本發(fā)明屬于土壤水勢水位測量領(lǐng)域，尤其是一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

土壤的水勢/水位，作為重要的水力和水文特性，直接關(guān)系到土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性能、植被的水分得失情況等。傳統(tǒng)方法一般采用tdr或fdr技術(shù)測量土體的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為含水率。然而，這種傳統(tǒng)方法屬于間接測量方法，受多因素影響，測量精度較低，難以滿足要求。另外，采用含水率評(píng)價(jià)土壤水勢受土體類型的影響。相同水勢條件下，不同的土體存在較大差異，采用傳統(tǒng)方法評(píng)價(jià)土壤水勢帶來技術(shù)難題。

為了克服上述難題，專利2012105540257提出一種用于測量土中水的水勢的張力計(jì)，可直接測量土體的水勢。專利201420142019.5提出采用單點(diǎn)多層測量不同深度土體的參數(shù)。結(jié)合這兩個(gè)專利，理論上可以對(duì)現(xiàn)場土壤水勢進(jìn)行測量。然而，這些專利中儀器埋設(shè)一般采用挖孔方法，不僅可能造成設(shè)備和土體接觸不好，影響測量結(jié)果，還無法適用在層壓水條件下的測量。另外，不同于其他土壤特性測量設(shè)備，只有在飽和條件下感應(yīng)材料才具備透水不透氣的特性，張力計(jì)讀數(shù)才是準(zhǔn)確的。在挖孔埋設(shè)過程中時(shí)間較長，難以保證張力計(jì)不產(chǎn)生汽化。專利2014100217282提出一種現(xiàn)場土壤水勢測量儀及其使用方法，可直接測量現(xiàn)場土體的水勢。然而，此種裝備采用擠壓打設(shè)方法克服了挖孔預(yù)埋的不足，但僅為單點(diǎn)測量，測量范圍有限。為了擴(kuò)展其測量范圍，將其設(shè)計(jì)為多點(diǎn)測量時(shí)，由于設(shè)備較長，開展飽和步驟難度較大。如何設(shè)計(jì)設(shè)備既可開展多點(diǎn)測量還易于飽和是該領(lǐng)域的技術(shù)難題。

為此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的土壤水勢水位測量裝置，能夠根據(jù)需要同時(shí)測量多個(gè)點(diǎn)的水勢水位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置，用來克服現(xiàn)有土壤水勢水位測量裝置無法同時(shí)測量不同深度的多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置，包括一套通過水位傳感器測量水位的水位測量系統(tǒng)、至少一套通過測量水壓確定水勢的水勢測量系統(tǒng)、一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；其中所述水位測量系統(tǒng)設(shè)置在最底部、所述水勢測量系統(tǒng)設(shè)置在所述水位測量系統(tǒng)上側(cè)，所述水位測試系統(tǒng)與所述水勢測試系統(tǒng)之間通過過盈配合插接相連；所述水位測試系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有水位傳感器，所述水位傳感器與所述水勢測量系統(tǒng)之間、所述水勢測量系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間通過電纜線相連；所述水位測量系統(tǒng)為倒置的圓錐體結(jié)構(gòu)，其尖頭向下；所述水勢測量系統(tǒng)為空心圓柱體結(jié)構(gòu)，其形狀主體由外壁構(gòu)成。通過該組裝結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)同時(shí)測量土壤水勢水位，并且可以根據(jù)不同需要選擇不同數(shù)量的水勢測量系統(tǒng)進(jìn)行組裝，整個(gè)裝置變成了模塊化的組裝結(jié)構(gòu)，設(shè)備的自由度大大增加。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：包括多套水勢測量系統(tǒng)，所述水勢測量系統(tǒng)之間通過過盈配合插接相連；所述水勢測量系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有防水電纜接頭將多套所述水勢測量系統(tǒng)之間的電纜線相連。通過電纜線實(shí)現(xiàn)信息和電能的交換，實(shí)現(xiàn)設(shè)備測量和能源供應(yīng)。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述水勢測量系統(tǒng)設(shè)有感應(yīng)材料、外壁、內(nèi)部腔體、預(yù)設(shè)孔、測量管道、測量裝置；所述感應(yīng)材料為空心圓環(huán)體結(jié)構(gòu)并環(huán)繞所述水勢測量系統(tǒng)一周；所述外壁與所述感應(yīng)材料內(nèi)層合圍形成內(nèi)部腔體，所述內(nèi)部腔體內(nèi)設(shè)有多個(gè)預(yù)設(shè)孔，所述預(yù)設(shè)孔的一端與所述內(nèi)部腔體相連，另一端與所述測量管道相連，所述測量管道延伸至所述測量裝置使得所述測量裝置與所述內(nèi)部腔體之間形成通路；所述測量裝置通過電纜線與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連；所述感應(yīng)材料在飽和狀態(tài)透水不透氣。通過這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了水勢的測量，排除了干擾。測量時(shí)需要在內(nèi)部腔體中充滿液體，通過測量液體壓強(qiáng)的改變實(shí)現(xiàn)水勢的測量。作為一種優(yōu)選，土壤水勢感應(yīng)材料為進(jìn)氣值為1bar的納米陶瓷材料，測量裝置為微型高精度防水壓力傳感器，其信號(hào)輸出為數(shù)字信號(hào)。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述水勢測量系統(tǒng)還設(shè)有膠結(jié)材料，所述膠結(jié)材料設(shè)置在所述感應(yīng)材料底面的上下兩端。膠結(jié)材料對(duì)感應(yīng)材料進(jìn)行密封，防止有水滲出。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述水位測量系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有包括錐頭、細(xì)料、粗料、透水孔、水位傳感器；所述透水孔設(shè)置在所述錐頭上；所述細(xì)料設(shè)置在所述錐頭內(nèi)部，所述粗料設(shè)置在所述細(xì)料上層，所述水位傳感器設(shè)置在所述粗料內(nèi)部。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述粗料的粒徑大于1mm；所述細(xì)料的粒徑小于1mm。作為一種優(yōu)選，細(xì)料為細(xì)砂，粗料為粗砂。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述水勢測量裝置的頂部設(shè)有組裝式母頭、底部設(shè)有組裝式公頭。通過公頭和母頭的插接實(shí)現(xiàn)不同水勢測量系統(tǒng)之間的聯(lián)合。

本方案的另一目的在于提供一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置的使用方法。該方法包括以下步驟：

步驟a：準(zhǔn)備步驟，所述準(zhǔn)備步驟系根據(jù)需要選擇足夠的水勢測量系統(tǒng)并組裝完成設(shè)備；

步驟b：將組裝好的設(shè)備放置到設(shè)計(jì)深度，對(duì)土壤水勢水位進(jìn)行測量。

通過組裝實(shí)現(xiàn)整體設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟a包括以下分步驟：

步驟a0：向所述錐頭內(nèi)依次鋪設(shè)細(xì)料和粗料；

步驟a1：使所述水勢測量系統(tǒng)的感應(yīng)材料處于飽和狀態(tài)；

步驟a2：使內(nèi)部腔體、測量管道和預(yù)設(shè)孔中充滿無氣液體；

步驟a3：將所述水勢測量系統(tǒng)中的電纜線連接入相鄰水勢測量系統(tǒng)中的防水電纜接頭中；

步驟a4：將多套所述水勢測量系統(tǒng)相互插接組合。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述無氣液體為無氣蒸餾水。

本發(fā)明的有益效果是：相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢/水位測量裝置及使用方法，采用組裝式結(jié)構(gòu)，即可多點(diǎn)測量土壤水勢，又易于飽和；采用擠壓打設(shè)方法埋設(shè)，可同時(shí)測量不同深度土壤水勢和設(shè)備底部水位，并適用于層壓水條件。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置組裝完成后的示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置中水位測量系統(tǒng)的示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置中水勢測量系統(tǒng)的示意圖。

附圖標(biāo)記：1-水位測量系統(tǒng)；11-錐頭；12-透水孔；13-細(xì)料；14-粗料；15-水位傳感器；2-水勢測量系統(tǒng)；21-土壤水勢感應(yīng)材料；22-膠結(jié)材料；23-內(nèi)部腔體；24-預(yù)設(shè)孔；25-測量管道；26-測量裝置；27-外壁；28-電纜線；29-防水電纜接頭；210-組裝式母頭；211-組裝式公頭；3-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置及使用方法。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置組裝完成后的示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置中水位測量系統(tǒng)的示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置中水勢測量系統(tǒng)的示意圖。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供了一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢/水位測量裝置，該裝置由1套水位測量系統(tǒng)1、若干套（本例中為4套）水勢測量系統(tǒng)2和1套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3組裝而成，所述的水位測量系統(tǒng)1包括錐頭11、透水孔12、細(xì)料13和粗料14和水位傳感器15，所述水勢測量系統(tǒng)2包括土壤水勢的感應(yīng)材料21、膠結(jié)材料22、內(nèi)部腔體23、預(yù)設(shè)孔24、測量管道25、測量裝置26、外壁27、電纜線28和防水電纜接頭29，所述的水位測量系統(tǒng)1處于裝置最底部，可與所述水勢測量系統(tǒng)2連接組裝，所述水勢測量系統(tǒng)2可互相連接組裝。

從圖2中可見，所述的透水孔12位于所述錐頭11底部，連接外界水位和細(xì)料13，所述的粗料14位于所述細(xì)料13上部，所述水位傳感器15位于所述粗料14層中。作為一種優(yōu)選，細(xì)料為細(xì)砂，粗料為粗砂。

從圖3中可見，所述的土壤水勢的感應(yīng)材料21由所述膠結(jié)材料22密封，與所述內(nèi)部腔體23相連，所述的內(nèi)部腔體23通過所述預(yù)設(shè)孔24與測量管道25相連，所述測量管道25連接于所述的測量裝置26。作為一種優(yōu)選，土壤水勢感應(yīng)材料21為進(jìn)氣值為1bar的納米陶瓷材料，測量管道25為微型高精度防水壓力傳感器，其信號(hào)輸出為數(shù)字信號(hào)。

所述的土壤水勢感應(yīng)材料21在飽和條件下具有透水不透氣的特性。

所述的水位傳感器15和測量裝置26連接于所述電纜線28，每個(gè)所述的水勢測量系統(tǒng)2內(nèi)部的電纜線28上下兩端為所述防水電纜接頭29。

所述的水勢測量系統(tǒng)2的頂部設(shè)置為組裝式母頭210，底部設(shè)置為組裝式公頭211。通過公頭和母頭的匹配實(shí)現(xiàn)組合。

接下來介紹上述設(shè)備的使用方法。

一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢水位測量裝置的使用方法，包括：

步驟一：拆分設(shè)備，分別飽和所述水勢測量系統(tǒng)2，確保每段所述水勢測量系統(tǒng)2中的土壤水勢感應(yīng)材料21、膠結(jié)材料22、內(nèi)部腔體23、預(yù)設(shè)孔24、測量管道25和測量裝置26充滿無氣液體；

步驟二：在所述錐頭11依次鋪設(shè)所屬細(xì)料13和所述粗料14；

步驟三：通過所述防水電纜接頭29連接所述電纜線28，組裝所述的水位測量系統(tǒng)1與水勢測量系統(tǒng)2至設(shè)計(jì)長度；

步驟四：采用擠壓方法打設(shè)已組裝的裝置至設(shè)計(jì)深度，即可對(duì)土壤水勢和水位進(jìn)行測量。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一種現(xiàn)場組裝式多層土壤水勢/水位測量裝置及使用方法，采用組裝式結(jié)構(gòu)，即可多點(diǎn)測量土壤水勢，又易于飽和；采用擠壓打設(shè)方法埋設(shè)，可同時(shí)測量不同深度土壤水勢和設(shè)備底部水位，并適用于層壓水條件。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。