本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種模擬地表水位變化及干濕交替的試驗裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

水文過程控制著濕地的形成、維持與演化，是塑造濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能以及濕地景觀格局動態(tài)特征的重要驅(qū)動力。因此，認(rèn)知濕地水文過程如淹水深度、淹沒時間及干濕交替等是探知濕地演變規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程和生態(tài)服務(wù)功能的前提和基礎(chǔ)，可為濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、利用以及恢復(fù)與重建提供支撐和保障。現(xiàn)有技術(shù)中，在有關(guān)模擬地表水位變化及干濕交替對生物生長影響的室內(nèi)、室外模擬研究中，主要是依靠人工灌水和排水的方式。首先，多數(shù)模擬方法改變了土壤原來的屬性，并不能準(zhǔn)確計量不同地表水淹深度條件下原生植物群落的生長狀況，也容易造成結(jié)果的隨意性和不精確性。其次，整個灌水和放水過程都依賴于人工操作，工作量大，操作也極為不便。進(jìn)而繼續(xù)一種能夠自動精確的控制地表水位梯度及干濕交替變化情況的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于在不改變原生群落植被及土壤特征的基礎(chǔ)上提供一種模擬地表水位變化及干濕交替處理的試驗裝置及其使用方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種模擬地表水位變化及干濕交替的試驗裝置,試驗裝置供水系統(tǒng)、至少一個的植被生長池和水深控制系統(tǒng)組成；所述供水系統(tǒng)的集水箱出水管6與植被生長池內(nèi)的進(jìn)水管7的進(jìn)水口相連，水深控制系統(tǒng)設(shè)置于植被生長池的池壁9上，控制水位；其中，池壁9上設(shè)有水位控制出水口10和排水管11。

所述供水系統(tǒng)包括集水箱3和水位感應(yīng)探頭4；集水箱3的進(jìn)水口通過管路與水泵1相連，出水口連接有出水管6，水泵與集水箱的進(jìn)水口之間設(shè)有水位控制開關(guān)2，集水箱的進(jìn)水口上設(shè)有水位感應(yīng)探頭4。

所述集水箱的進(jìn)水口設(shè)有監(jiān)測水位高低的兩個水位感應(yīng)探頭4；所述集水箱3的出水管6上設(shè)有控制管路啟停及調(diào)整流量的控制閥。

當(dāng)所述集水箱3中的水位達(dá)到處于高位的水位感應(yīng)探頭4時，所述水位控制開關(guān)2關(guān)閉，水泵1停止供水，當(dāng)所述集水箱3內(nèi)水位下降到處于低位的水位感應(yīng)探頭4時，所述水位控制開關(guān)2打開，水泵1重新供水。

所述植被生長池設(shè)有側(cè)壁9、池內(nèi)底部的土壤層13和進(jìn)水管7；植被生長池側(cè)壁9底部設(shè)置有與集水箱出水管6相連的進(jìn)水管7，進(jìn)水管7的出水口連有銅浮球閥8，植被生長池的側(cè)壁9上設(shè)有控制閥和排水管道。

所述銅浮球閥8能夠控制進(jìn)水管7的開啟和關(guān)閉，所述銅浮球閥8能夠根據(jù)植被生長池內(nèi)水位高低變化來自動開啟補(bǔ)水或關(guān)閉補(bǔ)水。

所述排水管道為水位控制出水管10和出水管11，其中水位控制出水管10位于設(shè)定植被生長池水位高度，所述排水管11位于植被生長池土壤表層，所述水位控制出水管10和排水管11在植被生長池壁9外部的一端設(shè)有控制閥。

所述橫向設(shè)置的多個植被生長池中的進(jìn)水管7高度呈地表水位梯度設(shè)置。進(jìn)水管7高度的設(shè)置與待測定植物相關(guān)，相鄰兩個植被生長池的進(jìn)水管7的高度差為5-10cm。

所述植被生長的池壁9底部的土壤層13埋有隔水層土工布12。

一種模擬地表水位變化及干濕交替的試驗裝置的使用方法,在進(jìn)行模擬地表水位變化試驗時，首先將水泵1開啟，開啟水位控制開關(guān)2，使得集水箱3中的水位達(dá)到預(yù)定高度，調(diào)整銅浮球閥8的控制水位高度，開啟集水箱3出水管6的控制閥，集水箱3中的水會通過出水管6流到進(jìn)水管7中并開始向植被生長池中供水，銅浮球隨著水位升高而漂起，當(dāng)植被生長池中水位到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8將進(jìn)水管堵死，閥門關(guān)閉，停止供水；當(dāng)由于蒸發(fā)或地下水下滲導(dǎo)致植被生長池水位降低時，銅浮球隨之下沉，銅浮球閥8自動重新開啟，集水箱3中的水會通過出水管6流到進(jìn)水管7中并重新向植被生長池中供水，銅浮球隨著水位升高而漂起，直到重新到達(dá)設(shè)定水位，銅浮球閥8關(guān)閉，當(dāng)由于降雨作用使植被生長池中水位上升時，多余的水會從水位控制出水管10中排出，使生長池內(nèi)水位保持不變。

當(dāng)進(jìn)行干濕交替實(shí)驗時，在淹水處理階段，首先將水泵1開啟，開啟水位控制開關(guān)2，使得集水箱3中的水位達(dá)到預(yù)定高度，并調(diào)整銅浮球閥8水位高度，然后供水系統(tǒng)開始供水，直到植被生長池中水位到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8關(guān)閉，停止供水；在進(jìn)行干旱處理階段，關(guān)閉集水箱3出水口6的控制閥，并開啟排水系統(tǒng)的排水管11將植被生長池內(nèi)的水排出即可。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明根據(jù)試驗的要求設(shè)置合適的地表水位梯度及干濕交替處理，根據(jù)試驗要求，首先根據(jù)不同植被生長池水位要求固定進(jìn)水管7的高度，再通過調(diào)節(jié)銅浮球閥8控制開關(guān)的角度精確(該角度是指銅浮球隨著水位升高漂起時銅浮球閥8與水平線產(chǎn)生的最小角度，達(dá)到該角度時閥門自動關(guān)閉)設(shè)定植被生長池內(nèi)的試驗水位。即當(dāng)生長池內(nèi)水位低于設(shè)定水位時，銅浮球閥8自動開啟進(jìn)行進(jìn)水，水位上升同時銅浮球也同時上升，到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8將水管堵死，閥門關(guān)閉。當(dāng)降雨使得生長池水位上升時，多余水可以從水位控制出水管10自動排出。

當(dāng)進(jìn)行地表水淹實(shí)驗時，首先將水泵1放入集雨池中或連接自來水管，調(diào)整銅浮球閥8的角度來精確設(shè)置地表水位高度，開啟水位控制開關(guān)2，使得集水箱3中的水位達(dá)到預(yù)定高度，開啟集水箱3出水管6的控制閥，當(dāng)植被生長池內(nèi)沒水時，銅浮球呈下沉狀態(tài)，閥門開啟，集水箱3中的水會通過出水管6流到進(jìn)水管7中并開始向植被生長池中供水，供水過程中集水箱3中的水位會下降，當(dāng)水位下降到水位感應(yīng)探頭4的最低水位探頭時水位控制開關(guān)2打開，自動啟動水泵1抽水，直到水位達(dá)到最高水位探頭時水位控制開關(guān)2關(guān)閉，自動停止抽水。當(dāng)植被生長池中水位到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8將關(guān)閉，停止供水。當(dāng)由于蒸發(fā)或地下水下滲導(dǎo)致植被生長池水位降低時，銅浮球隨之下沉，閥門重新開啟，集水箱3中的水繼續(xù)向植被生長池中供水直至重新到達(dá)設(shè)定水位。當(dāng)由于降雨作用使植被生長池中水位上升時，多余的水會從水位控制出水管10中排出，當(dāng)試驗完成后,開啟排水系統(tǒng)的排水管11即將水排出。

當(dāng)進(jìn)行干濕交替模擬試驗時，在進(jìn)行淹水處理階段，首先將水泵1放入集雨池中或連接自來水管，開啟水位控制開關(guān)2，使得集水箱3中的水位達(dá)到預(yù)定高度，并調(diào)整銅浮球閥8來精確設(shè)置地表水位高度，然后供水系統(tǒng)開啟供水，直到植被生長池中水位到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8將水管堵死，閥門關(guān)閉，停止供水；在進(jìn)行干旱處理階段，關(guān)閉集水箱3出水口6的控制閥，并開啟排水系統(tǒng)的排水管11將植被生長池內(nèi)的水排出即可。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1.本發(fā)明能夠在不改變原生群落植被及土壤特征的基礎(chǔ)上有效的模擬不同的地表水位梯度及干濕交替對植物群落生長的影響。

2.本發(fā)明裝置能夠自動精確的控制地表水位梯度及干濕交替變化情況，能夠地表水位控制準(zhǔn)確，大大提高了試驗的精確性。

3.本發(fā)明可以全自動控制地表水水位梯度，操作簡便，工作量低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提的集水箱和進(jìn)水系統(tǒng)側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提的單個生長池地表水位控制系統(tǒng)側(cè)視圖；

其中1為水泵，2為水位控制開關(guān)，3為集水箱，4為水位感應(yīng)探頭，5為水泥平臺，6為出水管，7為進(jìn)水管，8為水位控制銅浮球閥，9為水泥池壁，10為水位控制出水管，11為排水管，12為地下隔水層土工布，13為土壤層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

本發(fā)明裝置包括集水箱、植被生長池、銅浮球閥、進(jìn)水管和水位控制出水管。進(jìn)行模擬地表水位試驗時，開啟水泵將集水箱裝水,并通過調(diào)整銅浮球閥角度精確設(shè)定植被生長池內(nèi)的水位，其中集水箱中的水量由水位控制開關(guān)自動控制，當(dāng)植被生長池內(nèi)水位達(dá)到設(shè)定的試驗水位時，銅浮球閥自動關(guān)閉，停止供水，若植被生長池中水位下降，銅浮球下沉導(dǎo)致銅浮球閥開啟重新供水；進(jìn)行干濕交替模擬試驗時，淹水期集水箱中的水自動流入植被生長池中直至銅浮球漂起達(dá)到預(yù)定水位高度，銅浮球閥自動關(guān)閉，停止進(jìn)水，干旱期只需關(guān)閉水泵并打開植被生長池排水管，排干池內(nèi)水即可。本發(fā)明裝置設(shè)置多個不同植被生長池，不同的植被生長池設(shè)定不同的地表水位高度(該水位高度設(shè)定之后不可改變)，但每個植被生長池既可以模擬地表水位控制實(shí)驗，又可以進(jìn)行干濕交替實(shí)驗，是通過控制進(jìn)水管7和排水管11的開啟或關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明能夠自動精確的控制地表水位深度并高效的進(jìn)行干濕交替實(shí)驗。

如圖1、2所示，本發(fā)明包括供水系統(tǒng)、植被生長池、水深控制系統(tǒng)組成。其中供水系統(tǒng)包括水泵1、水位控制開關(guān)2和集水箱3主要組成部分，所述集水箱3放置在水泥平臺5上方，所述集水箱3設(shè)有進(jìn)水管、水位感應(yīng)探頭4和集水箱出水管6，所述集水箱出水管6與植被生長池進(jìn)水管7進(jìn)水口相通，在所述集水箱3進(jìn)水管處有全自動水位控制開關(guān)2，且在所述集水箱3內(nèi)部的水位感應(yīng)探頭4有上下兩個探頭，當(dāng)水位下降到最低水位探頭時水位控制開關(guān)2打開，自動啟動水泵1抽水，當(dāng)水位上升到最高水位探頭時水位控制開關(guān)2關(guān)閉，自動停止抽水。所述控制閥為本領(lǐng)域公知技術(shù)。

如圖2所示，所述植被生長池池壁9為水泥防水池壁，在生長池壁9的底部土壤層13內(nèi)埋有隔水土工布12，所述植被生長池內(nèi)土壤和植被均為原狀土和原生群落，所述植被生長池進(jìn)水管7的進(jìn)水口與集水箱3上的出水管6出水口相連通，所述植被生長池進(jìn)水管7出水口(插入植被生長池內(nèi)的進(jìn)水管7頂端)端設(shè)有一水位控制銅浮球閥8，所述銅浮球閥8能夠隨著生長池內(nèi)水位的上升、下降而控制出水管管路的關(guān)閉和開啟，即當(dāng)生長池內(nèi)水位上升到設(shè)定高度，銅浮球漂起，銅浮球閥8將自動關(guān)閉，當(dāng)生長池內(nèi)水位下降，銅浮球隨之下降，銅浮球閥8重新打開，繼續(xù)進(jìn)水。

水深控制系統(tǒng)設(shè)在植被生長池池壁9，池壁9上部和下部分別設(shè)有水位控制出水管10和排水管11，所述排水管11緊貼土壤層13表面設(shè)置，所述水位控制出水管10用于控制水位。

實(shí)施例1、研究蘆葦群落對不同地表水深的響應(yīng)

試驗裝置供水系統(tǒng)、至少一個的植被生長池和水深控制系統(tǒng)組成；所述供水系統(tǒng)的集水箱出水管6與植被生長池內(nèi)的進(jìn)水管7的進(jìn)水口相連，水深控制系統(tǒng)設(shè)置于植被生長池的池壁9上，控制水位；其中，池壁9上“設(shè)定”水位控制出水口10和排水管11。

所述供水系統(tǒng)包括集水箱3和水位感應(yīng)探頭4；集水箱3的進(jìn)水口通過管路與水泵1相連，出水口連接有出水管6，水泵與集水箱的進(jìn)水口之間設(shè)有水位控制開關(guān)2，集水箱的進(jìn)水口上設(shè)有水位感應(yīng)探頭4。

所述集水箱的進(jìn)水口設(shè)有監(jiān)測水位高低的兩個水位感應(yīng)探頭4；所述集水箱3的出水管6上設(shè)有控制管路啟停及調(diào)整流量的控制閥。

所述植被生長池設(shè)有側(cè)壁9、池內(nèi)底部的土壤層13和進(jìn)水管7；植被生長池側(cè)壁9底部設(shè)置有與集水箱出水管6相連的進(jìn)水管7，進(jìn)水管7的出水口連有銅浮球閥8，植被生長池的側(cè)壁9上設(shè)有控制閥和排水管道。

所述排水管道為水位控制出水管10和出水管11，其中水位控制出水管10位于設(shè)定植被生長池水位高度，所述排水管11位于植被生長池土壤表層，所述水位控制出水管10和排水管11在植被生長池壁9外部的一端設(shè)有控制閥。所述植被生長的池壁9底部的土壤層13埋有隔水層土工布12。

所述橫向設(shè)置的多個植被生長池中的進(jìn)水管7高度呈地表水位梯度。

上述集水箱3為容積1m³的圓柱形桶，平放到高1m的水泥平臺上，集水箱3的進(jìn)水管與集水箱出水管6均為外徑2.5cm，內(nèi)徑2.0cm的ppr管。選擇原生蘆葦群落區(qū)為固定樣地建造植被生長池，植被生長池的外形尺寸為長×寬×高＝2m×2m×0.6m，其中植被生長池壁9的厚度為0.24m，埋入地下隔水層土工布12的深度為0.5m。

本實(shí)施例總共建36個植被生長池，其中每六個連成一排且每兩排相連共三大排，相連兩排生長池之間分別接入不同高度的進(jìn)水管7，進(jìn)水管7的高度分別為0cm、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm地表水位梯度，對面設(shè)置相應(yīng)高度的出水管，每兩大排之間間隔1.5m，為植被觀測走廊和排水溝。

選定4排24個植被生長池，分別包括預(yù)設(shè)定的6個地表水位梯度(0cm、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm)和4個實(shí)驗重復(fù)。實(shí)驗初期，調(diào)整銅浮球閥8開關(guān)的控制角度來精確設(shè)置各生長池地表水位高度，然后開啟供水系統(tǒng)，直到植被生長池中水位到達(dá)設(shè)定水位時，銅浮球閥8將自動關(guān)閉，停止供水。實(shí)驗過程中，如因降雨或蒸發(fā)等因素產(chǎn)生水位差，多余的水將會從水位控制出水管10自動排出，缺少的水則會因銅浮球閥8的開啟而繼續(xù)供水，直到水位重新達(dá)到預(yù)定高度。該裝置適合研究持續(xù)性不同水淹深度對蘆葦群落的影響。

實(shí)施例2、研究蘆葦群落對干濕交替的響應(yīng)

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于選定兩排規(guī)格為2m×2m×0.6m的12個植被生長池用于模擬干濕交替試驗。干濕交替模擬實(shí)驗分為干旱處理和水淹處理兩個階段，用于水淹處理過程中的預(yù)設(shè)地表水位梯度分別為10cm、20cm、30cm，每個處理有4個重復(fù)試驗小區(qū)。當(dāng)水淹處理時，首先將水泵1放入集雨池中或連接自來水管，開啟水位控制開關(guān)2，使得集水箱3中的水位達(dá)到預(yù)定高度，并調(diào)整銅浮球閥8的角度來精確設(shè)置地表水位高度，然后使供水系統(tǒng)經(jīng)集水箱3向植被生長池8充水，直到銅浮球漂起到達(dá)各自水位高度銅浮球閥8自動關(guān)閉停止供水；當(dāng)進(jìn)行干旱處理時，關(guān)閉水泵1，開啟排水管11排空植被生長池內(nèi)水分即可達(dá)到干旱處理效果。該裝置適合進(jìn)行研究蘆葦群落對干濕交替的響應(yīng)。