阅读说明：本技术 一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法 (Ground control water supply device for simulating underground water level and use method ) 是由 来剑斌 欧阳竹 王吉顺 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法,该控制供水装置包括水位调节筒,水位调节筒设置在地上且设置有进气管,调节控制供水装置的气压；供水箱,供水箱设置在地上且与水位调节筒连接,用于向地下供水；水位平衡杯,水位平衡杯设置在地下且与供水箱连接,用于向地下需水装置供水；本发明中的水位平衡杯设置在地下防护腔体内,地下防护腔体与外界大气联通,保证地下平衡杯内水面为自由面,水位平衡杯底部安装“U”型通水管,保证水流连续,水位平衡杯的供水口向下倾斜,避免气泡滞留在供水管内,通过改变水位调节筒内的水柱高度可以调节地下供水水位的高低,实现地下供水、地上控制,避免了修建地下供水观测室,节约建设成本。(The invention provides an overground control water supply device for simulating underground water level and a using method thereof, wherein the control water supply device comprises a water level adjusting cylinder, the water level adjusting cylinder is arranged on the ground and is provided with an air inlet pipe, and the air pressure of the control water supply device is adjusted; the water supply tank is arranged on the ground, is connected with the water level adjusting cylinder and is used for supplying water to the underground; the water level balance cup is arranged underground, is connected with the water supply tank and is used for supplying water to the underground water demand device; the water level balance cup is arranged in the underground protection cavity, the underground protection cavity is communicated with the outside atmosphere, the water surface in the underground balance cup is guaranteed to be a free surface, the bottom of the water level balance cup is provided with the U-shaped water service pipe, the water flow is guaranteed to be continuous, a water supply port of the water level balance cup is inclined downwards, bubbles are prevented from being retained in the water supply pipe, the height of the water level of underground water supply can be adjusted by changing the height of a water column in the water level adjusting cylinder, underground water supply and overground control are achieved, an underground water supply observation room is prevented from being built, and the construction cost is.)

一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法

技术领域

本发明属于模拟地下供水技术领域，具体涉及一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法。

背景技术

目前，在生态、农业和环境等领域的模拟实验中，往往需要对地下水位进行精准控制，而对于生态、农业等地下供水情况的观测，往往依靠的是在地下修建供水观测室，这种观测方式不仅需要足够大的场地，而且需要投入大量的物力和财力，给长期的生态、农业和环境等领域的模拟实验带来了大量的困难。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟地下水位的地上控制控水装置及使用方法，通过改变水柱的高度来调节地下供水水位的高低，从而实现地下供水、地上控制，避免修建地下供水观测室，节约建设成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置，所述控制供水装置包括：

水位调节筒，所述水位调节筒设置在地面上，所述水位调节筒内设置有进气管，所述进气管向所述水位调节筒内通入空气，所述水位调节筒用于调节所述控制供水装置的气压；

供水箱，所述供水箱设置在地面上，位于所述水位调节筒的一侧且与所述水位调节筒连接，用于向地下需水装置供水；

水位平衡杯，所述水位平衡杯设置在地下，且与所述供水箱连接，用于向地下需水装置供水。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述供水箱与所述水位调节筒之间通过第一通气管连接，所述第一通气管的一端设置在所述水位调节筒的顶部，另一端穿过所述供水箱的顶部并伸入到所述供水箱内，用于向所述供水箱内通入空气。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述供水箱与所述水位平衡杯之间通过通水管连接，所述通水管的一端与所述供水箱连接，另一端穿过地面与所述水位平衡杯的底部连接，用于向所述水位平衡杯内供水。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述水位平衡杯设置在地下防护腔体内，所述地下防护腔体为全封闭结构，用于保护腔体内的所述水位平衡杯；

所述水位平衡杯与所述通水管之间通过U型通水管连接，所述U型通水管的一端与所述水位平衡杯的底部连接，另一端与所述通水管连接，用于向所述水位平衡杯内供水。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述地下防护腔体上设置有第二通气管，所述第二通气管的一端与所述地下防护腔体的顶部连接，另一端伸出地面与大气连通，用于保证所述地下防护腔体内的正常气压。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述水位平衡杯上设置有供水管，所述供水管的一端与所述平衡杯连接，另一端穿过所述地下防护腔体的侧壁并伸到地下，用于向地下需水装置供水。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述供水管的出口向下倾斜，防止所述供水管内出现气泡滞留。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述水位调节筒上设置有泄水阀，用于排出所述水位调节筒内的水。

依据上述的模拟地下水位的地上控制供水装置，作为优选，所述供水箱上设置有出水阀，用于控制水的通断；

所述供水箱上设置有补水阀，用于向所述补水箱内补水。

本发明还提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置的使用方法，所述控制供水装置的使用方法包括以下步骤：

步骤S1，连接水位调节筒、供水箱和水位平衡杯；

步骤S2，关闭出水阀和泄水阀，通过补水阀向供水箱内补水，待补水箱补满水后，关闭补水阀；

步骤S3，打开供水箱的出水阀，水经过通水管进入水位平衡杯，由供水管流向地下需水装置，当地下需水装置中的水位与水位平衡杯内的水位齐平时，控制供水装置压力达到平衡，供水管停止向地下需水装置供水；

步骤S4，当地下需水装置耗水后，水位平衡杯内的水位下降，控制供水装置的压力平衡被打破，供水箱内的水经过通水管补充进入到水位平衡杯内，供水箱内的水位随之下降，大气通过进气管向供水箱内补充大气，控制供水装置压力再次达到平衡，水位平衡杯内的水位与供水箱内的水位停止变化；

步骤S5，重复步骤S2-步骤S4，实现控制供水装置的持续供水。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法，该控制供水装置中的水位平衡杯设置在全封闭结构的地下防护腔体内，与地下土壤进行隔离，地下防护腔体顶部安装有第二通气管并与外界大气联通，保证地下平衡杯内的水面为自由面，水位平衡杯底部安装“U”型通水管，保证水柱连续，避免空气进入水位平衡杯内，准确控制供水水位，水位平衡杯的供水口向下倾斜，避免气泡滞留在供水管内，保证水力联系连续性，通过改变水位调节筒内的水柱高度可以调节地下供水水位的高低，从而实现地下供水、地上控制，避免修建地下供水观测室，节约建设成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的控制供水装置结构示意图一；

图2为本发明实施例中的控制供水装置结构示意图二。

图中：1、水位调节筒；2、供水箱；3、水位平衡杯；4、地下防护腔体；5、进气管；6、第一通气管；7、通水管；8、U型通水管；9、第二通气管；10、供水管；11、供水口；12、进气口；13、补水阀；14、泄水阀；15、出水阀；16、地面。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置，该控制供水装置包括水位调节筒1、供水箱2和水位平衡杯3，水位调节筒1安装在地面16上，水位调节筒1内安装有一根进气管5，进气管5的外直径小于水位调节筒1的内直径，为了保证进气管5能够顺利安装在水位调节筒1的内部，以便进气管5能够正常进气，进气管5的一端伸出水位调节筒1的顶部，另一端进入水位调节筒1的内部，进气管5向水位调节筒1内通入空气，水位调节筒1用于调节控制供水装置的气压；供水箱2安装在地面16上，位于水位调节筒1的一侧，本发明实施例中供水箱2安装在水位调节筒1的左侧，供水箱2与水位调节筒1之间连接并向地下供水；水位平衡杯3安装在地面16以下，与供水箱2之间连接，向地下需水装置供水，本发明实施例中的水位平衡杯3采用敞口设计，保证水位平衡杯3内的水位为自由水面。

具体过程为，依次连接水位调节筒1、供水箱2和水位平衡杯3，水位调节筒1内的水在控制供水装置连接前先进行注入，然后向供水箱2内注满水，再打开供水箱2上的出水阀15，供水箱2内的水流入水位平衡杯3内，由于供水箱2处于封闭状态，当供水箱2内的水位下降后，气体压力减小，此时，大气从进气管5进入到水位调节筒1，由水位调节筒1的上方不断向供水箱2内补充大气，直到控制供水装置压力达到平衡状态，当水位平衡杯3向地下需水装置供水时，水位平衡杯3内的水位下降，压力平衡被打破，供水箱2继续向水位平衡杯3内供水，大气再次向供水箱2内补充气压，再次建立压力平衡，此过程持续不断，保证稳定的向地下需水装置供水，通过改变水位调节筒1内的水柱高度可以调节地下供水水位的高低，从而实现地下供水、地上控制，避免修建地下供水观测室，节约建设成本。

为更好的理解本发明中的控制供水装置持续供水的原理，如图2所示，控制供水装置中的压力关系如下：

外界大气压的压力为P₀，供水箱2内的空气压力为P₁，水位调节筒1的水面与进气管5末端的距离为H₀，供水箱2内的水面与第一通气管6末端的距离为H₁，供水箱2内的水面高度为H₂，水位平衡杯3内的水面距地面16的距离为H₃，则控制供水装置压力平衡后存在如下关系式：

P₀-H₀-H₁＝P₁ (1)

P₁+H₂+H₃＝P₀ (2)

由公式(1)和公式(2)可得，地下供水水位与水位调节筒的水柱高度之间的关系为：

H₃＝H₀-(H₂-H₁) (3)

供水箱2内的气压和水柱调节筒1内的水柱高度是控制供水装置中压力的一部分，供水箱2内的水位与水位平衡杯3内的水位的高度差也是控制供水装置中压力的一部分，水位调节筒1内的水柱高度决定了水位平衡杯内3水位高度，即稳定供水的地下需水装置的水位高度。通过增加或减小水位调节筒1内的水柱高度，可以模拟实现地下水位的下降或上升。

进一步，为保证供水箱2和水位调节筒1之间进行顺畅通气，本发明实施例中还在供水箱2与水位调节筒1之间安装第一通气管6，第一通气管6可以选用橡胶管、胶皮管和PVC管等，第一通气管6的一端安装在水位调节筒1的顶部，另一端穿过供水箱2的顶部伸入到供水箱2内，但不接触到供水箱2的底部，用于向供水箱2内通入空气，调节供水箱2内的气体压力。

进一步，为保证供水箱2与水位平衡杯3之间正常供水，本发明实施例中还在供水箱2与水位平衡杯3之间安装一根通水管7，通水管7可以采用PVC管、钢管等，通水管7的一端与供水箱2下部的侧壁连通，另一端穿过地面16和地下防护腔体4的顶部与水位平衡杯3的底部连通，由于供水箱2安装在地面上，水位平衡杯3安装在地下，供水箱2和水位平衡杯3内的水位存在高度差，也就存在压力差，在压力差的作用下，供水箱2内的水经过通水管7流到水位平衡杯3内。

进一步，由于水位平衡杯3为敞口设计，为保证水位平衡杯3内不进入泥土，本发明实施例中的水位平衡杯3放置在地下防护腔体4内，地下防护腔体4的形状可以根据现实需要进行具体设计，地下防护腔体4为全封闭结构且防护腔体的体积大于水位平衡杯3的体积，便于水位平衡杯3放置在地下防护腔体内，通水管7与水位平衡杯3底部之间还安装有“U”型通水管8，“U”型通水管8的一端与水位平衡杯3的底部连通，另一端与通水管7的末端连接，使用“U”型通水管8连接在水位平衡杯3与通水管7之间，如此，水位平衡杯3与通水管7之间就构成一个连通器，可以保证水流连续进入到水位平衡杯3内，避免通水管7内进入空气，对准确控制供水水位造成影响。

进一步，为保证水位平衡杯3内水位的自由面，本发明实施例中的地下防护腔体4上设置有第二通气管9，第二通气管9的一端与地下防护腔体4的顶部连接，另一端穿过地面16与大气连通，如此，地下防护腔体4内的大气压始终与外界大气压处于平衡状态，保证了水位平衡杯3内的液面可以自由升降。

进一步，为了使水位平衡杯3的水可以流向地下需水装置，本发明实施例中水位平衡杯3的侧壁上安装有供水管10，具体安装在水位平衡杯3下部的侧壁上，供水管10的一端与水位平衡杯3的侧壁连通，另一端穿过地下防护腔体4的侧壁伸出至地下，并与地下需水装置进行连接，向地下需水装置进行供水，供水管10的出口向下倾斜设置，避免供水管10内出现气泡滞留，确保水力联系连续，能够准确控制供水水位。

进一步，为了方便控制水流的通断，本发明实施例中还安装有阀门，具体为：在水位调节筒1的侧壁下方安装有泄水阀14，泄水阀14用于排出水位调节筒1内的水；供水箱2的侧壁下方安装有出水阀15，出水阀15安装在通水管7与供水箱2之间的管路上，控制着供水箱2向水位平衡杯3内供水的通断；供水箱2的顶部设置有补水阀13，当地下需水装置消耗水后，供水箱2内需要补水时，关闭出水阀15，打开补水阀13向供水箱内补水，当供水箱2补满后，关闭补水阀13，打开出水阀继续向水位平衡杯3内供水。

本发明还提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置的使用方法，控制供水装置的使用方法包括以下步骤：

步骤S1，根据地下需水装置的水位，设定水位调节筒内水柱的高度；第一通气管6的一端连接水位调节筒1，另一端连接供水箱2，通水管7的一端连接供水箱2的侧壁，另一端连接“U”型通水管8，“U”型通水管8连接放置在地下防护腔体4内的水位平衡杯3的底部。

步骤S2，关闭供水箱2上的出水阀15和水位调节筒1上的泄水阀14，打开补水阀13，向供水箱2内补水，待供水箱2注满后，关闭补水阀13。

步骤S3，打开供水箱2的出水阀15，供水箱2内的水经过通水管7流入水位平衡杯3，水从水位平衡杯3的底部进入到水位平衡杯3内，避免产生气泡，保证水柱连续，经供水管10从供水口11流向地下需水装置，当地下需水装置中的水位与水位平衡杯3内的水位齐平后，在水位调节筒1水柱作用下，控制供水装置压力达到平衡，供水管10停止向地下需水装置供水。

步骤S4，当地下需水装置耗水后，水位平衡杯3内的水位下降，控制控水装置的压力平衡被打破，供水箱2内的水流向水位平衡杯3，供水箱2内的水位下降，此时供水箱2内的气压减小，气压平衡被打破，大气通过第一通气管6上方的进气口12向供水箱2内补充大气，控制供水装置的压力重新建立平衡，水位平衡杯3内的水位与供水箱2内的水位停止变化，水持续流向地下需水装置。

步骤S5，重复步骤S2-步骤S4，实现控制供水装置的持续自动供水。

综上所述，本发明提供一种模拟地下水位的地上控制供水装置及使用方法，该控制供水装置中的水位平衡杯3设置在全封闭结构的地下防护腔体4内，与地下土壤进行隔离，地下防护腔体4顶部安装有第二通气管9并与外界大气连通，保证水位平衡杯3内水位为自由面，水位平衡杯3底部安装“U”型通水管8，保证水流连续，避免空气进入水位平衡杯3内，准确控制供水水位，水从水位平衡杯3的底部进入，避免了气泡产生，保证水柱连续，水位平衡杯3的供水口11向下倾斜，避免气泡滞留在供水管10内，保证水流连续流出，通过改变水位调节筒1内的水柱高度可以调节地下供水水位的高低，从而实现地下供水、地上控制，避免修建地下供水观测室，节约建设成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。