一种水田侧渗水量测量装置
阅读说明：本技术 一种水田侧渗水量测量装置 (Paddy field lateral seepage water quantity measuring device ) 是由 刘树元 刘梦源 李佳豪 谢青秀 李雅琪 王春凌 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于生态环境修复、水环境污染防治、面源污染控制领域,涉及一种水田侧渗水量测量装置,尤其是适用于农业面源污染控制的水田经田埂侧渗输出进入排水沟渠的水量的测量装置；包括位于装置上部的入渗控制器、位于装置下部的侧渗测量器；入渗控制器由后到前依次为浮球、竖直传动杆、水平传动杆、门字架、滑动环、连接杆、入渗短管、引流软管；侧渗测量器由前至后依次为挡水条板、入渗室、引流室、浮尺；根据入渗面积的均值、浮尺所显示的容积差值以及时间差计算侧渗速率。本发明综合考虑排水沟渠水位变化,并能够快速引流入渗水、准确确定入渗面积,使水田侧渗水量的测量更准确、更便捷。(The invention belongs to the fields of ecological environment restoration, water environment pollution control and non-point source pollution control, and relates to a measuring device for the side seepage water quantity of a paddy field, in particular to a measuring device for the side seepage water quantity of the paddy field which is suitable for agricultural non-point source pollution control and is output into a drainage ditch through ridges; comprises an infiltration controller positioned at the upper part of the device and a side infiltration measurer positioned at the lower part of the device; the infiltration controller is sequentially provided with a floating ball, a vertical transmission rod, a horizontal transmission rod, a door-shaped frame, a sliding ring, a connecting rod, an infiltration short pipe and a drainage hose from back to front; the side seepage measurer comprises a water retaining strip plate, an infiltration chamber, a drainage chamber and a floating ruler from front to back in sequence; and calculating the lateral seepage rate according to the average value of the infiltration area, the volume difference value displayed by the floating ruler and the time difference. The invention comprehensively considers the water level change of the drainage ditch, can quickly guide inflow seepage water and accurately determine the seepage area, and leads the measurement of the seepage water quantity at the paddy field side to be more accurate and convenient.)
技术领域
本发明属于生态环境修复、水环境污染防治、面源污染控制领域，涉及一种水田侧渗水量测量装置，尤其是适用于农业面源污染控制的水田经田埂侧渗输出进入排水沟渠的水量的测量装置。
背景技术
农业面源污染增加了土地、空气和水体的环境容量压力，威胁着农业和农村地区的生态环境安全，因此，农业面源污染的研究一直是环境污染综合防治工作的关键。在农业面源污染中，水稻生产过程中产生的农药和化肥污染是水环境污染的主要贡献者，施用进入水田的农药和化肥不但随着农田退水的排放进入排水沟渠中，最后进入受纳水体形成污染，而且，能够通过土壤渗透进入环境水体从而产生污染，这种行为包括稻田的垂直渗透和侧渗。其中水田侧渗是指由于水田和沟渠存在的水位势能差的前提下，产生的由水田向排水沟渠入渗土壤水分的水平方向入渗分量。水田侧渗水会携带农药和化肥进入沟渠中，不但造成水、肥和药等农业生产资源的浪费，而且会对生态环境产生不利影响，增加了水稻生产的环境成本。
目前，对于水田侧渗量的测量还处于摸索阶段，尚未形成统一的规范的方法。据了解，最常采用的测定方法为穿孔管法，即将多根适当直径（一般为50mm~100mm）的圆管的半个侧面开孔（孔径一般在5mm~10mm之间），并将底部密封。然后在田埂打孔，孔径比圆管的外径略大，深度不能超过圆管的长度。打好孔后，将圆管放入，其中钻孔的侧面朝向水田，为防止圆管侧面的孔洞堵塞，通常圆管外侧包裹尼龙网。进行测量时，通过计量一定时间段内圆管内的水的容积差得到侧渗的速率。
上述的测量方法是比较粗糙的。因为，一是没有考虑水田和沟渠的水位差对于侧渗的影响。侧渗测量的目的要明确从水田输出进入稻田的水量，但是事实上，上述穿孔管法忽略了水田和排水沟渠的水位差，导致即使在水田水位相同甚至低于排水沟渠水位时，也会测得一定的侧渗量，显然，这种测量会带来很大的正向误差。二是忽视了已经进入到圆管内的水对于尚未进入圆管内的侧渗水的“阻挡”作用，而且，随着水位的上升，以及测量时间的延长，这种“阻挡”作用越来越大，导致测量结果偏小。三是忽略了对于侧渗面的准确定义。虽然圆管的开孔位置朝向水田的一侧，实际上，圆管的周围的入渗水均能进入圆管，而且，其入渗面是随着入渗水位的变化而变化的，即随着入渗水位的不断上升而在不断减少，入渗面的变化为侧渗速率的计算带来了困难。另外，应该理解，入渗面积过大，入渗面上各处的入渗量差异越大，因而会带来较大的误差，因此，在侧渗装置设计的过程中，为达到尽量准确测量水田侧渗量，必须要采取三方面的措施，一是快速引流入渗水，避免对于后续入渗水造成阻挡；二是必须考虑排水沟渠水位对于入渗水的影响，即在排水沟渠水位等于或者高于水田水位时，排除排水沟渠和其他入渗面的入渗水；三是在侧渗测量时，采取措施使入渗面的面积恒定和准确，从而避免由于入渗面的动态变化对于侧渗计量产生干扰。
发明内容
本发明是针对现有水田侧渗水量测量装置存在的上述问题，提供一种应用于农业面源污染工程控制领域，综合考虑排水沟渠水位变化、快速引流入渗水、准确确定面积恒定的入渗面等影响测量准确性因素、使测量更加准确、便捷的水田侧渗水量测量装置。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现。
一种水田侧渗水量测量装置，可以分成上下两个单元，由上至下，本发明包括入渗控制器、侧渗测量器；所述的入渗控制器由后到前依次为浮球、竖直传动杆、水平传动杆、门字架、滑动环、连接杆、入渗短管、引流软管。所述的竖直传动杆底端与浮球的顶部连接，所述的水平传动杆后端与竖直传动杆的顶端呈垂直连接，所述的门字架位于上部前端，门字架的竖直后支架和竖直前支架的顶端分别与水平支架连杆的后端和前端垂直连接，竖直后支架和竖直前支架的下端分别穿过滑动环。所述的连接杆在靠近水平传动杆的前端部位的下方与其垂直连接，连接位置与水平传动杆前端的净距为门字架前后方向宽度的三分之一。所述的引流软管上端套在入渗短管的下端，所述的侧渗测量器由前至后包括挡水条板、入渗室、引流室、浮尺。所述的挡水条板位于入渗室前端，所述的入流孔设置于入渗室前挡板的下部，入渗室前挡板顶端外侧偏左的位置与竖直前支架的底端紧密连接；所述的入渗室放空孔设置于入渗室底部平板的中心部位；所述的引流孔位于入渗室后挡板的下部；引流室进水管设置于入渗室下部，其水平段后端垂直于入渗室后挡板，并与入渗室后挡板上的引流孔紧密连接，其垂直段上端与引流软管的下端紧密连接，引流室后挡板顶端外侧偏左的位置与竖直后支架的底端紧密连接；所述的引流室放空孔设置于引流室底部平板的中心部位；所述的浮尺竖直设置在引流室右后角。
所述的门字架包括竖直后支架、竖直前支架、水平支架连杆、支架横撑，在水平支架连杆下方设置支架横撑；所述的滑动环内径为竖直后支架外径的1.1倍，其高度为其内径的3~5倍，数量为2个，滑动环分别套在竖直后支架和竖直前支架与支架横撑连接点的下半段。
所述的入渗短管外壁上设有上下两排孔洞，较低一排孔洞为入渗孔，较高一排孔洞为排气孔，入渗孔和排气孔的孔径相等，数量分别为4个，各自环绕入渗短管一周水平均匀分布，入渗孔和排气孔的圆心之间距离为其直径的2倍。
所述的引流软管为内直径小于入渗短管外径1mm的中空硅胶软管，其上端套在入渗短管的下端，并保证引流软管不能遮盖入渗孔；所述的挡水条板为竖直设置的矩形薄板，其长度是其宽度的20倍~25倍，挡水条板的数量为2根，呈对称排列，其前端向内切削成倒角。
所述的入渗室为顶部敞口、底部密封的中空结构，其水平横截面为矩形，包括入渗室前挡板、入渗室后挡板、入渗室左挡板、入渗室右挡板、入渗室底部斜板、入渗室底部平板、入流孔、入渗室放空孔和入渗室放空塞；入渗室前挡板、入渗室后挡板、入渗室左挡板、入渗室右挡板、入渗室底部斜板和入渗室底部平板围挡组成了入渗室，其中，入渗室左挡板的平面为不规则五边形，其内角按照顺时针方向从左上角开始到左下角依次是90°、90°、135°、135°和90°；入渗室前挡板的高度与挡水条板的高度相等，入渗室左挡板和入渗室右挡板的前端分别与两根对称布置的挡水条板的后侧密封连接，入渗室前挡板、入渗室后挡板、入渗室左挡板、入渗室右挡板和挡水条板的上沿平齐。
所述的入流孔为圆形孔洞，水平方向共三排，排与排之间的孔洞交错排列，孔洞的直径相等；所述的入渗室放空塞为圆柱型胶塞，其直径比入渗室放空孔的直径大1mm。
所述的引流室为顶部敞口、底部密封的中空结构，其水平横截面为矩形，包括引流孔、引流室后挡板、引流室左挡板、引流室右挡板、引流室底部斜板、引流室底部平板、引流室进水管、引流室放空孔和引流室放空塞；所述的引流孔直径与入渗短管的内径相同，引流孔连通入渗室和引流室；所述的引流室后挡板为矩形薄板，与入渗室后挡板的左右方向宽度相等，引流室后挡板的高度为入渗室前挡板的高度的1.1倍~1.2倍之间；所述的引流室左挡板的平面为不规则五边形，其内角按照顺时针方向从左上角开始到左下角依次是90°、90°、135°、135°和90°；入渗室后挡板、引流室后挡板、引流室左挡板、引流室右挡板、引流室底部斜板和引流室底部平板围挡组成了引流室，引流室后挡板、引流室左挡板、引流室右挡板和入渗室后挡板的上沿平齐；所述的引流室进水管为弯折成90°的中空圆管，其直径与入渗短管的直径相同，其长度是其直径的5倍~10倍。
所述的引流室放空孔直径为进水孔直径的2倍；所述的引流室放空塞为圆柱型胶塞，其直径比引流室放空孔的直径大1mm，引流室左挡板、引流室右挡板、入渗室左挡板、入渗室右挡板的厚度均相同，引流室左挡板和入渗室左挡板以及引流室右挡板和入渗室右挡板的外侧面分别平齐。
所述的浮尺外侧套有浮尺固定环，浮尺固定环的位置分别位于引流室右挡板的内侧面的中部、顶端和四分之三高度处，浮尺固定环右侧外立面与引流室右挡板的内立面紧密连接，浮尺的左右两侧标有体积刻度。
与现有技术相比，本发明具有下述优点。
（1）引入了水田和排水沟渠的水位差对于测量值的影响作用。通过设置入渗控制器，利用排水沟渠的水位变化控制稻田入渗水从入渗室进入引流室，由于受排水沟渠的水位变化影响而没有进入引流室的水量不参与侧渗量的计算。
（2）消除了入渗后的水对于未入渗水的阻挡作用。采用设置引流室的技术手段，快速将在沟渠水位以上的入渗室内的入渗水引流至引流室，以此计算侧渗数量，消除了进入入渗室的入渗水对于未进入入渗室的侧渗水的水头阻碍作用。
（3）限定了入渗面积，使计算更准确。利用入渗面两侧的挡水条板，阻隔其他方向的侧渗水进入入渗室，只接收正面入渗水，相对缩小入渗面积，保证入渗速率在短时间内的恒定均一。
附图说明
图1为本发明一种水田侧渗水量测量装置的俯视图。
图2为本发明一种水田侧渗水量测量装置的正视图。
图3为本发明一种水田侧渗水量测量装置的侧视图。
图4为图1的Ⅰ-Ⅰ剖视图。
图5为图4的A点大样图。
图6为图4的B点大样图。
图7为图4的C点大样图。
图8为图4的D点大样图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图1-8，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种水田侧渗水量测量装置，可以分成上下两个单元。由上至下，本发明包括入渗控制器1、侧渗测量器2；所述的入渗控制器1由后到前依次为浮球11、竖直传动杆12、水平传动杆13、门字架14、滑动环15、连接杆16、入渗短管17、引流软管18；侧渗测量器2由前至后包括挡水条板21、入渗室22、引流室23、浮尺24。
所述的浮球11为空心圆球，其作用为将排水沟渠其内水的浮力向上传导。所述的竖直传动杆12和水平传动杆13均为中空圆管且圆管直径相等。所述的竖直传动杆12垂直放置，其底端与浮球11的顶部连接。所述的水平传动杆13水平放置，其后端与竖直传动杆12的顶端呈90°垂直连接。
所述的门字架14包括竖直后支架141、竖直前支架142、水平支架连杆143、支架横撑144。所述的竖直后支架141和竖直前支架142竖直设置，二者的结构尺寸相同；所述的水平支架连杆143和支架横撑144均水平设置，二者的结构尺寸相同；竖直后支架141和竖直前支架142的顶端分别与水平支架连杆143的后端和前端呈90°垂直连接，共同组成门字架14。为加强门字架14的结构强度，在水平支架连杆143下方设置支架横撑144，二者之间的净高差为竖直后支架141高度的十分之一至八分之一。所述的滑动环15垂直放置，其数量为2个，其内径为竖直后支架141外径的1.1倍，其高度为其内径的3~5倍，数量为2个。竖直后支架141和竖直前支架142的下端分别穿过滑动环15，具体位置位于竖直后支架141和竖直前支架142分别与支架横撑144连接点的下半段。
所述的连接杆16为竖直设置的中空圆管，在靠近水平传动杆13的前端部位的下方与其垂直连接，连接位置与水平传动杆13前端的净距为门字架14前后方向宽度的三分之一。
所述的入渗短管17为与连接杆16等直径的顶端封口底端敞口的中空圆管，其长度为其外径的5~10倍，在其外壁上设有上下两排孔洞，较低一排孔洞为入渗孔171，较高一排孔洞为排气孔172，入渗孔171和排气孔172的孔径相等，数量分别为4个，各自环绕入渗短管17一周水平均匀分布。入渗孔171和排气孔172的圆心之间距离为其直径的2倍。
所述的引流软管18为内直径小于入渗短管17外径1mm的中空硅胶软管，其上端套在入渗短管17的下端，并保证引流软管18不能遮盖入渗孔171。
所述的挡水条板21为竖直设置的矩形薄板，其长度是其宽度的20倍~25倍。挡水条板21的数量为2根，呈对称排列，其前端向内切削成倒角，以便使其与土壤接触得更紧密。
所述的入渗室22为顶部敞口、底部密封的中空结构，其水平横截面为矩形，包括入渗室前挡板221、入渗室后挡板222、入渗室左挡板223、入渗室右挡板224、入渗室底部斜板225、入渗室底部平板226、入流孔227、入渗室放空孔228和入渗室放空塞229。所述的入渗室前挡板221和入渗室后挡板222均为矩形薄板，二者的左右方向宽度相等。所述的入渗室左挡板223和入渗室右挡板224均为平面薄板，二者的尺寸完全相同。入渗室左挡板223的平面为不规则五边形，其内角按照顺时针方向从左上角开始到左下角依次是90°、90°、135°、135°和90°。所述入渗室底部斜板225为倾斜设置的矩形薄板，其倾斜的角度与入渗室左挡板223和入渗室右挡板224底边倾斜的角度相同，所述入渗室底部平板226为水平设置的矩形薄板，其前后方向的宽度与入渗室左挡板223底部水平短边的长度相等。入渗室前挡板221、入渗室后挡板222、入渗室左挡板223、入渗室右挡板224、入渗室底部斜板225和入渗室底部平板226围挡组成了入渗室22。入渗室前挡板221的高度与挡水条板21的高度相等，入渗室左挡板223和入渗室右挡板224的前端分别与两根对称布置的挡水条板21的后侧密封连接。入渗室前挡板221、入渗室后挡板222、入渗室左挡板223、入渗室右挡板224和挡水条板21的上沿平齐。
所述的入流孔227为圆形孔洞，设置于入渗室前挡板221的下部，水平方向共三排，排与排之间的孔洞交错排列，孔洞的直径相等，孔洞与入渗室前挡板221底边的净距为其孔径的4倍~8倍，孔洞与入渗室前挡板221左右边的最小净距等于其直径。入渗室前挡板221顶端外侧偏左的位置与竖直前支架142的底端紧密连接。
所述的入渗室放空孔228为圆形孔洞，设置于入渗室底部平板226的中心部位，其直径为进水孔227直径的2倍；所述的入渗室放空塞229为圆柱型胶塞，其直径比入渗室放空孔228的直径大1mm，本发明平时测量时入渗室放空塞229塞进入渗室放空孔228内，防止入渗水自入渗室22流出，当将本发明自土壤田埂中取出，清理入渗室22时，可将入渗室放空塞229拔出。
所述的引流室23为顶部敞口、底部密封的中空结构，其水平横截面为矩形，包括引流孔231、引流室后挡板232、引流室左挡板233、引流室右挡板234、引流室底部斜板235、引流室底部平板236、引流室进水管237、引流室放空孔238和引流室放空塞239。所述的引流孔231为圆形孔洞，其直径与入渗短管17的内径相同，位于入渗室后挡板222的下部，连通入渗室22和引流室23。所述的引流室后挡板232为矩形薄板，与入渗室后挡板222的左右方向宽度相等，引流室后挡板232的高度为入渗室前挡板222的高度的1.1倍~1.2倍之间。引流室左挡板233的平面为不规则五边形，其内角按照顺时针方向从左上角开始到左下角依次是90°、90°、135°、135°和90°。所述引流室底部斜板235为倾斜设置的矩形薄板，其倾斜的角度与引流室左挡板233、引流室右挡板234底边倾斜的角度相同，为45°。所述引流室底部平板236为水平设置的矩形薄板，其前后方向的宽度与引流室左挡板233底部水平短边的长度相等。入渗室后挡板222、引流室后挡板232、引流室左挡板233、引流室右挡板234、引流室底部斜板235和引流室底部平板236围挡组成了引流室23。引流室后挡板232、引流室左挡板233、引流室右挡板234和入渗室后挡板222的上沿平齐。所述的引流室进水管237为弯折成90°的中空圆管，其直径与入渗短管17的直径相同，其长度是其直径的5倍~10倍。引流室进水管237设置于入渗室22下部，其水平段后端垂直于入渗室后挡板222，并与入渗室后挡板222上的引流孔231紧密连接，其垂直段上端与引流软管18的下端紧密连接。
引流室后挡板232顶端外侧偏左的位置与竖直后支架141的底端紧密连接，连接时，要保证竖直后支架141和竖直前支架142均垂直于水平面。
所述的引流室放空孔238为圆形孔洞，设置于引流室底部平板236的中心部位，其直径为进水孔227直径的2倍；所述的引流室放空塞239为圆柱型胶塞，其直径比引流室放空孔238的直径大1mm，本发明平时测量时引流室放空塞239塞进引流室放空孔238内，防止入渗水自引流室23流出，当将本发明自土壤田埂中取出，清理引流室23时，可将引流室放空塞239拔出。
引流室左挡板233、引流室右挡板234、入渗室左挡板223、入渗室右挡板224的厚度均相同，引流室左挡板233和入渗室左挡板223以及引流室右挡板234和入渗室右挡板224的外侧面分别平齐。
所述的浮尺24为竖直设置在引流室23右后角的中空长方体结构。在浮尺24的外侧套有浮尺固定环241，浮尺固定环241的位置分别位于引流室右挡板234的内侧面的中部、顶端和四分之三高度处。所述的浮尺固定环241右侧外立面与引流室右挡板234的内立面紧密连接。浮尺24的左右两侧标有体积刻度，以便度量在一定时间内进入引流室23内入渗水的容积变化。
另外，本发明的各种板材可由5mm~10mm厚的PE、PVC或PPP材料模压或者焊接制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金或者焊接制成。浮球11的直径为300mm~500mm，竖直传动杆12的横截面尺寸为20mm×20mm~40mm×40mm，高度为400mm~800mm；水平传动杆的横截面尺寸为20mm×20mm~40mm×40mm，长度为400mm~800mm；竖直后支架141的横截面尺寸为20mm×20mm~40mm×40mm，高度为600mm~1000mm；水平支架连杆143的横截面尺寸为20mm×20mm~40mm×40mm，长度为200mm~400mm；连接杆16的横截面尺寸为20mm×20mm~40mm×40mm，长度为400mm~800mm；入渗短管17的直径为20mm~40mm；引流软管18的长度为600mm~800mm；挡水条板21的前后方向宽度为20mm~50mm，高度为600mm~800mm，入渗室22的横截面尺寸为100mm×100mm~200mm×200mm，深度为600mm~800mm；引流室23的横截面尺寸为100mm×100mm~200mm×200mm，深度为1000mm~1200mm；浮尺24的宽度为20mm~40mm，厚度为3mm~5mm。
本发明的工作原理如下所述。
（1）装置安置。本发明要求放置于稻田与排水沟渠的田埂中。首先利用打孔装置在田埂适当位置垂直田埂表面打孔，深度为装置的最大高度的80%~95%之间，宽度和长度与侧渗测量器2的宽度和长度相等。孔洞打好后将本发明侧渗测量器2放入孔洞内，将入渗控制器1的浮球11放入排水沟渠内。
（2）使用。首先将入渗室22和引流室23内的存水利用软管虹吸作用排出，待入渗室22的水位逐渐上升至入渗孔171，并经引流软管18进入引流室23后开始计时，记录此时浮尺24的初始刻度；达到预先确定的实验时间后，记录此刻的时间及浮尺24的此时的刻度。
（3）计算。根据入渗面积的均值、浮尺24所显示的容积差值以及时间差，计算侧渗速率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神实质作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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