方向的宽度尺寸与蒸发温度排风控制系统中的灯连接柱前后方向的宽度尺寸相等，补水土柱筒由条形通口底部下方的70mm处至距补水土柱筒顶端面的2/3筒身长处沿竖直螺旋方向均匀地设置有5个径向通孔，径向通孔由上至下编号为1号～5号，通孔的直径为15mm～25mm，其中1号～5号通孔中相邻2个通孔中心的垂直距离为30mm～50mm，水平距离为50mm，5号通孔中心距离筒体固定台为30mm，1号通孔中心距离补水土柱筒的条形通口底部下方为70mm，1号通孔与5号通孔的中心线为空间垂直，补水土柱筒采用有机玻璃制成。
14.技术方案中所述的透水石为圆形板式结构件，透水石的圆周结构尺寸与补水土柱
筒的内壁结构尺寸相等，透水石为市场通用式土工透水石，透水石采用金刚砂制成；所述的筒体固定台为圆环形的板式结构件，筒体固定台的内环结构尺寸与补水土柱筒的外壁结构尺寸相等，筒体固定台沿外边缘位置均匀地设置有4个与螺杆结构尺寸相同的圆形螺杆光通孔，筒体固定台采用有机玻璃制成；所述的隔板为圆环形的板式结构件，隔板的外环结构尺寸与补水土柱筒的内壁结构尺寸相等，隔板的内环结构尺寸与升降底座的小圆柱体结构件的圆周结构尺寸相等，隔板采用有机玻璃制成；所述的荧光刻度尺由透明自粘刻度尺与夜光胶带粘贴组合构成，透明自粘刻度尺为市场通用式不干胶刻度尺，如型号为50cm长*1cm宽的透明自粘刻度尺贴纸，夜光胶带为市场通用式夜光胶带，如七色空间品牌的型号为3m长*1cm宽的黄绿色夜光胶带；荧光刻度尺的长度与补水土柱筒的高度相等，荧光刻度尺宽度为10mm；透明自粘刻度尺采用pvc不干胶制成，夜光胶带采用pet不干胶制成。
15.技术方案中所述的水位动态控制系统包括升降底座、橡胶圈、数控液压千斤顶与plc同步顶升系统；所述的升降底座插装在补水土柱筒底部，橡胶圈的内环壁通过粘接方式固定在升降底座大圆柱体结构件的外圆柱面上，橡胶圈的外环壁与补水土柱筒的内筒壁接触连接；数控液压千斤顶的底面通过焊接方式与避光箱体中的下底板的中心处固定连接，升降底座的底端面通过焊接方式与数控液压千斤顶活塞头顶端面固定连接，数控液压千斤顶的进出油接口通过液压软管与plc同步顶升系统的电动液压泵站的油路进出口插入连接。
16.技术方案中所述的升降底座由大圆柱体结构件与小圆柱体结构件焊接制成，小圆柱体结构件的回转中心线与大圆柱体结构件的回转中心线共线，升降底座小圆柱体结构件的圆周结构尺寸与试验筒体中的隔板的内环结构尺寸相等，升降底座的大圆柱体结构件圆周结构尺寸小于补水土柱筒的内壁结构尺寸，升降底座采用不锈钢制成；所述的橡胶圈采用等横截面为凹槽形的圆环形结构件，即采用型号为dn100的消防接头皮圈；所述的数控液压千斤顶为圆柱体形结构件，采用中工公司生产的型号为f50/200的数控液压千斤顶；所述的plc同步顶升系统采用中工公司生产的型号为s50/160或中工公司生产的型号为s50/200的plc同步顶升系统。
17.技术方案中所述的图像采集系统包括支架与ccd显微照相机；所述的ccd显微照相机采用里博品牌的型号为lm2000的ccd相机，ccd显微照相机与计算机通过具有usb接口的线连接；所述的支架采用ulanzi品牌的型号为mt-08的三脚架；所述的ccd显微照相机采用螺钉固定连接在支架上；所述的数据采集系统采用拓普测控公司生产的型号为nuxi-1004/8的动态信号测试分析仪；所述的土体水分盐分温度监测系统包括4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器，插入式水分盐分温度传感器采用campbell品牌的型号为cr1000x的水分盐分温度传感器或者采用campbell品牌的型号为5tm的水分温度传感器；4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器采用rs485四线制接线，四线制接线内的红线、白线、黄线、绿线分别连接数据采集处理系统rs485接口的正极、负极、485a、485b，数据采集处理系统与计算机通过具有usb接口的线连接；计算机采用dell品牌的型号为3681的台式电脑，plc同步顶升系统与计算机通过具有usb接口的线连接。
18.与现有技术相比本发明的有益效果是：
19.1.本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的水位动态控制系统从结构上区别于传统的潜水蒸发装置，现有国内潜水蒸发室内试验装置一般是在土样外部设置补水
筒，人工控制补水筒内的水位高度。本装置在土样下部设置补水筒，通过plc同步顶升系统智能控制补水筒内的水位高度，操作更灵活便捷；
20.2.本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的水位动态控制系统从模拟方法上区别于传统的潜水蒸发装置，现有国内潜水蒸发室内试验装置一般是通过补水筒向土样内进行恒压补水来模拟地下水位恒定下的潜水蒸发；本装置可以通过在野外场地监测的地下水位波动数据进行试验，较为真实的模拟自然环境地下水位动态变化情况，通过plc同步顶升系统控制试验中水位的变化频率与变化幅度，与自然条件相符合，提高试验精确度；
21.3.本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的潜水蒸发量监测系统从操作方式上区别于传统的潜水蒸发装置，现有国内潜水蒸发室内试验装置一般只能在蒸发过程中的各个时间节点，人工读取数据或采集土样通过烘干法测量蒸发量，测量过程复杂繁琐；本装置根据2个空气湿度传感器的软件监测数据、试验前后土体质量与补水质量，试验结束可立即获得数据，通过人工处理计算地下水位动态变化过程中的土体蒸发量数据，从而获得蒸发过程中任一时刻的潜水蒸发量，能够实现对于潜水蒸发的定量分析；
22.4.本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的补水土柱筒从试验方法上区别于传统的潜水蒸发装置，现有国内潜水蒸发室内试验装置一般对潜水蒸发过程中水分场变化情况无法实现可视化，本装置的补水土柱筒采用透明有机玻璃制成，通过在补水土柱筒内加入掺加荧光素的补水溶液，在紫外线灯的照射下，试验过程中可以观察到溶液在土样柱中的位置，从而能够实时观测潜水蒸发的水分迁移路径，真实的还原了潜水蒸发过程中土体内水分迁移的过程，对于潜水蒸发水分迁移的研究具有重要意义；
23.5.本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的补水土柱筒从结构上区别于传统的潜水蒸发装置，现有国内潜水蒸发室内试验装置都是在筒体上竖直布置传感器孔位，本装置在补水土柱筒上螺旋布置传感器孔位，与竖直布置的传感器孔位相比，螺旋布置的传感器孔位在同等高度下可以布置更多的传感器，缩短测点间距，提高测量范围的精度；同时本装置可以降低因竖向排布孔位人为干涉水分迁移路径的影响，提高试验精度。
附图说明
24.下面结合附图对本发明作进一步的说明：
25.图1为本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置结构组成的轴测投影视图；
26.图2为图1中a-a处的剖视图；
27.图3为本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置中所采用的箱体结构组成的轴测投影视图；
28.图4为图2中b处结构组成的轴测投影视图；
29.图5为本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置中所采用的补水土柱筒结构组成的轴测投影视图；
30.图6为本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置中所采用的补水土柱筒结构组成的俯视图；
31.图7为本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的试验流程框图；
32.图中：1.主箱体，2.上顶板，3.下底板，4.传感器固定架，5.补水土柱筒，6.透水石，7.升降底座，8.橡胶圈，9.螺帽，10.螺杆，11.蒸发控速排风扇，12.蒸发控温加热灯头，13.1
号空气湿度传感器，14.水分盐分温度传感器，15.数控液压千斤顶，16.数据采集系统，17.温度控制器，18.风量控制器，19.计算机，20.支架，21.ccd显微照相机，22.plc同步顶升系统，23.1号紫外线灯，24.2号紫外线灯，25.2号空气湿度传感器，26.内嵌壁板，27.加热灯固定板，28.筒体固定台，29.隔板，30.避光箱体，31.试验筒体，32.蒸发温度排风控制系统，33.潜水蒸发量监测系统，34.土体水分盐分温度监测系统，35.水位动态控制系统，36.荧光刻度尺，37.灯连接柱。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作详细的描述：
34.参阅图1与图2，本发明所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置包括避光箱体30、试验筒体31、蒸发温度排风控制系统32、潜水蒸发量监测系统33、土体水分盐分温度监测系统34、水位动态控制系统35、图像采集系统、数据采集系统16、计算机19。
35.参阅图2与图3，所述的避光箱体30包括箱体(主箱体1、上顶板2、下底板3)、传感器固定架4、1号紫外线灯23、2号紫外线灯24、内嵌壁板26与加热灯固定板27；
36.箱体由主箱体1、上顶板2与下底板3组成；
37.所述的主箱体1为顶端与底端敞开的中空长方体形的壳体结构件，主箱体1的下端安装在下底板3顶端的凹槽内，主箱体1的下端在下底板3顶端的凹槽内可上下自由移动，即主箱体1的底端与下底板3的顶端凹槽之间为动配合，主箱体1右箱壁的中心位置设置有一个正方形的拍摄通口，主箱体1采用不锈钢板制成；
38.所述的上顶板2为长方形板类结构件，上顶板2的长宽结构尺寸大于主箱体1顶端端口外侧的长宽结构尺寸，上顶板2中心设置有一个锥形排风扇接入通口，上顶板2采用不锈钢板制成；
39.所述的下底板3为长方形的中心处设置有凹槽的板式结构件，凹槽长宽结构尺寸与主箱体1底端端口外侧的长宽结构尺寸相等，下底板3中心位置即凹槽的中心处均匀地设置有4个与螺杆10结构尺寸相同的圆形螺纹通孔，下底板3采用不锈钢板制成；
40.所述的内嵌壁板26为顶端与底端敞开的中空长方体形的环形结构件，内嵌壁板26的外部长宽结构尺寸和主箱体1顶端端口的内部长宽结构尺寸相等，内嵌壁板26的顶端通过焊接方式固定在上顶板2的底端面上，内嵌壁板26的对称中心线与上顶板2的对称中心线共线，内嵌壁板26安装在主箱体1顶端端口内，内嵌壁板26与主箱体1顶端端口之间为动配合，内嵌壁板26采用不锈钢板制成；
41.所述的传感器固定架4为长方体形结构件，沿传感器固定架4纵向的中心处设置有一个传感器插入通口，传感器插入通口用于固定1号空气湿度传感器13，传感器固定架4纵向的一端通过焊接方式固定在主箱体1左箱壁外侧的上部，传感器固定架4的材质为不锈钢；
42.所述的1号紫外线灯23与2号紫外线灯24为2个结构相同的圆柱体形结构件，1号紫外线灯23与2号紫外线灯24用于观测试验土体的水分迁移路径，其为市场通用式紫外线灯，比如选用格美斯品牌的型号为t8/20w的紫外线灯、雪莱特品牌的型号为20w的紫外线灯等；
43.所述的加热灯固定板27为长方体形结构件，加热灯固定板27用于固定蒸发控温加热灯12，加热灯固定板27一端的长宽结构尺寸与灯连接柱37尾部的固定夹夹口尺寸相等，
加热灯固定板27的另一端通过焊接方式固定在主箱体1左箱壁内侧的上部，并位于左箱壁外侧的传感器固定架4的上方，加热灯固定板27采用不锈钢制成；
44.所述的1号紫外线灯23与2号紫外线灯24竖直地安装在主箱体1内右侧的2个直角处的下底板3上，主箱体1底端端口插入下底板3的凹槽内，主箱体1底端端口的底端面与下底板3上的凹槽底接触连接，内嵌壁板26的底端端口插入主箱体1顶端端口内，主箱体1顶端端口的顶端面与内嵌壁板26周围的上顶板2的底端面接触连接。
45.参阅图2、图4、图5与图6，所述的试验筒体31包括补水土柱筒5、透水石6、4根结构相同的螺杆10、12个结构相同的螺帽9、筒体固定台28、隔板29与荧光刻度尺36；
46.所述的补水土柱筒5为圆筒形的壳体结构件，补水土柱筒5的左侧筒壁的顶部位置设置有一个顶端敞开的条形通口，条形通口的前后方向的宽度尺寸与蒸发控温加热灯12的灯连接柱37前后方向的宽度尺寸相等，补水土柱筒5由条形通口底部下方的70处至距补水土柱筒5顶端面的2/3筒身长处沿竖直螺旋方向均匀地设置有5个径向通孔，通孔由上至下编号为1号～5号，通孔的直径为15mm～25mm，其中1号～5号通孔中相邻2个通孔中心的垂直距离为30mm～50mm，水平距离为50mm，5号通孔中心距离筒体固定台28为30mm，1号通孔中心距离补水土柱筒5的条形通口底部下方为70mm，1号通孔与5号通孔的中心线为空间垂直，补水土柱筒5采用有机玻璃制成；
47.所述的透水石6为圆形板式结构件，透水石6的圆周结构尺寸与补水土柱筒5的内壁结构尺寸相等，透水石6为市场通用式土工透水石，比如选用拓测仪器公司生产的型号为φ100*10mm的土工透水石等,透水石6采用金刚砂制成；
48.所述的螺帽9为市场通用式六角螺母，比如选用金超品牌的型号为m12的不锈钢六角螺母等，螺帽9采用304不锈钢制成；
49.所述的螺杆10为市场通用式牙条丝杆，比如选用金超品牌的型号为m12的不锈钢牙条丝杆等，螺杆10采用304不锈钢制成；
50.所述的筒体固定台28为圆环形的板式结构件，筒体固定台28用于固定补水土柱筒5，筒体固定台28的内环结构尺寸与补水土柱筒5的外壁结构尺寸相等，筒体固定台28沿外边缘位置均匀地设置有4个与螺杆10结构尺寸相同的圆形螺杆光通孔，筒体固定台28采用有机玻璃制成；
51.所述的隔板29为圆环形的板式结构件，隔板29用于放置透水石6，隔板29的外环结构尺寸与补水土柱筒5的内壁结构尺寸相等，隔板29的内环结构尺寸与升降底座7的小圆柱体结构件的圆周结构尺寸相等，隔板29采用有机玻璃制成；
52.所述的荧光刻度尺36由透明自粘刻度尺与夜光胶带粘贴组合构成，透明自粘刻度尺为市场通用式不干胶刻度尺，比如选用型号为50cm长*1cm宽的透明自粘刻度尺贴纸，夜光胶带为市场通用式夜光胶带，比如选用七色空间品牌的型号为3m长*1cm宽的黄绿色夜光胶带。透明自粘刻度尺采用pvc不干胶制成，夜光胶带采用pet不干胶制成；透明自粘刻度尺与夜光胶带选择同等宽度的规格，将透明自粘刻度尺与夜光胶带用剪刀裁剪成与补水土柱筒5等高的长度，透明自粘刻度尺粘贴在夜光胶带的发光面上，夜光胶带通过粘贴方式固定在补水土柱筒5右筒壁的外侧壁上，荧光刻度尺36在紫外线灯的照射下即可呈现荧光效果，用于观测试验过程中土样柱中的水分迁移高度及溶液补充高度；
53.所述的隔板29通过粘接方式固定在补水土柱筒5的内部，隔板29放置于距离补水
土柱筒5顶端的2/3筒身长度处，补水土柱筒5的内部空间被隔板29分为上下两个部分，补水土柱筒5的上半部分用于承装待测土体，补水土柱筒5的下半部分用于盛放掺加荧光素的补水溶液；
54.所述的透水石6放置于补水土柱筒5内部的隔板29上；
55.所述的筒体固定台28通过粘接方式套装固定在补水土柱筒5的外壁上，筒体固定台28放置于距离补水土柱筒5顶端的2/3筒身长度处；
56.所述的补水土柱筒5通过4根螺杆10固定在下底板3上，4根结构相同的螺杆10的上端插入补水土柱筒5上的筒体固定台28的4个通孔中，4根螺杆的底端拧进下底板3上的4个结构相同的螺纹通孔中，两者之间为固定连接，在插入筒体固定台28上的4个通孔的每根螺杆10上并位于筒体固定台28的上下侧各套装1个螺帽9，在拧进下底板3的每根螺杆10上设置1个螺帽9；
57.参阅图1与图2，所述的蒸发温度排风控制系统32包括蒸发控温加热灯12、灯连接柱37、蒸发控速排风扇11、温度控制器17与风量控制器18；
58.所述的蒸发控温加热灯12为一螺口灯头，蒸发控温加热灯12选用派特斯品牌的型号为50w的陶瓷加热器，蒸发控温加热灯12可以对补水土柱筒5内部的待测土体进行加热；
59.所述的灯连接柱37一端为螺口，另一端为固定夹，中间为圆柱体形结构件，灯连接柱37的螺口用于固定蒸发控温加热灯12，灯连接柱37的固定夹夹口尺寸与加热灯固定板27的长宽结构尺寸相等，用于固定整体结构件，灯连接柱37中间的圆柱体形结构件用于连接螺口与固定夹，为万向韧性软管，可360度旋转定型。灯连接柱37的螺口与蒸发控温加热灯12上的螺口拧入连接，灯连接柱37的固定夹与加热灯固定板27夹持连接，灯连接柱37选用reptile structure品牌的型号为300w的弯管灯夹，灯连接柱37为蒸发控温加热灯12的配套制式产品；
60.所述的型号为wk-sm3的温度控制器17可以对蒸发控温加热灯12进行加热温度与加热时间的控制，温度控制器17的控温范围为5℃～99℃；
61.蒸发控温加热灯12通过电源线上插头内的两根火线零线与温度控制器17插座上的两个插孔内的火线零线插入连接，温度控制器17电源线上插头内的两根火线零线与电源插座上的两个插孔内的火线零线插入连接；
62.所述的九叶风品牌的型号为lh-100-32w的蒸发控速排风扇11底部为圆柱形插头，上部为机身，蒸发控速排风扇11可以将土体蒸发的水分及时排出，所述的型号为ac/dc adapter yys-1202000的风量控制器18可以对蒸发控速排风扇11进行风量控制，风量控制器18的风量控制范围为0m3/h～280m3/h；
63.蒸发控速排风扇11通过母头电源线内的两根火线零线与风量控制器18公头电源线内的两根火线零线插入连接，风量控制器18电源线上插头内的两根火线零线与电源插座上的两个插孔内的火线零线插入连接；
64.参阅图1、图2与图5，所述的潜水蒸发量监测系统33包括1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25；
65.1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25为2个结构相同的圆柱体形结构件，1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25为市场通用式温湿度传感器，比如选用型号为hengko rht-h31的温湿度传感器、th10s-b的温湿度传感器、b-th-rs30的温湿度传
感器等，插入式1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25探头外壳为不锈钢材质，1号空气湿度传感器13垂直插入主箱体1外部的传感器固定架4的通孔内，2号空气湿度传感器25水平插入补水土柱筒5上的1号通孔内，1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25采用rs485四线制接线，1号空气湿度传感器13与2号空气湿度传感器25rs485四线制接线的红线、白线、黄线、绿线分别连接数据采集处理系统16rs485接口的正极、负极、485a、485b，数据采集处理系统16与计算机19通过具有usb接口的线连接；
66.参阅图1，所述的土体水分盐分温度监测系统34包括4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器14，插入式水分盐分温度传感器14为市场通用式水分盐分温度传感器，比如选用campbell品牌的型号为cr1000x的水分盐分温度传感器、decagon品牌的型号为5tm的水分温度传感器等，4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器14通过补水土柱筒5上的2号～5号通孔插入到土样柱中，4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器14用于监测补水土柱筒5中土样柱的含水率，4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器14采用rs485四线制接线，rs485四线制接线的红线、白线、黄线、绿线分别连接数据采集处理系统16rs485接口的正极、负极、485a、485b，数据采集处理系统16与计算机19通过具有usb接口的线连接；
67.参阅图1、图2与图4，所述的水位动态控制系统35包括升降底座7、橡胶圈8、数控液压千斤顶15与plc同步顶升系统22；
68.所述的升降底座7为圆柱体形结构件，所述的升降底座7由大圆柱体结构件与小圆柱体结构件焊接制成，升降底座7小圆柱体结构件的下底面设置在大圆柱体结构件顶端面的中心处，即小圆柱体结构件的回转中心线与大圆柱体结构件的回转中心线共线，升降底座7的小圆柱体结构件圆周结构尺寸与隔板29的内环结构尺寸相等，升降底座7的大圆柱体结构件圆周结构尺寸略小于补水土柱筒5的内壁结构尺寸，升降底座7用于推挤补水土柱筒5中的掺加荧光素的补水溶液进入待测土体中，升降底座7采用不锈钢制成；
69.所述的橡胶圈8为等横截面为凹槽形的圆环形结构件，橡胶圈8为市场通用式橡胶圈，橡胶圈8的直径、厚度与升降底座7的大圆柱体结构件的直径、厚度相同，比如选用型号为dn100的消防接头皮圈等，橡胶圈8起到密封作用；
70.所述的数控液压千斤顶15为圆柱体形结构件，数控液压千斤顶15为市场通用式数控液压千斤顶，比如选用中工公司生产的型号为f50/200的数控液压千斤顶等；
71.所述的plc同步顶升系统22为市场通用式plc同步顶升系统，比如选用中工公司生产的型号为s50/160、中工公司生产的型号为s50/200的plc同步顶升系统等，plc同步顶升系统用于控制数控液压千斤顶15的顶升、下降和保压；
72.升降底座7插装在补水土柱筒5底部，橡胶圈8凹槽的内壁通过粘接方式固定在升降底座7大圆柱体结构件的外圆柱面上，橡胶圈8的外环壁与补水土柱筒5的内筒壁接触连接；数控液压千斤顶15的底面通过焊接方式与下底板3固定，升降底座7的底端面通过焊接方式与数控液压千斤顶15活塞头顶端面固定连接。数控液压千斤顶15的进出油接口通过液压软管与plc同步顶升系统22的电动液压泵站的油路进出口插入连接，plc同步顶升系统22与计算机19通过具有usb接口的线连接，数控液压千斤顶15的控制可在plc同步顶升系统22的触摸屏上控制，也可在计算机19的plc信号处理软件上进行控制；
73.参阅图1，所述的图像采集系统包括支架20与ccd显微照相机21；
74.所述的支架20为市场通用式相机支架，比如型号为ulanzi mt-08的三脚架等；
75.所述的ccd显微照相机21为市场通用式显微照相机，比如选用里博品牌的型号为lm2000的ccd相机，avdor品牌的型号为ixon ultra 897的高灵敏ccd相机等，ccd相机可以在光线不足地区仍然保持较高的图像分辨率，并且具有更高的成像速度，ccd显微照相机21用于监测补水土柱筒5内的水分迁移情况；
76.支架20通过螺丝与ccd显微照相机21固定连接，ccd显微照相机21与计算机19通过具有usb接口的线连接，ccd显微照相机21位于主箱体1右箱壁中心位置的拍摄口的右侧，ccd显微照相机21可设置定时拍照，该功能可通过计算机19安装的拍摄软件进行控制；
77.所述的数据采集系统16为长方体形结构件，其为市场通用式动态信号测试分析仪，比如选用拓普测控公司生产的型号为nuxi-1004/8的动态信号测试分析仪等，内部含有集成信息收集处理单元，为市场上制式产品，数据采集系统16与计算机19安装在主箱体1的右侧；
78.所述的计算机19为市场制式台式电脑，比如选用dell品牌的型号为3681的台式电脑等；
79.所述的避光箱体30通过其中的下底板3竖直地安装在试验台上；
80.所述的试验筒体31竖直地安装在避光箱体30内的下底板3的中心位置，试验筒体31通过其上的筒体固定台28与避光箱体30的下底板3之间采用4根结构相同的螺杆10与12个结构相同的螺帽9连接，避光箱体30中的主箱体1的纵向对称中心线与试验筒体31的纵向对称中心线共线；
81.所述的蒸发温度排风控制系统32的蒸发控温加热灯12位于试验筒体31中的补水土柱筒5内部的顶端位置，灯连接柱37靠近螺口一侧的万向韧性软管插入补水土柱筒5上的条形通口，灯连接柱37尾部的固定夹与避光箱体30中的主箱体1左箱壁内侧上的加热灯固定板27夹持连接；
82.所述的蒸发温度排风控制系统32的蒸发控速排风扇11安装在避光箱体30中的主箱体1顶部的中心位置处，蒸发控速排风扇11底部的圆柱形插口插入主箱体1中上顶板2中心位置的锥形排风扇接入通口内，温度控制器17与风量控制器18安装在主箱体1的后侧；
83.所述的潜水蒸发量监测系统33中1号空气湿度传感器13垂直插入主箱体1外部的传感器固定架4的通孔内，2号空气湿度传感器25水平插入补水土柱筒5上的1号通孔内；
84.所述的土体水分盐分温度监测系统34位于试验筒体31的内部，土体水分盐分温度监测系统34中4个结构相同的插入式水分盐分温度传感器14水平插入补水土柱筒5的2号～5号通孔内的土体样品中；
85.所述的水位动态控制系统35位于避光箱体30内补水土柱筒5的正下方位置处，水位动态控制系统35中数控液压千斤顶15的底面通过焊接方式与下底板3固定，顶部活塞头通过焊接方式与升降底座7的下底面固定；
86.参阅图7，采用所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的试验方法为：
87.1.试验准备
88.1)预试验
89.通过预试验，确定plc同步顶升系统22升降高度与补水土柱筒5水位变化高度的比例关系，记录不同土质层的比例系数μi(i＝亚砂土层、亚粘土层、中细砂层、粗砂含砾层等)；预试验方法如下：
90.(1)通过plc同步顶升系统22控制数控液压千斤顶15缓慢上升，将荧光素溶液推入到土样柱底部第一层土层中，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h1；
91.(2)通过plc同步顶升系统22控制数控液压千斤顶15将荧光素溶液注入20mm，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h2；
92.(3)计算第一层土层的比例系数μ1，μ1＝20/(h
2-h1)；
93.(4)若土样柱有多种不同土层,比例系数μi＝20/(h
i-2-h
i-1
),在记录完第一层土层的h
1-2
后，继续通过plc同步顶升系统22控制数控液压千斤顶15缓慢上升，将荧光素溶液推入到土样柱底部第二层土层中，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h
2-1
，再注入到20mm，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h
2-2
，计算第二层土层的比例系数μ2，μ2＝20/(h
2-2-h
2-1
)；第三层土层μ3＝20/(h
3-2-h
3-1
)；直至最后一层土层；
94.2)地下水位波动监测数据的采集与处理
95.采用监测井对野外场地一段时间内的地下水位动态进行监测，采集地下水位波动监测数据，数据包括监测时间及地下水位高度；该数据也可使用现有文献公布数据，得到的监测数据需要进行以下处理：
96.(1)将地下水位波动监测数据做成excel表格-地下水位波动监测数据表，表头中a列为监测时间，单位为min，b列为地下水位高度，单位为mm，c列为地下水位所在土层的土质，包括亚砂土层、亚粘土层、中细砂层、粗砂含砾层等，表中1行，2行，3行...n行为实际监测数据值；
97.(2)计录野外场地监测土层的总体高度h，按比例缩放到补水土柱筒5的规模，补水土柱筒5内的土样柱的高度记为hb，计算比例系数e，e＝hb/h；
98.(3)在地下水位波动监测数据表中，增加d列为plc同步顶升系统22的控制数据，在表中d列输入公式：单位为mm/min，所得结果正值为控制plc同步顶升系统22上升，负值为控制plc同步顶升系统22下降；
99.3)制备土样柱
100.土样可选择野外场地的原状土或重塑土；
101.(1)根据野外场地实际土层厚度按照比例系数e进行土样柱制备，土样柱高度范围在透水石6的顶面到补水土柱筒5的2号通孔以上2cm为宜，太高会影响顶部水分盐分温度传感器对地表监测的准确度，太低在插入顶部水分盐分温度传感器的时候会将土层插裂；在与补水土柱筒5同等大小的模具中填入与野外场地一致的土层，如分层填入亚砂土层、亚粘土层、中细砂层、粗砂含砾层等或只填入一种土层均可；具体填入几种土层，需要看地下水波动范围涉及到几种土层，每填装5cm高度对其进行压实；
102.(2)全部填装好后，将模具中的土样柱推出，用电子秤称量土样柱质量g1；
103.4)计算静水位
104.根据野外场地监测数据可知地下水位埋深的变化范围，试验取监测时间内地下水位高程波动最小的水位作为静水位hj，按照比例系数e计算试验用土样柱的静水位高度hj，hj＝hj×
e；
105.2.设备安装
106.1)数控液压千斤顶15放置在下底板3的中心处，补水土柱筒5的底部套装在升降底
座7上，用4根螺杆10固定筒体固定台28与下底板3，用直尺测量升降底座7小圆柱体的厚度h3，在补水土柱筒5筒壁内隔板29以上的位置均匀涂抹一层凡士林，用来阻隔水分；
107.2)向补水土柱筒5内倒入掺加荧光素的补水溶液，液面高度加到隔板29位置处，然后将透水石6放置在隔板29上，此时通过人工观测补水土柱筒5上的荧光刻度尺36，记录升降底座7大圆柱体顶面所在位置的刻度h1，该刻度在试验结束后用来计算溶液补充量；
108.3)准备好的土样柱装入补水土柱筒5内，土样柱底部与透水石6相接触；
109.4)将4个水分盐分温度传感器14通过补水土柱筒5中的2号～5号通孔插入到土体样品中，将2号空气湿度传感器25插入补水土柱筒5的1号通孔内；
110.5)1号紫外线灯23与2号紫外线灯24放置在下底板3右侧的两个拐角处，然后将主箱体1安装在下底板3上；
111.6)蒸发控温加热灯12放入补水土柱筒5的内部，灯连接柱37穿过补水土柱筒5上的条形通口，灯连接柱37尾部的固定夹夹住加热灯固定板27；
112.7)1号空气湿度传感器13插入传感器固定架4上；
113.8)上顶板2扣装到主箱体1顶端；然后将蒸发控速排风扇11的底部插入到上顶板2中心的锥形通口内；
114.9)ccd显微照相机21放置在主箱体1右箱壁上的拍摄口的右侧；
115.3.试验仪器参数设置
116.1)地下水位波动模型设置
117.将地下水位波动监测数据表中d列结果导入到计算机19的plc信号处理软件上(单位为mm/min)，对plc同步顶升系统22进行水位动态变化控制，plc同步顶升系统22可操控数控液压千斤顶15每分钟上升、下降的高度，从而模拟野外实际地下水位随时间的变化情况；
118.2)传感器数据采集间隔时间设置
119.购买传感器时生产厂家附赠数据采集系统软件，数据采集系统软件包括数据采集、生成图表以及设置数据采集间隔时间功能，1号空气湿度传感器13、2号空气湿度传感器25以及水分盐分温度传感器14通过计算机19的数据采集系统软件可以采集到时间、含水量、电导率、温度、湿度数据，在数据采集过程中以上数据会在软件内实时自动生成关于时间、含水量、电导率、温度、湿度的表格以及xy轴坐标曲线，在曲线中，x轴为时间，y轴为含水率、电导率、温度、湿度；在软件内输入分钟数即可设置数据采集间隔时间，间隔时间可以任意设定，最短间隔时间为1min；间隔时间的设定根据试验总时间来确定，当试验时间为几小时或几天时，采集间隔时间宜短，当试验时间为几周或几个月时，采集间隔时间宜长；
120.3)温度控制器设置
121.温度控制器17的设置是为了模拟野外场地中太阳对地表的照射温度与照射时间，温度控制器17可以手动对蒸发控温加热灯12进行加热温度与加热时间的控制，温度控制器17的控制面板上有一个显示屏以及五个按键，显示屏上可以显示蒸发控温加热灯12的当前温度以及温度控制器17的加热时间；五个按键分别是模式切换按键、启动操作(增加按键、减小按键)，停止操作(增加按键、减小按键)；其中模式切换按键可以调节温度、时间两种模式；在温度模式中，通过设定启动操作的增加按键与减小按键可以调节加热温度，温度控制
器17的控温范围为5℃～99℃，在时间模式中，可以设定几分钟开机，几分钟关机，通过设定启动操作的增加按键与减小按键可以调节加热时间，通过设定停止操作的增加按键与减小按键可以设定停止加热的间歇时间，温度控制器17的控制时间范围为1min～99min；加热温度的设置可参考取土地各季节的地表平均温度，加热时间可根据每日太阳实际照射时长进行设定；
122.4)风量控制器设置
123.风量控制器18的设置是为了模拟野外场地中风速的大小，同时可以将土体蒸发的水分及时排出。在野外中，风会将土体蒸发的水分吹走，从而加速地表水分的蒸发；风量控制器18可以手动对蒸发控速排风扇11进行风量控制，风量控制器18的控制面板上有一个旋钮，旋钮上有一个指示灯，通过顺时针旋转旋钮可以控制风量从小到大，指示灯所在位置即为当前风量大小，风量控制器18的风量控制范围为0m3/h～280m3/h，风量的设置可参考取土地各季节地表风速的气象数据；
124.5)ccd显微照相机拍摄间隔时间设置
125.ccd显微照相机21通过计算机19的图像采集软件可以采集到ccd显微照相机的拍摄图像，图像采集软件内包括图像拍摄以及设置拍摄间隔时间功能，拍摄到的图像可以实时在电脑文件夹中生成图片文件，文件名称根据拍摄时间的日-时-分-秒命名，图片文件在文件夹中按照时间顺序排列；在软件内输入分钟数即可设置拍摄间隔时间，间隔时间可以任意设定，最短时间为间隔1min；间隔时间的设定根据试验总时间来确定，当试验时间为几小时或几天时，采集间隔时间宜短，当试验时间为几周或几个月时，采集间隔时间宜长；
126.4.开始试验
127.1)1号紫外线灯23，2号紫外线灯24，plc同步顶升系统22与计算机19电源通电；
128.2)通过plc同步顶升系统22控制数控液压千斤顶15缓慢上升，将荧光素溶液推入到土样柱静水位高度hj处，停止顶升，顶升过程中控制液压千斤顶15上升速度为1mm/min～10mm/min，上升速度不宜过快，以避免水流冲击使土样柱产生孔隙、裂隙等；
129.3)数据采集系统16、温度控制器17、风量控制器18电源通电，打开ccd显微照相机21，启动试验；
130.5.数据采集
131.1)采集水分盐分温度传感器数据
132.数据采集系统16读取不同时刻各个不同高度处水分盐分温度传感器14的含水量、电导率以及温度数据，数据采集系统16将数据传到计算机19的数据采集系统软件内，软件根据各传感器采集到的时间、含水量、电导率以及温度数据可以生成关于时间、含水量、电导率以及温度的表格及曲线，在曲线中，x轴为时间，y轴为含水率、电导率以及温度；
133.2)采集空气湿度传感器数据
134.数据采集系统16读取不同时刻1号空气湿度传感器13、2号空气湿度传感器25的湿度数据，数据采集系统16将数据传到计算机19的数据采集系统软件内，软件根据各传感器采集到的时间、湿度数据可以生成关于时间、湿度的表格及曲线，在空气湿度变化曲线中，x轴为时间，y轴为湿度；
135.3)采集ccd显微照相机图像数据
136.ccd显微照相机21可以对试验过程中土样柱的水分迁移高度及溶液补充高度进行
全过程实时拍摄，在试验过程中，数控液压千斤顶15会将补水土柱筒5内掺加荧光素的补水溶液推入土样柱中，在紫外线灯的照射下，荧光素溶液会呈现鲜艳的荧光绿色，有荧光绿色的位置即为补水土柱筒5上半部分的土样柱的水分迁移高度以及补水土柱筒5下半部分的溶液高度；试验结束后，试验操作人员即可通过ccd显微照相机21拍摄的图像，人工读取各个时刻补水土柱筒5上的荧光刻度尺36的刻度，获得试验全过程土样柱中的水分迁移高度及溶液补充高度，该手段解决了潜水蒸发试验过程观测困难的问题，实现了试验全过程可视化；
137.4)采集试验总时间数据
138.试验完成时通过数据采集系统16记录的开始时间与结束时间，人工计算试验总时间t；
139.5)采集土样柱质量数据
140.试验后将土样柱推出，用电子秤称量土样柱质量g2；
141.6)采集荧光刻度尺数据
142.试验后通过人工观测补水土柱筒5上的荧光刻度尺36，记录升降底座7大圆柱体顶面所在位置的刻度h2；
143.6.潜水蒸发量计算
144.通过试验中获取的数据，根据以下方法可以计算地下水位动态变化过程中的潜水蒸发量；
145.1)根据补水溶液高度数据，可以得出补水的总质量gw，
146.gw＝s
·
(h
1-h2)
·
ρ-s
·
h3,
147.其中：s是补水土柱筒5的内底面积；
148.h1是试验前设备安装时升降底座7大圆柱体顶面所在位置的刻度；
149.h2是试验后升降底座7大圆柱体顶面所在位置的刻度；
150.h3是升降底座7小圆柱体的高度；
151.(h
1-h2)是整个试验周期补充溶液的总高度；
152.ρ是溶液密度；
153.2)通过试验前、后土样柱质量以及补水总质量，可以得到土体水分总蒸发量g，
154.g＝|g
2-g1|+gw，
155.其中：g1是试验前土样柱质量；
156.g2是试验后土样柱质量；
157.3)通过获得的1号空气湿度传感器13、2号空气湿度传感器25监测数据可以得出k时刻土体水分蒸发量wk，
[0158][0159]
其中：wk是k时刻土体水分蒸发量；
[0160]
g是土体水分总蒸发量；
[0161]
ω是2号空气湿度传感器25测得的土样柱水分蒸发湿度；
[0162]
ωk是k时刻2号空气湿度传感器25测得的土样柱水分蒸发湿度；
[0163]
ωi是每个监测时刻2号空气湿度传感器25测得的土样柱水分蒸发湿度；
[0164]
u是1号空气湿度传感器13测得的箱外参比湿度；
[0165]
uk是k时刻1号空气湿度传感器13测得的箱外参比湿度；
[0166]
ui是每个监测时刻1号空气湿度传感器13测得的箱外参比湿度；
[0167]
i是蒸发监测时间间隔；
[0168]
t是试验总时间。
[0169]
通过以上室内试验的方法可以获得每一时刻的土体潜水蒸发量，进而分析土样所在地区的潜水蒸发量。在设计试验时，可以通过改变土层结构、温度条件、风量条件以及补水溶液含盐量来对潜水蒸发量进行对比，得出不同土层结构、温度条件、风量条件以及补水溶液含盐量对潜水蒸发量的影响。
[0170]
通过这种方法，可以较为科学合理的模拟野外实际地下水位动态变化下的潜水蒸发，同时可以比较精确的测定出地下水位动态变化过程中的潜水蒸发量，并且实现了潜水蒸发试验全过程可视化。