本發(fā)明屬于地下水位控制技術領域，具體涉及一種控制地下水位平衡的試驗裝置，本發(fā)明還涉及利用上述試驗裝置進行水位控制的試驗方法。

背景技術：

地下水位較淺的地區(qū)，地下水補給是作物需水量的重要組成，某些情況下可達作物需水量15％～95％；灌溉條件下，深層滲漏量亦可達作物需水量10％左右甚至更高。因而，在農(nóng)作物有關需水量的試驗中，地下水位變化是水量平衡計算中不可缺少的一項，但實際中，田間地下水位變化較為復雜，測定困難。為了定量地確定地下水位變化對作物需水過程的影響，并便于試驗操作和簡化水量平衡計算，需要在恒定的地下水位條件下研究作物需水規(guī)律。

傳統(tǒng)恒定地下水位的方法是利用管道人工補排水來恒定地下水位，精度較低，且工作強度大，因此需要設計一種自動化程度高而且控制準確的地下水位動態(tài)平衡系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種控制地下水位平衡的試驗裝置，用于使試驗土體的地下水位維持恒定，便于對作物的需水規(guī)律進行研究。

本發(fā)明的另一目的是利用上述試驗裝置進行水位控制的試驗方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術方案是，一種控制地下水位平衡的試驗裝置，包括預埋在試驗土體下部反濾層內的滲水管網(wǎng)，滲水管網(wǎng)包括至少兩根平行設置的支管a，支管a的一端封閉，支管a的另一端端口與支管b連通，支管b上設有接口，接口通過四通接頭分別連接供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及液位傳感器，供水系統(tǒng)與排水系統(tǒng)均與控制器連接，液位傳感器與控制器均連接在上位機上；

供水系統(tǒng)包括供水管a，供水管a的一端通過四通接頭與接口連接，供水管a的另一端連接在供水蠕動泵上，供水管a上設有電動閥a，供水蠕動泵上還連接供水管b的一端，供水管b的另一端連接蓄水箱，供水管b上設有電動閥b，電動閥a、電動閥b及供水蠕動泵均與控制器連接；

排水系統(tǒng)包括排水管a，排水管a的一端通過四通接頭與接口連接，排水管a的另一端連接排水蠕動泵，排水蠕動泵還連接有排水管b，排水管a上設有電動閥c，電動閥c和排水蠕動泵均與控制器連接；

支管a的管壁上均勻排布有透水孔，透水孔設置在支管a的上表面管壁上。

本發(fā)明第一種技術方案的特點還在于，

其中透水孔的孔徑為1mm～3mm。

其中透水孔上設有尼龍紗網(wǎng)或不銹鋼紗網(wǎng)。

本發(fā)明所采用的第二種技術方案是，一種控制地下水位平衡的方法，具體包括以下步驟：

步驟1，在上位機上設定試驗土體的地下水位控制范圍，即設定試驗土體地下水位的上、下限分別為H_max、H_min；

步驟2，通過液位傳感器監(jiān)測試驗土體的實際地下水位h，并將監(jiān)測到的液位信息傳輸?shù)缴衔粰C中，在上位機中將實際地下水位h與步驟1預先設定的地下水位上、下限H_max、H_min進行比較；

步驟3，通過上位機對步驟2所得的比較結果進行分析，并根據(jù)分析結果發(fā)送相應指令給控制器，通過控制器驅動供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)工作，對試驗土體中的地下水進行補充和排放，使實際地下水位滿足如下關系：

H_min≤h≤H_max；

步驟4，重復執(zhí)行步驟2～3，使試驗土體的地下水位維持恒定。

本發(fā)明第二種技術方案的特點還在于，

其中步驟3的具體過程為：

當h<H_min時，則表明要對試驗土體進行補水，上位機計算出水位差量⊿h_補，并將信號傳輸給控制器，控制器控制供水蠕動泵、電動閥a、電動閥b打開，供水蠕動泵從蓄水箱中抽水，蓄水箱中的水依次流經(jīng)供水管b、供水管a及接口通過滲水管網(wǎng)向試驗土體內定量補水，當補水量達到⊿h_補時，補水過程結束，上位機通過控制器關閉供水蠕動泵、電動閥a、電動閥b；

當h>H_max時，則表明要將試驗土體內部分水分排出，上位機計算出水位差量⊿h_排，并將信號傳輸給控制器，控制器控制排水蠕動泵及電動閥c打開，

排水蠕動泵將試驗土體中的多余水分從滲水管網(wǎng)中抽出并依次經(jīng)排水管a和排水管b排出，當排水量達到⊿h_排時，排水過程結束，上位機通過控制器控制排水蠕動泵及電動閥c關閉。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提出的自動控制地下水位系統(tǒng)利用上位機自動控制蠕動泵對試驗土體內的水補給和排出，以解決之前水位變化難控制、工作強度大的問題，本發(fā)明還提出了一種控制地下水位平衡的方法，該方法操作簡單，使試驗土體的地下水位維持恒定，對作物需水規(guī)律的研究提供了有利保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗裝置中滲水管網(wǎng)的俯視圖。

圖中，1.支管a，2.供水管a，3.供水管b，4.排水管a，5.排水管b，6.電動閥a，7.電動閥b，8.電動閥c，9.液位傳感器，10.供水蠕動泵，11.排水蠕動泵，12.蓄水箱，13.上位機，14.控制器，15.試驗土體，16.反濾層，17.透水孔，18.容器，19.支管b，20.接口。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗裝置，結構如圖1所示，包括預埋在試驗土體15下部反濾層16內的滲水管網(wǎng)，試驗土體15裝在容器18內，如圖2所示，滲水管網(wǎng)包括至少兩根(水平)平行設置的支管a1，支管a1的一端封閉，支管a1的另一端端口與支管b19連通(支管b19的管壁上分布有與支管a1數(shù)量相同的管接頭，支管a1通過管接頭與支管b19的內部連通)，支管b19的中間位置設有接口20(支管a1與支管b19預埋在反濾層16內，接口20位于容器18的外部)，接口20通過四通接頭分別連接供水管a2的一端、排水管a4的一端及液位傳感器9(即四通接頭的四個端口分別連接接口20、供水管a2的一端、排水管a4的一端及液位傳感器9)，供水管a2的另一端連接供水蠕動泵10，供水蠕動泵10上還連接供水管b3的一端，供水管b3的另一端連接蓄水箱12，供水管a2上設有電動閥a6，供水管b3上設有電動閥b7；排水管a4的另一端連接排水蠕動泵11，排水蠕動泵11上還連接有排水管b5，排水管a4上設有電動閥c8。

其中支管a1的管壁上均勻排布有透水孔17，透水孔17設置在支管a1的上表面管壁上，透水孔17的孔徑為1mm～3mm，透水孔17上還包裹有尼龍紗網(wǎng)或不銹鋼紗網(wǎng)，尼龍紗網(wǎng)或不銹鋼紗網(wǎng)主要為了防止沙粒從透水孔17進入支管a1內部，將整個試驗裝置的管道堵塞。

電動閥a6、電動閥b7、電動閥c8、供水蠕動泵10及排水蠕動泵11均與控制器14連接，控制器14與液位傳感器9均連接上位機13。

其中控制器14的型號為FK-1C，F(xiàn)K-1C型控制器是以時間控制定量分配的控制器，具有多種工作方式、掉電記憶、時間精準、外部控制的功能。

FK-1C型控制器的技術指標如下：

時間設定范圍：0～99.99s(工作時間和間歇時間單獨調整)；

時間分辨率：0.01s；

技術設定范圍：正計數(shù)0～999次，倒計數(shù)999～0次。

外控計算范圍：0～999999，循環(huán)計數(shù)。

其中液位傳感器9采用的型號為CYG1101。

本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗裝置的工作原理為，將試驗土體15裝在容器18內，在試驗土體15上種上作物之后，在上位機13上設定試驗土體15的地下水位控制范圍，液位傳感器9實時監(jiān)測試驗土體15的地下水位高度，并將液位信息傳輸?shù)缴衔粰C13中實時顯示，當液位傳感器9監(jiān)測到試驗土體15的地下水位低于預先設定的地下水位范圍下限時，上位機13通過控制器14打開供水蠕動泵10、電動閥a6、電動閥b7，供水蠕動泵10從蓄水箱12中抽水，蓄水箱12中的水依次流經(jīng)供水管b3、供水管a2及接口20向試驗土體15內定量補水，補水完成后，上位機13通過控制器14關閉供水蠕動泵10、電動閥a6、電動閥b7；當液位傳感器9監(jiān)測到試驗土體15的地下水位高于設定的地下水位范圍上限時，上位機13通過控制器14控制排水蠕動泵11及電動閥c8打開，排水蠕動泵11將試驗土體內多余的水分通過排水管b5排出；排水過程結束后，上位機13通過控制器14控制排水蠕動泵11及電動閥c8關閉；如此反復對試驗土體15內部的地下水進行補給和排放，使試驗土體15內部的地下水位維持在恒定狀態(tài)，從而進一步對作物的需水規(guī)律進行研究。

本發(fā)明還提供一種利用上述試驗裝置進行水位控制的試驗方法，具體包括以下步驟：

步驟1，在上位機(13)上設定試驗土體(15)的地下水位控制范圍，即設定試驗土體(15)地下水位的上、下限分別為H_max、H_min；

步驟2，通過液位傳感器(9)監(jiān)測試驗土體(15)的實際地下水位h，并將監(jiān)測到的液位信息傳輸?shù)缴衔粰C(13)中，在上位機(13)中將實際地下水位h與步驟1預先設定的地下水位上、下限H_max、H_min進行比較；

步驟3，通過上位機(13)對步驟2所得的比較結果進行分析，并根據(jù)分析結果發(fā)送相應指令給控制器(14)，通過控制器(14)驅動供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)工作，對試驗土體(15)中的地下水進行補充和排放，使實際地下水位滿足如下關系：

H_min≤h≤H_max；

步驟3的具體過程為：

當h<H_min時，則表明要對試驗土體(15)進行補水，上位機(13)計算出水位差量⊿h_補，并將信號傳輸給控制器(14)，控制器(14)控制供水蠕動泵(10)、電動閥a(6)、電動閥b(7)打開，供水蠕動泵(10)從蓄水箱(12)中抽水，蓄水箱(12)中的水依次流經(jīng)供水管b(3)、供水管a(2)及接口(20)通過所述滲水管網(wǎng)向試驗土體(15)內定量補水，當補水量達到⊿h_補時，補水過程結束，上位機(13)通過控制器(14)關閉供水蠕動泵(10)、電動閥a(6)、電動閥b(7)；

當h>H_max時，則表明要將試驗土體(15)內部分水分排出，上位機(13)計算出水位差量⊿h_排，并將信號傳輸給控制器(14)，控制器(14)控制排水蠕動泵(11)及電動閥c(8)打開，排水蠕動泵(11)將試驗土體(15)中的多余水分從所述滲水管網(wǎng)中抽出并依次經(jīng)排水管a(4)和排水管b(5)排出，當排水量達到⊿h_排時，排水過程結束，上位機(13)通過控制器(14)控制排水蠕動泵(11)及電動閥c(8)關閉。

步驟4，重復執(zhí)行步驟2～3，使試驗土體(15)的地下水位維持恒定。