一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统，设置有供水系统、盛土池、水头水位控制系统、土壤溶液收集器、底架和坡度调节器，水头水位控制系统的进水池和出水池分别设置在盛土池的两宽侧壁旁并与盛土池共用该侧壁，共用的侧壁上分别设孔，在进水池和出水池的外侧壁上分别设水位/水头控制孔及挡板，供水系统的喷头位于盛土池的上方，土壤溶液收集器的收集槽埋在盛土池内的土壤中，每列相邻两个收集槽的首尾截面处同一平面，盛土池、进水池和出水池一体放置在底架上，坡度调节器设置在底架下。本实用新型专利技术既能监测到不同土层土壤水分垂直入渗过程中氮磷等元素，同时还能监测到浅层地下水流动过程中的氮磷等元素。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统，设置有供水系统、盛土池、水头水位控制系统、土壤溶液收集器、底架和坡度调节器，水头水位控制系统的进水池和出水池分别设置在盛土池的两宽侧壁旁并与盛土池共用该侧壁，共用的侧壁上分别设孔，在进水池和出水池的外侧壁上分别设水位/水头控制孔及挡板，供水系统的喷头位于盛土池的上方，土壤溶液收集器的收集槽埋在盛土池内的土壤中，每列相邻两个收集槽的首尾截面处同一平面，盛土池、进水池和出水池一体放置在底架上，坡度调节器设置在底架下。本技术既能监测到不同土层土壤水分垂直入渗过程中氮磷等元素，同时还能监测到浅层地下水流动过程中的氮磷等元素。【专利说明】一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统
本技术属于农业环境
。具体涉及一种氮磷等可溶性元素随农田土壤水分入渗和浅层地下水迁移过程中，其淋溶迁移的监测系统，该系统特别适于降雨或灌溉条件下监测主要发生侧向流动的浅层地下水流过程中氮磷等元素的迁移，同时还能监测土壤水分垂直入渗过程中不同深度农田土壤中氮磷等元素的淋溶。技术背景农田土壤水文循环主要包括两部分，首先是降雨后土壤水分的垂直入渗过程，其次是土壤中的水流继续下渗，渗入到浅层地下水中，而浅层地下水流主要发生的侧向流动，并伴随着一定的垂直流动的过程。在这两个水文过程中，农田土壤水流携带了大量的氮磷等元素，随之进行淋溶迁移，造成了地下水环境的严重污染。目前，对农田土壤中氮磷等元素淋溶迁移的研究一般是修建田间试验小区或模拟土柱法进行，田间试验小区通常是在农田土壤层中设置能收集淋溶迁移物的接收装置。模拟土柱法通常是在填有土壤的柱体中设置能收集淋溶迁移物的接收装置，这些试验装置均存在只对土壤水分的垂直入渗过程中氮磷等元素的淋溶过程进行观测，不能对随浅层地下水流动过程中主要发生的侧向水流中氮磷等元素的迁移过程进行观测，因而，大大降低了试验的准确性。
技术实现思路
为克服现有只对土壤垂直下渗水中氮磷等元素迁移的监测，而不能同时对主要发生侧向流动的浅层地下水流中氮磷等元素迁移监测的不足，本技术提供一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统，该系统不仅可以监测不同土层随土壤水分垂直入渗过程中氮磷等元素的淋溶规律，同时还可以监测随主要发生侧向流动的浅层地下水流动过程中氮磷等元素的迁移规律。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:设置有供水系统、长方体盛土池、水头水位控制系统、土壤溶液收集器、底架和坡度调节器部件，各部件的结构、位置及连接关系如下:所述的供水系统由供水池，横直水管、喷头、阀门1、阀门I1、竖直水管、支架构成，供水池放置在支架上，供水池的一池壁下部设置有横直水管，横直水管上间隔设置有两个以上的喷头，在距离连接有横直水管的池壁最近的一个喷头与该池壁之间的横直水管上设置有阀门1、在位于阀门I与该池壁之间的横直水管上设置有竖直水管，竖直水管上设置有阀门II,竖直水管的管口正对进水池的池口，喷头位于长方体盛土池的上方；所述的长方体盛土池的长度方向的侧壁III上设置5行取样孔，每一行上间隔设置有8个孔径相等的取样孔，每一行取样孔均与长方体盛土池的底边平行，自上而下排列的每列取样孔呈与长方体盛土池的底边垂直排列，最上一行的取样孔低于装入长方体盛土池内的土壤表面，长方体盛土池顶面为开口 ；所述的水头水位控制系统由进水池和出水池构成，进水池和出水池顶面为开口，进水池、出水池分别设置在长方体盛土池宽度方向的侧壁I旁、侧壁II旁，进水池和长方体盛土池共用侧壁I，出水池和长方体盛土池共用侧壁II，在侧壁I上设置有5行渗水入孔，每一行上设置有三个以上的渗水入孔；在侧壁II上设置有5行渗水出孔，每一行上设置有三个以上的渗水出孔；分别在侧壁I和侧壁II的长方体盛土池侧设置有两层以上的孔径为0.5mm的尼龙网；在进水池的外侧壁中部设置有水头控制孔，在水头控制孔上设置有一块水头控制挡板，水头控制挡板与水头控制孔的孔口边缘的接触处密封连接，水头控制挡板的底边与进水池的底边对齐，水头控制挡板的高F1小于从水头控制孔顶端至进水池底边的高H1,即F1 < H1，水头控制挡板的宽W1大于水头控制孔的宽L1,即W1 > L1 ;在出水池的外侧壁中部设置有水位控制孔，在水位控制孔上设置有一块水位控制挡板，水位控制挡板与水位控制孔的孔口边缘的接触处密封连接，水位控制挡板的底边与出水池的底边对齐，水位控制挡板的高F2小于从水位控制孔顶端至出水池底边的高H2,即F2 < H2，水位控制挡板的宽W2大于水位控制孔的宽L2,即W2 > L2 ;出水池侧壁下部设置有排水管，排水管上设置有阀门III ；土壤溶液收集器的结构是:设有收集槽，收集槽内底部铺有石子，石子的表面铺有两层以上的孔径为0.5mm的尼龙网，收集槽的前端面上连接有出液管，导流管的两端分别与出液管和取样瓶连通，导流管上设置有阀门IV ；收集槽埋在长方体盛土池内的土壤中，土壤溶液收集器与取样孔一一对应，每个土壤溶液收集器的出液管穿过长方体盛土池的侧壁III上对应的取样孔并与该取样孔密封连接，收集槽的长边与长方体盛土池的宽边平行，自上而下竖直排列的相邻两个土壤溶液收集器之间，其相邻的上一个土壤溶液收集器的收集槽的前端面与相邻的下一个土壤溶液收集器的收集槽的后端面在与长方体盛土池的侧壁III平行的同一平面上；所述的长方体盛土池、进水池和出水池为一体放置在底架上，底架内框设置有一根与底架的宽边平行的短梁，短梁正对侧壁I底面，在短梁的底面设置有坡度调节器。所述的坡度调节器由两个气动千斤顶组成，两个气动千斤顶间隔设置，两个气动千斤顶顶在短梁的底面。本技术的工作原理是:通过供水系统的喷头向盛土池喷水，形成土壤水分的垂直入渗，又通过供水系统向水头水位控制系统中的进水池进水，坡度调节器的两个气动千斤顶设置在进水池侧壁下的底架下，使进水池及盛土池中靠近进水池的土壤高于出水池即及盛土池中靠近出水池的土壤，形成一定坡度，水流即自然由进水池的渗水入孔进入盛土池而向出水池的渗水出孔流出，形成浅层地下水流主要发生的侧向流动，并通过分别设置在进水池外侧壁和出水池外侧壁的水头、水位控制孔及水头、水位控制挡板，可调节浅层地下水位的高低。可根据水位的高低需求，设计水头控制挡板的高度(F1)尺寸及水位控制挡板的高度(F2)尺寸，来控制水位的高低。当水位需要低些，水头控制挡板的高度(F1)、水位控制挡板的高度(F2)的尺寸可小些，即可使高于水头控制挡板高度、水位控制挡板高度的水从水头、水位控制孔流出。反之，需水位高些时，水头控制挡板的高度、水位控制挡板的高度可高些。水头、水位控制挡板分别覆盖在水头、水位控制孔上，虽然分别与水头、水位控制孔的孔口边缘是密封连接，使需要的水能保留在水池里，但调节水头、水位高低时，需要换合适高度的水头、水位控制挡板也是容易的，如撤下密封粘条即可。因此，本技术既有农田土壤水文循环中土壤水分的垂直入渗过程，又有土壤中的水流继续下渗，渗入到浅层地下水中，浅层地下水流主要发生的侧向流动，并伴随着一定的垂直流动的过程，因此，本技术既能收集、监测到不同土层随土壤水分的垂直入渗过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农田土壤水文循环过程中氮磷等元素迁移的监测系统，设置有长方体盛土池、土壤溶液收集器，其特征在于：还设置有供水系统（1）、水头水位控制系统（3）、底架（5）和坡度调节器（6）部件，各部件的结构、位置及连接关系如下：所述的供水系统（1）由供水池（11），横直水管（12）、喷头（13）、阀门Ⅰ（14）、阀门Ⅱ（15）、竖直水管（16）、支架（17）构成，供水池（11）放置在支架（17）上，供水池（11）的池壁下部设置有横直水管（12），横直水管（12）上间隔设置有两个以上的喷头（13），在距离连接有横直水管（12）的池壁最近的一个喷头（13）与该池壁之间的横直水管（12）上设置有阀门Ⅰ（14）、在位于阀门Ⅰ（14）与该池壁之间的横直水管（12）上设置有竖直水管（16），竖直水管（16）上设置有阀门Ⅱ（15），竖直水管（16）的管口正对进水池（39）的池口，喷头（13）位于长方体盛土池（2）的上方；所述的长方体盛土池（2）的长度方向的侧壁Ⅲ（c）上设置5行取样孔，每一行上间隔设置有8个孔径相等的取样孔（21），每一行取样孔均与长方体盛土池（2）的底边平行，自上而下排列的每列取样孔呈与长方体盛土池（2）的底边垂直排列，最上一行的取样孔低于装入长方体盛土池（2）内的土壤表面，长方体盛土池（2）顶面为开口；所述的水头水位控制系统（3）由进水池（39）和出水池（31）构成，进水池（39）和出水池（31）顶面为开口，进水池（39）、出水池（31）分别设置在长方体盛土池（2）宽度方向的侧壁Ⅰ（a）旁、侧壁Ⅱ（b）旁，进水池（39）和长方体盛土池（2）共有侧壁Ⅰ（a），出水池（31）和长方体盛土池（2）共有侧壁Ⅱ（b），在侧壁Ⅰ（a）上设置有5行渗水入孔，每一行上设置有三个以上的渗水入孔（36）；在侧壁Ⅱ（b）上设置有5行渗水出孔，每一行上设置有三个以上的渗水出孔（35）；分别在侧壁Ⅰ（a）和侧壁Ⅱ（b）的长方体盛土池（2）侧设置有两层以上的孔径为0.5mm的尼龙网；在进水池的外侧壁（37）中部设置有水头控制孔（38），水头控制孔（38）上设置有一块水头控制挡板（381），水头控制挡板（381）与水头控制孔（38）的孔口边缘的接触处密封连接，水头控制挡板（381）的底边与进水池（39）的底边对齐，水头控制挡板（381）的高F1小于从水头控制孔顶端至进水池底边的高H1，即F1＜H1，水头控制挡板（381）的宽W1大于水头控制孔的宽L1，即W1＞L1；在出水池的外侧壁（32）中部设置有 水位控制孔（33），水位控制孔（33）上设置有一块水位控制挡板（331），水位控制挡板（331）与水位控制孔（33）的孔口边缘的接触处密封连接，水位控制挡板（331）的底边与出水池（31）的底边对齐，水位控制挡板的高F2小于从水位控制孔顶端至出水池底边的高H2，即F2＜H2，水位控制挡板的宽W2大于水位控制孔的宽L2，即W2＞L2；出水池（31）侧壁下部设置有排水管（34），排水管（34）上设置有阀门Ⅲ（341）；土壤溶液收集器（4）的结构是：设有收集槽（40），收集槽（40）内底部铺有石子（41），石子（41）的表面铺有两层以上的孔径为0.5mm的尼龙网（42），收集槽（40）的前端面（47）上连接有出液管（43），导流管（44）的两端分别与出液管（43）和取样瓶（46）连通，导流管（44）上设置有阀门Ⅳ（45）；收集槽（40）埋在长方体盛土池（2）内的土壤中，土壤溶液收集器（4）与取样孔（21）一一对应，每个土壤溶液收集器（4）的出液管（43）穿过长方体盛土池（2）的侧壁Ⅲ(c)上对应的取样孔（21）并与该取样孔（21）密封连接，收集槽的长边（48）与长方体盛土池（2）的宽边平行，自上而下竖直排列的相邻两个土壤溶液收集器（4）之间，其相邻的上一个土壤溶液收集器（4）的收集槽的前端面（47）与相邻的下一个土壤溶液收集器（4）的收集槽的后端面（49）在与长方体盛土池（2）的侧壁Ⅲ（c）平行的同一平面上；所述的长方体盛土池（2）、进水池（39）和出水池（31）为一体放置在底架（5）上，底架（5）内框设置有一根与底架（5）的宽边平行的短梁（51），短梁（51）正对侧壁Ⅰ（a）底面，在短梁（51）的底面设置有坡度调节器（6）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈安强，雷宝坤，朱红业，毛妍婷，鲁耀，胡万里，段宗颜，杨艳鲜，
申请(专利权)人：云南省农业科学院农业环境资源研究所，
类型：实用新型
国别省市：