本發(fā)明屬于地下水位控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)裝置，本發(fā)明還涉及利用上述試驗(yàn)裝置進(jìn)行水位控制的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

地下水位較淺的地區(qū)，地下水補(bǔ)給是作物需水量的重要組成，某些情況下可達(dá)作物需水量15％～95％；灌溉條件下，深層滲漏量亦可達(dá)作物需水量10％左右甚至更高。因而，在農(nóng)作物有關(guān)需水量的試驗(yàn)中，地下水位變化是水量平衡計(jì)算中不可缺少的一項(xiàng)，但實(shí)際中，田間地下水位變化較為復(fù)雜，測(cè)定困難。為了定量地確定地下水位變化對(duì)作物需水過(guò)程的影響，并便于試驗(yàn)操作和簡(jiǎn)化水量平衡計(jì)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(bǔ)排水來(lái)恒定地下水位，精度較低，且工作強(qiáng)度大，因此需要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化程度高而且控制準(zhǔn)確的地下水位動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)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(yàn)裝置，用于使試驗(yàn)土體的地下水位維持恒定，便于對(duì)作物的需水規(guī)律進(jìn)行研究。

本發(fā)明的另一目的是利用上述試驗(yàn)裝置進(jìn)行水位控制的試驗(yàn)方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)裝置，包括預(yù)埋在試驗(yàn)土體下部反濾層內(nèi)的滲水管網(wǎng)，滲水管網(wǎng)包括至少兩根平行設(shè)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(shè)有接口，接口通過(guò)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(jī)上；

供水系統(tǒng)包括供水管a，供水管a的一端通過(guò)四通接頭與接口連接，供水管a的另一端連接在供水蠕動(dòng)泵上，供水管a上設(shè)有電動(dòng)閥a，供水蠕動(dòng)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(shè)有電動(dòng)閥b，電動(dòng)閥a、電動(dòng)閥b及供水蠕動(dòng)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(guò)四通接頭與接口連接，排水管a的另一端連接排水蠕動(dòng)泵，排水蠕動(dòng)泵還連接有排水管b，排水管a上設(shè)有電動(dòng)閥c，電動(dòng)閥c和排水蠕動(dòng)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(shè)置在支管a的上表面管壁上。

本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

其中透水孔的孔徑為1mm～3mm。

其中透水孔上設(shè)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(shù)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(jī)上設(shè)定試驗(yàn)土體的地下水位控制范圍，即設(shè)定試驗(yàn)土體地下水位的上、下限分別為H_max、H_min；

步驟2，通過(guò)液位傳感器監(jiān)測(cè)試驗(yàn)土體的實(shí)際地下水位h，并將監(jiān)測(cè)到的液位信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，在上位機(jī)中將實(shí)際地下水位h與步驟1預(yù)先設(shè)定的地下水位上、下限H_max、H_min進(jìn)行比較；

步驟3，通過(guò)上位機(jī)對(duì)步驟2所得的比較結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)送相應(yīng)指令給控制器，通過(guò)控制器驅(qū)動(dòng)供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)工作，對(duì)試驗(yàn)土體中的地下水進(jìn)行補(bǔ)充和排放，使實(shí)際地下水位滿(mǎn)足如下關(guān)系：

H_min≤h≤H_max；

步驟4，重復(fù)執(zhí)行步驟2～3，使試驗(yàn)土體的地下水位維持恒定。

本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

其中步驟3的具體過(guò)程為：

當(dāng)h<H_min時(shí)，則表明要對(duì)試驗(yàn)土體進(jìn)行補(bǔ)水，上位機(jī)計(jì)算出水位差量⊿h_補(bǔ)，并將信號(hào)傳輸給控制器，控制器控制供水蠕動(dòng)泵、電動(dòng)閥a、電動(dòng)閥b打開(kāi)，供水蠕動(dòng)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(guò)滲水管網(wǎng)向試驗(yàn)土體內(nèi)定量補(bǔ)水，當(dāng)補(bǔ)水量達(dá)到⊿h_補(bǔ)時(shí)，補(bǔ)水過(guò)程結(jié)束，上位機(jī)通過(guò)控制器關(guān)閉供水蠕動(dòng)泵、電動(dòng)閥a、電動(dòng)閥b；

當(dāng)h>H_max時(shí)，則表明要將試驗(yàn)土體內(nèi)部分水分排出，上位機(jī)計(jì)算出水位差量⊿h_排，并將信號(hào)傳輸給控制器，控制器控制排水蠕動(dòng)泵及電動(dòng)閥c打開(kāi)，

排水蠕動(dòng)泵將試驗(yàn)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(dāng)排水量達(dá)到⊿h_排時(shí)，排水過(guò)程結(jié)束，上位機(jī)通過(guò)控制器控制排水蠕動(dòng)泵及電動(dòng)閥c關(guān)閉。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提出的自動(dòng)控制地下水位系統(tǒng)利用上位機(jī)自動(dòng)控制蠕動(dòng)泵對(duì)試驗(yàn)土體內(nèi)的水補(bǔ)給和排出，以解決之前水位變化難控制、工作強(qiáng)度大的問(wèn)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(jiǎn)單，使試驗(yàn)土體的地下水位維持恒定，對(duì)作物需水規(guī)律的研究提供了有利保障。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)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(dòng)閥a，7.電動(dòng)閥b，8.電動(dòng)閥c，9.液位傳感器，10.供水蠕動(dòng)泵，11.排水蠕動(dòng)泵，12.蓄水箱，13.上位機(jī)，14.控制器，15.試驗(yàn)土體，16.反濾層，17.透水孔，18.容器，19.支管b，20.接口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括預(yù)埋在試驗(yàn)土體15下部反濾層16內(nèi)的滲水管網(wǎng)，試驗(yàn)土體15裝在容器18內(nèi)，如圖2所示，滲水管網(wǎng)包括至少兩根(水平)平行設(shè)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(guò)管接頭與支管b19的內(nèi)部連通)，支管b19的中間位置設(shè)有接口20(支管a1與支管b19預(yù)埋在反濾層16內(nèi)，接口20位于容器18的外部)，接口20通過(guò)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(gè)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(dòng)泵10，供水蠕動(dòng)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(shè)有電動(dòng)閥a6，供水管b3上設(shè)有電動(dòng)閥b7；排水管a4的另一端連接排水蠕動(dòng)泵11，排水蠕動(dòng)泵11上還連接有排水管b5，排水管a4上設(shè)有電動(dòng)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(shè)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(jìn)入支管a1內(nèi)部，將整個(gè)試驗(yàn)裝置的管道堵塞。

電動(dòng)閥a6、電動(dòng)閥b7、電動(dòng)閥c8、供水蠕動(dòng)泵10及排水蠕動(dòng)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(jī)13。

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

FK-1C型控制器的技術(shù)指標(biāo)如下：

時(shí)間設(shè)定范圍：0～99.99s(工作時(shí)間和間歇時(shí)間單獨(dú)調(diào)整)；

時(shí)間分辨率：0.01s；

技術(shù)設(shè)定范圍：正計(jì)數(shù)0～999次，倒計(jì)數(shù)999～0次。

外控計(jì)算范圍：0～999999，循環(huán)計(jì)數(shù)。

其中液位傳感器9采用的型號(hào)為CYG1101。

本發(fā)明一種控制地下水位平衡的試驗(yàn)裝置的工作原理為，將試驗(yàn)土體15裝在容器18內(nèi)，在試驗(yàn)土體15上種上作物之后，在上位機(jī)13上設(shè)定試驗(yàn)土體15的地下水位控制范圍，液位傳感器9實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)土體15的地下水位高度，并將液位信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)13中實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)液位傳感器9監(jiān)測(cè)到試驗(yàn)土體15的地下水位低于預(yù)先設(shè)定的地下水位范圍下限時(shí)，上位機(jī)13通過(guò)控制器14打開(kāi)供水蠕動(dòng)泵10、電動(dòng)閥a6、電動(dòng)閥b7，供水蠕動(dòng)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(yàn)土體15內(nèi)定量補(bǔ)水，補(bǔ)水完成后，上位機(jī)13通過(guò)控制器14關(guān)閉供水蠕動(dòng)泵10、電動(dòng)閥a6、電動(dòng)閥b7；當(dāng)液位傳感器9監(jiān)測(cè)到試驗(yàn)土體15的地下水位高于設(shè)定的地下水位范圍上限時(shí)，上位機(jī)13通過(guò)控制器14控制排水蠕動(dòng)泵11及電動(dòng)閥c8打開(kāi)，排水蠕動(dòng)泵11將試驗(yàn)土體內(nèi)多余的水分通過(guò)排水管b5排出；排水過(guò)程結(jié)束后，上位機(jī)13通過(guò)控制器14控制排水蠕動(dòng)泵11及電動(dòng)閥c8關(guān)閉；如此反復(fù)對(duì)試驗(yàn)土體15內(nèi)部的地下水進(jìn)行補(bǔ)給和排放，使試驗(yàn)土體15內(nèi)部的地下水位維持在恒定狀態(tài)，從而進(jìn)一步對(duì)作物的需水規(guī)律進(jìn)行研究。

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

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

步驟2，通過(guò)液位傳感器(9)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)土體(15)的實(shí)際地下水位h，并將監(jiān)測(cè)到的液位信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)(13)中，在上位機(jī)(13)中將實(shí)際地下水位h與步驟1預(yù)先設(shè)定的地下水位上、下限H_max、H_min進(jìn)行比較；

步驟3，通過(guò)上位機(jī)(13)對(duì)步驟2所得的比較結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)送相應(yīng)指令給控制器(14)，通過(guò)控制器(14)驅(qū)動(dòng)供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)工作，對(duì)試驗(yàn)土體(15)中的地下水進(jìn)行補(bǔ)充和排放，使實(shí)際地下水位滿(mǎn)足如下關(guān)系：

H_min≤h≤H_max；

步驟3的具體過(guò)程為：

當(dāng)h<H_min時(shí)，則表明要對(duì)試驗(yàn)土體(15)進(jìn)行補(bǔ)水，上位機(jī)(13)計(jì)算出水位差量⊿h_補(bǔ)，并將信號(hào)傳輸給控制器(14)，控制器(14)控制供水蠕動(dòng)泵(10)、電動(dòng)閥a(6)、電動(dòng)閥b(7)打開(kāi)，供水蠕動(dòng)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(guò)所述滲水管網(wǎng)向試驗(yàn)土體(15)內(nèi)定量補(bǔ)水，當(dāng)補(bǔ)水量達(dá)到⊿h_補(bǔ)時(shí)，補(bǔ)水過(guò)程結(jié)束，上位機(jī)(13)通過(guò)控制器(14)關(guān)閉供水蠕動(dòng)泵(10)、電動(dòng)閥a(6)、電動(dòng)閥b(7)；

當(dāng)h>H_max時(shí)，則表明要將試驗(yàn)土體(15)內(nèi)部分水分排出，上位機(jī)(13)計(jì)算出水位差量⊿h_排，并將信號(hào)傳輸給控制器(14)，控制器(14)控制排水蠕動(dòng)泵(11)及電動(dòng)閥c(8)打開(kāi)，排水蠕動(dòng)泵(11)將試驗(yàn)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(dāng)排水量達(dá)到⊿h_排時(shí)，排水過(guò)程結(jié)束，上位機(jī)(13)通過(guò)控制器(14)控制排水蠕動(dòng)泵(11)及電動(dòng)閥c(8)關(guān)閉。

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