Устройство для измерения объема и скорости инфильтрации воды в почву Советский патент 1992 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиорации почв, и может быть использовано при определении водопроницаемости почв.

Существует определение скорости впитывания воды в почву методом затопляемых площадей, где на глубину 5-10 см вдавливают металлическую или деревянную раму размером 25x25 см высотой 20-25 см и вокруг рамы врезают другую, но большей площади (50x50 см), при этом напор воды должен равняться 5 см и расход воды осуществляется по внутренней раме, а внешняя выполняет защитную роль.

Недостатком определения скорости впитывания воды в почву с помощью рам

является большая трудоемкость и низкая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению является прибор Н С. Нестерова для определения коэффициента фильтрации почвогрунтов. На поверхности земли или на дне шурфа вдавливают две прямоугольные рамы (или кольца) высотой О м и сторона- ми 30x30 см и 50x50 см (одновременно в обе рамы (кольца) подают воду из сосудов с помощью гибких ШЛЭНГОЁ путем поплавковых устройств в них автоматически поддерживают одинаковый гГобъем воды, поступающей в рамы (кольца), определяют по пьезометрам, которые прикреплены к стенке наружных сосудов.

vl

01

ю о

Однако этому прибору присущи следующие недостатки: низкая точность измерения, трудоемкость в работе, также нельзя определить поверхностный сток, что особенно важно при поливе дождеванием и дискретном поливе по бороздам.

Цель изобрет ения - обеспечение точности измерения объема впитывающихся вод и стока при различных способах полива и устранения трудоемкости путем автоматизации установки.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения объема и скорости инфильтрации вод ы в почву, включающее два сосуда, подающие воду из одного во внешнюю раму, из другого - во внутреннюю, в отличие от прототипа устройство снабжено водоприемным сосудом для сбора стока воды из внутренней рамы, что обеспечивает постоянство уровня воды в этой раме, т.е. гидростатическое давление путем сбора излишков воды, при этом в сосудах для автоматизации регистрации уровня воды в них размещены поплавки, соединенные нитями, перекинутыми через блоки с противовесами, что обеспечивает синхронное перемещение движков-контактов в зависимости от уровня воды, прикрепленных к этим нитям, причем эти движки-контакты могут скользить по металлическим стержням делителей напряжения, соединенных с источником питания и самописцами, где ав- томатически регистрируются расходы воды, поступающие во внутреннюю раму, и сток воды из этой рамы.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для измерения объема и скорости инфильтрации воды в почву.

Устройство состоит из трех сосудов 1,2, 3 с гибкими шлангами 4, 5, б для подачи воды. Из водоподагащего сосуда 1 вода подается во внутреннюю раму 7 сливным отверстием 8, обеспечивающим заданный уровень воды в раме 7. Причем одно отверстие 8 является входным концом гибкого шланга 5. Сток воды из этой рамы 7 через входные отверстия 8 и гибкий шланг 5 подается в водоприемный сосуд 2. В сосудах 1,

2имеются поплавки 9,10, соединенные нитями 11, 12, перекинутыми через блоки 13, 14, 15, 16, с противовесами 17, 18. К нитям 11, 12 прикреплены движки-контакты Д реохордов АВ, последние соединены с самописцами и источником питания, напряжение которого контролируется вольтметром V. Для визуального наблюдения перемещения движка-контакта Д используются линейки 19, 20. Водоподающий сосуд

3снабжен поплавковым устройством 21 л пьезометром 22 и соединен с внешней рамой 23. Сосуды 1, 2, 3 также снабжены кранами Кр.

Сущность работы устройства заключается в том, что впитывание воды через внутреннюю раму 7 определяется изменениями уровней воды о водоприемных сосудах 1,2, последние при помощи идентичных поплав- ково-блочных и элект рических систем, установленных на этих сосудах, регистрируются

0 на лентах самописцев, которые работают в реальном временном масштабе.

Принцип работы предлагаемого устройства. Из водоприемного сосуда 1 вода подается во внутреннюю раму 7, в которой

5 происходит измеряемое впитывание воды в почву. Сток воды из этой рамы 7 через входной конец 8 гибкого шланга 5 подается в сосуд 2. Отверстие 8 обеспечивает постоянство заданного уровня воды во внутренней

0 раме 7, т.е. h const. Если h взять незначительным, то исключается или, по крайней мере, стабилизируется гидоостатическое давление воды на поверхности почвы, /3gh const. Водоподающий сосуд 3 служит

5 для подачи воды во внешнюю раму 23, впитывание воды в которой обеспечивает вертикальную инфильтрацию воды через внутреннюю раму 7. То есть рама 23 играет защитную роль. Для исключения всяких не0 точностей измерения уровень воды во внешней раме 23 берется равным уровню воды во внутренней раме 7. Это достигается при помощи поплавкого устройства 21. Расход воды из водоподагащего сосуда 3 при

5 необходимости определяется пьезометром 22. Краны Кр в сосудах 1, 2, 3 служат для регулировки подачи воды.

В устройстве сосуды 1, 2 имеют прямоугольную форму, следовательно, изменения

0 объема воды в этих сосудах 1, 2 определяются изменениями уровней воды hi и h2. Для измерения 1ц и П2 в сосуды 1,2 помещаются поплавки 9, 10, соединенные нитями 11,12, перекинутыми через блоки 13,14,15,

5 16, с противовесами 17.18, которые уравновешивают часть поплавков 9, 10 соответственно. К нитям 11, 12 прикреплены движки-контакты Д. При перемещении поплавков 9,10. т.е. уровней воды в сосудах 1,

0 2 движки-контакты Д скользят по металлическим стержням реохордов АВ, которые включены в электрические цепи с общим источником питания ИП, напряжение которого контролируется вольтметром V. Рео5 хорды АВ и движки-контакты Д играют роль делителей напрпжения. Реохорды АВ, источник питания ИП подобраны так, чтобы при перемещении скользящих движков- контактов Д от одного конца реохордов АВ в другой зависимости выходных напряжений, снимаемых с измерительных частей АД реохордов АВ и подаваемых на самописцы СП, от перемещения движков-контактов Д являлись линейными.

Система блоков 13, 14, 15, 16 и проти- вовесов 17,18 обеспечивает работу так, чтобы уровни воды в сосудах 1, 2, поплавки 9, 10 и движки-контакты Д перемещались синхронно с одинаковой зависимостью от времени, которая равна зависимостям от времени выходных напряжений, снимаемых от делителей напряжения АДВ, что регистрируются на лентах самописцев СП.

Для визуального наблюдения за перемещением движков-контактов Д, т.е. уров- ней воды в сосудах 1, 2, используются линейки 19,20.

Суть метода измерения объема и скорости инфильтрации воды в почву заключается в следующем: объем воды Qi(t), вытекэемой из водоподающего сосуда 1, равен сумме объемов воды, впитываемой в почву Q(t) через внутреннюю раму 7 и сливаемой из объема этой рамы 7 в водоприемный сосуд 2 Q2(t), т.е.

Qi(t)Q(t)+Q2(t).

Откуда с учетом Qi(t)Si Ahi(t) и Q2(t)S2 Ah2(t)

Об изменении скорости впитывания воды в почву можно судить по изменению наклона касательной к кривой Q(t). это можно сделать вручную или на ЭВМ.

Средняя скорость впитывания воды на любом интервале времени At определяется соотношением

V,

срAQJtЛ

где AQ(t) - ширина отр еЗКггординат, соответствующая интерваЛу 1 1Шейй At. Очевидно AQ(t) равно объём &ВМ&Гвп11танной за этот интервал времениТт.17 AQ(t)Qk(t)- QH(t), где QH(t) и Qk(t) - объемы воды, впитавшиеся в почву, cooTBefcTB%HHO к началу и концу интервала времени At.

Следует сказать, определении зависимости скорости впитывания воды в почву, чем меньше интервалы времени Ati, тем точнее будет определяемая зависимость V(t). Также отметим, что если сечение сосудов 1, 2 взять равТГьШЙТтГе. . то существенно упрощается обработка кривых.

Предлагаемое устройство надежно и просто в эксплуатации и удобно в работе.

ыакцауцэт

Формула изобретения

Использование: Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиоУЕааьЙ № чи.(. рации почв, и может быть использовано при определении водопрон й аем ТГ1г1бчв. Сущность изобретения: устройство содержит два водоподающих (Шсуда 1 и 2, один водоприемный 3 и две рамы 7 и 23, размещенные одна в другой, Из сосуда 1 вода подается во внутреннюю 7, а из сосуда 2 - во внешнюю раму 23. Сток воды из рамы 7 подается в водоприемный сосуд 3. Впитывание воды через внутрен н%ю раму 7 определяется изменением Ґйей воды в сосудах 1 и 3. Водоприемный сосуд 3 соединен с внутренней рамой 7 гибким шлангом 5, входной конец 8 которого установлен на постоянной отметке во внутренней раме 7 Водоподающий сосуд 1 в1 ГҐрённёй рамы 7 и водоприемный сосуд 3 имеют поплавки 9, 10, соединенные с помбЩло нитей через систему блоков с самописцами. 1 ил. fe.V , Ч|Л§а„4- - -- со с

получим Q(t)Qi(t)-Q2(t) или Q(t)Si Ahi(t)-S2 h2(t),

где Si, 82 - площади поперечного сечения сосудов 1 и 2;A hi(t),A h2(t) - изменение уровней воды в этих сосудах 1, 2. Так как Si и 82 постоянные, то объем впитавшейся воды определяется изменениями уровней воды в сосудах 1 и 2, т.е. зависимостями Ahi(t)nAh2(t).

Если оси ординат графиков на лентах самописцев СП градуировать соответственно на SrA h(t) и $2 Д h(t), а оси абсцисс - на время (интервалы времени на графиках определяются скоростями перемещения бумаг самописцев СП), то на самописцах СП непосредственно регистрируются зависимости Qi(t) и Q2(t). Графически вычитая от зависимости Qi(t) зависимость Q2(t) можно получить график зависимости объема впитывающейся воды Q(t) в почву.

Устройство для измерения объема и скорости инфильтрации воды в почву, включающее две , установленные одна в

другой, и два водоподающих сосуда для подачи воды соответственно во внешнюю и внутреннюю рамы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения объема и скорости впитывания воды

при различных способах полива и снижения трудоемкости путем ав1Шат лзацш процесса регистрации данных, устройство снабжено водоприемным сосудом, соединенным с внутренней рамой гибким шлангом, входной конец которого установлен на постоянной отметке во внутренней раме, при этом водоподающий сосуд внутренней рамы и водоприемный сосуд имеют поплавки, соединенные нитями. переки нуТйШ через блоки

с противовесами на концах, и самописцы, соединенные между собой через электрическую цепь с помощью движков-контактов, которые соединены с истТУчШкбм питания.

ЭЦ,-« --

айЬхйУ 1 j

tr

Ш

2

e

fi

4

WT

i

a: