RU2641193C1

RU2641193C1 - Lysimeter

Info

Publication number: RU2641193C1
Application number: RU2017123916A
Authority: RU
Inventors: Артем Андреевич Павлов
Original assignee: Артем Андреевич Павлов
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2018-01-16

Abstract

FIELD: agriculture.SUBSTANCE: lysimeter includes a tank (1) with a soil monolith, a drip tray (5) and water level controls, a water tank (28) that is installed above the pallet (5), the connection pipe is hydraulically connected to the soil monolith container (1). Also the lysimeter is equipped with the equalization chamber (22) with float (27) in the form of a biconvex lens in the bottom of the tank, which is divided into two unequal parts horizontal partition (15). Bottoms (14) of the first part (8) capacity (6) with additional output pipe (18) housing (6), the lower part of the pipe (18) which is secured by means of threaded connection (23) with a casing of the equalization chamber (22) with float (27), and the upper part of the outlet fitting (18) related to housing (16) and placed in it a float (19), cavity which communicate between themselves. The inlet pipe (17) and the housing (16) with the float (19) are connected to the water tank (29). Wherein, the case (16) and the float (19), hosted in it, made spherical, and locking elements (20 and 21) are made in the form of conical needles, with input (17) and (18) tubes have conical locking socket (24 and 25). The locking socket (25) of the outlet pipe (18) is connected to the recess (26) in the form of a ball segment of the compensation chamber (22), and the counter (31) is configured as a water flow measurement unit.EFFECT: reducing the labor intensity of control and increasing the accuracy of regulation and measurement when using monoliths of soil of any size, expanding the field of application.4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборам, применяемым в сельском хозяйстве при балансовых исследованиях на мелиорируемых землях, в частности для исследования водного режима почвогрунтов, а также может быть применено для поддержания уровня воды в любых водомерных устройствах.The invention relates to devices used in agriculture for carrying out balance studies on reclaimed lands, in particular for studying the water regime of soil, and can also be used to maintain the water level in any water measuring devices.

Известен лизиметр, включающий емкость с образцом почвогрунта, дно-фильтр, соединительный канал, емкость долива и слива, в емкости долива установлена с возможностью вертикального перемещения емкость слива, в стенке которой выполнено отверстие (Авторское свидетельство SU №899015б Ф 01П 25.02 от 25.01.1982).A known lysimeter including a container with a soil sample, a bottom filter, a connecting channel, a tank of topping and draining, a tank of draining with a hole in the wall of which is made with the possibility of vertical movement is installed in the tank of filling (Copyright certificate SU No. 899015b Ф 01П 25.02 from 01.25.1982 )

Недостатком лизиметра данной конструкции является недостаточная достоверность количественного состава перетекания жидкости из емкости через отверстие и вновь в емкость, которое характеризуется питанием грунтовых вод. Кроме того, установка датчика расхода под толщей почвы ведет к неудобству в обслуживании, т.е. для его осмотра необходимо отрывать почву по глубине всей емкости, в результате образуется пустота, которая затем заполняется почвенной водой, а также снижает достоверность получаемых результатов в естественных условиях. Кроме того, оно слишком сложное для полевых лизиметров, опытных делянок, исследования по изучению научно-обоснованных параметров агрохимической мелиорации на деградированных почвах, например, в условиях лизиметрических опытов, когда необходимо через мелкопористый материал в поддоне емкости с монолитом почвы быстро уменьшить по времени расход воды до минимального испарения, вследствие чего сработка уровня должна быть отрегулирована. А значить иметь большую инерционность из-за недостаточной степени автоматизации процессов измерения водного баланса и регулирования уровня в лизиметре.The disadvantage of the lysimeter of this design is the lack of reliability of the quantitative composition of the fluid flowing from the tank through the hole and again into the tank, which is characterized by groundwater supply. In addition, the installation of a flow sensor under the soil thickness leads to inconvenience in maintenance, i.e. for its inspection, it is necessary to tear off the soil along the depth of the entire tank, as a result a void is formed, which is then filled with soil water, and also reduces the reliability of the results obtained in natural conditions. In addition, it is too complicated for field lysimeters, experimental plots, studies to study the scientifically based parameters of agrochemical land reclamation on degraded soils, for example, in conditions of lysimetric experiments, when it is necessary to quickly reduce the water flow rate over time through fine-porous material in a pallet of a tank with soil monolith until minimal evaporation, as a result of which the level trigger must be adjusted. And it means to have a greater inertia due to the insufficient degree of automation of the processes of measuring the water balance and regulating the level in the lysimeter.

Известен лизиметр, включающий бак с монолитом почвы, связанный через клапан с питающим устройством, самописец уровня воды с поплавковым приводом, он снабжен электронным блоком управления клапаном и фиксатором положения поплавка с электроконтактным датчиком уровня воды в питающем устройстве, сообщенном через клапан с грунтовыми водами (Авторское свидетельство SU №763794, G01N 33/24, A01G 25/16 от 15.09.1980).A known lysimeter comprising a tank with a soil monolith connected through a valve with a feeding device, a water level recorder with a float actuator, it is equipped with an electronic valve control unit and a float position lock with an electric contact water level sensor in the feeding device communicated through a valve with groundwater (Copyright Certificate SU No. 763794, G01N 33/24, A01G 25/16 dated 09/15/1980).

Недостатком известного устройства является то, что дополнительно необходимо иметь наблюдательную скважину с поплавковым приводом, так как в течение всего периода работы устройства уровень воды в емкости взаимосвязан с фильтром отверстия и уровень постоянно следует за уровнем грунтовых вод, т.е. присутствуют высокие уровни грунтовых вод. Однако не все земли имеют высокий уровень грунтовых вод, влияющих на инфильтрацию почвы снизу вверх, т.е. снижают область их применения. Кроме того, конструкция сложна в эксплуатации, в результате чего снижается точность измерения суммарного испарения при грунтово-напорном питании. Поступление в емкость на контрольном участке грунтовой воды происходит снизу вверх для заполнения емкости с монолитом почвогрунта в лизиметре, что влияет на точность проведения учета воды при исследованиях, а также возникает в связи с этим наблюдение за ростом и развитием растений в целом; определение агрохимических показателей почв с достаточной степенью точности, определяемой величиной оптимальных уровней грунтовых вод и влажности почв по фазам развития основных сельскохозяйственных культур (многолетние травы, зерновые и т.д.), для того чтобы при этом определить на полевой деляне небольших размеров по площади установки заданное количество лизиметров, а также для того чтобы использовать водонапорный бак с водой и возможность обеспечить поднятие воды в монолите почвы для развития корневой системы растительной культуры для данного почвогрунта, обеспечивающего совместную работу обеих емкостей. При этом излишки не должны поступать в монолит почвы из емкости подачи воды или иметь возможность сбрасывать их в отводящую трубу. Этим исключается подпор капиллярно-поступающей воды для того, чтобы определить точность учета количества и качества инфильтрации вод. А это, в свою очередь, позволит поддерживать оптимальный уровень воды в емкости лизиметра с монолитом почвы (для многолетних трав - 70…90 см; для зерновых - 60…85 см; для картофеля - 75…95 см).A disadvantage of the known device is that it is additionally necessary to have an observation well with a float actuator, since during the entire period of operation of the device, the water level in the tank is interconnected with the hole filter and the level constantly follows the groundwater level, i.e. high groundwater levels are present. However, not all lands have a high level of groundwater, affecting soil infiltration from bottom to top, i.e. reduce their scope. In addition, the design is difficult to operate, as a result of which the accuracy of measuring the total evaporation during ground pressure supply is reduced. The groundwater enters the tank at the control site from bottom to top to fill the tank with the soil monolith in the lysimeter, which affects the accuracy of water accounting during research, and also there is an observation of the growth and development of plants in general; determination of agrochemical indicators of soils with a sufficient degree of accuracy, determined by the value of the optimal levels of groundwater and soil moisture according to the phases of development of the main crops (perennial grasses, grains, etc.), in order to determine small size on the field plot according to the installation area a predetermined number of lysimeters, as well as in order to use a water tank with water and the ability to ensure the rise of water in the soil monolith for the development of the root system of plant crops for this soil, ensuring the joint operation of both tanks. In this case, the surplus should not enter the soil monolith from the water supply tank or be able to discharge it into the discharge pipe. This eliminates the uptake of capillary-entering water in order to determine the accuracy of accounting for the quantity and quality of water infiltration. And this, in turn, will help maintain the optimum water level in the capacity of the lysimeter with a soil monolith (for perennial grasses - 70 ... 90 cm; for cereals - 60 ... 85 cm; for potatoes - 75 ... 95 cm).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лизиметр, включающий почвогрунтовый монолит с вертикально установленной в нем трубкой для измерения влажности, металлический корпус, поддон с фильтрующим материалом, в котором расположены распределительные трубки, он снабжен водонапорным баком, который установлен выше поддона и соединен с распределительными трубками, а почвогрунтовый монолит заполнен двумя различными по водопроницаемости слоями грунта, причем внутри верхнего хорошо проницаемого слоя установлены дренажные трубки с мерными емкостями и наблюдательные скважины (Авторское свидетельство SU №1513400, G01N 33/24, A01G 25/16 от 07.10.1989).The closest in technical essence to the proposed one is a lysimeter, including a soil-monolith with a vertical tube for measuring moisture, a metal case, a pan with filter material in which the distribution tubes are located, it is equipped with a water tank, which is installed above the pallet and connected to the distribution tubes, and the soil-soil monolith is filled with two layers of soil different in permeability, and inside the upper well-permeable layer there are installed pressure tubes with measuring tanks and observation wells (Copyright certificate SU No. 1513400, G01N 33/24, A01G 25/16 of 10/07/1989).

Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость работ. Необходимо нарушать монолит почвы, отрывать ниши для дрен и мерных емкостей и вновь их засыпать, в результате чего это дает низкую точность определения объема инфильтрационного потока воды. В полевых исследованиях при доставке воды в водонапорный бак и подаче воды в почвомонолит ограничены эксплуатационные возможности, вызванные отсутствием возможности получения порционной подачи воды в автоматическом режиме, соответствующем величине начального градиента для данного почвогрунта и выращиванием на нем сельскохозяйственных культур. Кроме того, это влияет и на заданную влажность почвы и не позволяет вовремя освободить емкость от воды и автоматизировать процесс окончания подачи воды, т.е. недостаточная надежность устройства.A disadvantage of the known device is the high complexity of the work. It is necessary to break the soil monolith, to tear out niches for drains and measuring tanks and to fill them up again, as a result of which this gives a low accuracy in determining the volume of the infiltration water flow. In field studies, when delivering water to a water tank and supplying water to a soil monolith, limited operational capabilities are caused by the inability to obtain a portioned water supply in an automatic mode corresponding to the initial gradient for a given soil and growing crops on it. In addition, this affects the desired soil moisture and does not allow timely release of the tank from water and automate the process of ending the water supply, i.e. insufficient reliability of the device.

Технической задачей является снижение трудоемкости контроля путем сокращения элементов контроля уровня воды при подаче воды из водонапорного бака и повышение точности регулирования и измерения при использовании монолитов почвы любых размеров, а также расширение области применения.The technical task is to reduce the complexity of control by reducing the control elements of the water level when supplying water from a water tank and increasing the accuracy of regulation and measurement when using soil monoliths of any size, as well as expanding the scope.

Технический результат достигается тем, что лизиметр, включающий емкость (1) с монолитом почвы, поддон (5) и элементы контроля уровня воды, водонапорный бак (28), который установлен выше поддона (5), соединительная труба гидравлически связана с поддоном емкости (1) монолита почвы, он снабжен уравнительной камерой (22) с поплавком (27) в форме двояковыпуклой линзы в нижней части емкости, разделенной на две неравные части горизонтальной перегородкой (15), причем нижняя часть 14 первой части (8) емкости (6) выполнена с дополнительным выходным патрубком (18) корпуса (6), нижняя часть патрубка (18) которого скреплена посредством резьбового соединения (23) с корпусом уравнительной камеры (22) с поплавком (27), а верхняя часть выходного патрубка (18) связана с корпусом (16) и размещенным в нем поплавком (19), полости которых сообщаются между собой, при этом входной патрубок (17) и корпус (16) с поплавком (19) сообщены с водонапорным баком (29), при этом корпус (16) и поплавок (19), размещенный в нем, выполнены шарообразными, а запорные элементы (20 и 21) выполнены в виде конических игл, при этом входной (17) и выходной (18) патрубки имеют конические запорные гнезда (24 и 25), причем запорное гнездо (25) выходного патрубка (18) связано с углублением (26) в виде шарового сегмента уравнительной камеры (22), и счетчик (31) выполнен в виде блока измерения расхода воды.The technical result is achieved by the fact that a lysimeter including a container (1) with a soil monolith, a pan (5) and water level control elements, a water tank (28), which is installed above the pan (5), the connecting pipe is hydraulically connected to the container pan (1) ) of the soil monolith, it is equipped with a surge chamber (22) with a float (27) in the form of a biconvex lens in the lower part of the tank, divided into two unequal parts by a horizontal partition (15), and the lower part 14 of the first part (8) of the tank (6) is made with additional outlet (18) to pusa (6), the lower part of the pipe (18) which is fastened by means of a threaded connection (23) with the body of the equalization chamber (22) with a float (27), and the upper part of the output pipe (18) is connected with the body (16) and placed therein a float (19), the cavities of which communicate with each other, while the inlet pipe (17) and the housing (16) with the float (19) are in communication with the water tank (29), while the housing (16) and the float (19) are located in it, made spherical, and the locking elements (20 and 21) are made in the form of conical needles, while the input (17) and output (18) pipes dissolved conical locking jacks (24 and 25), wherein the locking slot (25) outlet (18) associated with the recess (26) in the form of a spherical segment equalizing chamber (22) and the counter (31) is designed as a flow measurement unit.

Кроме того, углубление (26) в виде шарового сегмента уравнительной камеры (22) выполнено с радиусом сферы, равным или меньшим, чем радиус сферы двояковыпуклой линзы поплавка (27).In addition, the recess (26) in the form of a spherical segment of the equalization chamber (22) is made with a radius of the sphere equal to or less than the radius of the sphere of the biconvex lens of the float (27).

Кроме того, дно уравнительной камеры (22) выполнено с выпускными отверстиями (28).In addition, the bottom of the surge chamber (22) is made with outlet openings (28).

Кроме того, с целью регулирования расхода водонапорного бака (29) он снабжен регулируемым краном (32).In addition, in order to regulate the flow of the water tank (29), it is equipped with an adjustable valve (32).

Такая конструкция лизиметра в условиях эксплуатации с помощью настройки фиксатора положения муфты с винтом на вертикальном стержне и соединенного с входным патрубком корпуса со всеми элементами лизиметра его фиксирования в высотном положении в горизонтальной перегородке, разделяющей первую часть емкости на две дополнительные неравные части, настройки на поддержание оптимального уровня воды через перетекающую трубу в поддон, и далее в монолит почвы, в зависимости от проведения опытов на делянке с применением выбранной культуры выращивания на ней, т.е. многолетние травы, зерновые, картофель и т.п. В результате чего также поддерживается в заданных диапазонах уровень воды в нижней части емкости (первой части) в автоматическом режиме подача воды в монолит почвы снизу вверх за счет свободного перемещения двух поплавков, расположенных по форме в разных корпусах, как и самих поплавков, а также за счет шкалы и указательной стрелки выше крышки емкости, шкала, которая выполнена с определенными искомыми величинами наполнения воды в нижней части емкости. Кроме того, объем поданной воды из водонапорного бака в монолит почвы измеряется счетчиком воды, размещенным после регулируемого крана, соединенного с гибким шлангом, что регистрируется счетным механизмом с достаточной точностью за любой определенный промежуток времени на исследуемой делянке почвы вблизи естественного поля.This design of the lysimeter in operating conditions by adjusting the position lock of the clutch with a screw on a vertical rod and connected to the inlet of the housing with all the elements of the lysimeter to fix it in a high position in a horizontal partition dividing the first part of the tank into two additional unequal parts, adjustments to maintain optimal the water level through the flowing pipe into the sump, and then into the soil monolith, depending on the experiments on the plot using the selected culture tion it, ie, perennial herbs, cereals, potatoes, etc. As a result, the water level in the lower part of the tank (the first part) is also maintained in predetermined ranges in automatic mode, the water is supplied to the soil monolith from bottom to top due to the free movement of two floats arranged in shape in different bodies, as well as the floats themselves, as well as the score of the scale and the index arrow above the lid of the tank, the scale, which is made with certain desired values of the filling of water in the lower part of the tank. In addition, the volume of water supplied from the water tank to the soil monolith is measured by a water meter placed after an adjustable tap connected to a flexible hose, which is recorded by the counting mechanism with sufficient accuracy for any certain period of time on the studied soil plot near a natural field.

В таких устройствах можно точно проводить расчет расхода воды, поступающей из водонапорного бака в автоматическом режиме с подачей в монолит почвы независимо от давления воды сверху, долив ее осуществляют с определенной дозы дискретно. О количестве воды, израсходованной на суммарное испарение почвогрунта на инфильтрацию, судят по количеству воды добавленной, поступающей из подпитывающего водонапорного бака с помощью универсального счетчика воды. Процесс количества доз дискретно поступающей воды - инфильтрации почвы определяется также накоплением воды и в корпусе с поплавком, взаимодействующим через проходное отверстие выходного патрубка с уравнительной камерой на конце его за счет возвратно-поступательных движений запорных элементов, закрывающих или открывающих запорные гнезда, обеспечивающих заданную эксплуатационную надежность и учет порций воды (доз инфильтрации).In such devices, it is possible to accurately calculate the flow rate of water coming from the water tank in automatic mode with the soil being fed into the monolith regardless of the water pressure from above, topping it is carried out discretely from a certain dose. The amount of water spent on the total evaporation of the soil for infiltration is judged by the amount of water added from the feed water tank using a universal water meter. The process of the number of doses of discrete incoming water - soil infiltration is also determined by the accumulation of water and in the housing with a float interacting through the passage opening of the outlet pipe with a surge chamber at the end of it due to the reciprocating movements of the locking elements that close or open the locking sockets, providing a given operational reliability and accounting for portions of water (infiltration doses).

Процесс продолжается до поддержания постоянного настроенного уровня для конкретного уровня и для конкретной культуры с фазой ее развития и учитывая испарение влаги. Долив осуществляется дискретно, определяется дозатором лизиметра. Таким образом, устройство работает в автоматическом режиме поддержания уровня воды в монолите почвы, величина которого может по заданию устанавливаться по шкале стрелкой, закрепленной к входному патрубку с корпусом при вертикальном его перемещении с большей степенью точности, определяемой величиной дозы.The process continues until a constant level is maintained for a specific level and for a particular culture with a phase of its development and taking into account the evaporation of moisture. Topping is carried out discretely, determined by the dispenser of the lysimeter. Thus, the device operates in an automatic mode to maintain the water level in the soil monolith, the value of which can be set on a scale by an arrow fixed to the inlet pipe with the housing during its vertical movement with a greater degree of accuracy determined by the dose.

Таким образом, технико-экономический эффект заключается в существенном сокращении затрат на строительство опытного участка для проведения экспериментальных исследований в естественных условиях.Thus, the technical and economic effect consists in a significant reduction in the cost of constructing a pilot site for conducting experimental research in natural conditions.

Эти конструктивные отличия от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого лизиметра критерию изобретения «новизна».These structural differences from the prototype allow us to conclude that the inventive lysimeter meets the criteria of the invention of "novelty."

Авторам не известны конструкции лизиметра аналогичной конструкции, поэтому они считают, что предложенное техническое решение отвечает критерию «существенные отличия».The authors are not aware of the design of a lysimeter of a similar design, therefore, they believe that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показан опытный участок с лизиметрами, план; на фиг. 2 показана схема лизиметра, поперечный разрез.In FIG. 1 shows a test plot with lysimeters, plan; in FIG. 2 shows a diagram of a lysimeter, cross section.

Лизиметр содержит металлический корпус 1 с монолитом почвы, причем емкость 1 (корпус) заполняется двумя различными водопроницаемыми слоями фильтра: верхнего хорошо проницаемого 2 исследуемого образца почвы и нижнего слабо проницаемого 3 дна-фильтра, выполненного из геотекстильного материала, уложенного на сетку 4, перекрывающих сверху поддон 5, который соединен гидравлически с металлической вертикальной трубой в виде емкости 6. В хорошо проницаемом 2 образце почв размещен датчик влажности 7. Емкость 6 разделена на две неравные части 8 и 9 вертикальной перегородкой 10 с отводящей сбросной трубой 11 с краном 12. Емкость 6 первой части 8 также внутри разделена на две неравные части 13 и 14 горизонтальной перегородкой 15. Внутри верхней части 13 первой части 8 размещен корпус 16 с входным патрубком 17, а в нижней части 14 размещен выходной патрубок 18 корпуса 16 и установленный в нем поплавок 19 с запорными элементами 20 и 21. Лизиметр снабжен уравнительной камерой.The lysimeter contains a metal casing 1 with a soil monolith, and the container 1 (casing) is filled with two different water-permeable layers of the filter: the upper well-permeable 2 studied soil sample and the lower weakly permeable 3 bottom of the filter made of geotextile material laid on a grid 4, overlapping from above pan 5, which is connected hydraulically to a vertical metal pipe in the form of a container 6. A moisture sensor 7 is placed in a well-permeable soil sample 2. The container 6 is divided into two unequal parts 8 and 9 an ical septum 10 with a discharge pipe 11 with a crane 12. The capacity 6 of the first part 8 is also internally divided into two unequal parts 13 and 14 by a horizontal partition 15. Inside the upper part 13 of the first part 8 there is a housing 16 with an inlet pipe 17, and in the lower part 14 there is an outlet pipe 18 of the housing 16 and a float 19 installed therein with locking elements 20 and 21. The lysimeter is equipped with a surge chamber.

Уравнительная камера 22 соединена с выходным патрубком 18 корпуса 16 посредством резьбового соединения 23. Корпус 16 и поплавок 19 выполнены шарообразными. Запорные элементы 20 и 21 представлены в виде конических игл. Входной патрубок 17 и выходной патрубок 18 имеют конические гнезда 24 и 25. Запорное гнездо 25 выходного патрубка 18 выполнено уравнительной камерой 22, в полости корпуса которой выполнено углубление 26 в виде шарового сегмента. Его радиус равен или меньше, чем радиус сферы установленного поплавка 27 в виде двояковыпуклой линзы поплавка 27.The equalization chamber 22 is connected to the outlet pipe 18 of the housing 16 by means of a threaded connection 23. The housing 16 and the float 19 are made spherical. The locking elements 20 and 21 are presented in the form of conical needles. The inlet pipe 17 and the outlet pipe 18 have conical sockets 24 and 25. The locking socket 25 of the output pipe 18 is made by equalization chamber 22, in the cavity of the housing of which a recess 26 is made in the form of a spherical segment. Its radius is equal to or less than the radius of the sphere of the installed float 27 in the form of a biconvex lens of the float 27.

Уравнительная камера 22 имеет в дне выпускные отверстия 28. Запорное гнездо 24 соединено с водонапорным баком 29 посредством шланга 30 через счетчик 31 измерения холодной воды (СХВ) с регулируемым краном 32. Корпус 16 выполнен разъемным. Это позволяет выполнить соответствующее техническое обслуживание лизиметра.The equalization chamber 22 has outlet openings 28 in the bottom. The locking socket 24 is connected to the water tank 29 via a hose 30 through a cold water meter (CXB) 31 with an adjustable valve 32. The housing 16 is detachable. This allows for proper maintenance of the lysimeter.

Счетчик 31 измерения воды, размещенный между гибким шлангом 30 и регулируемым краном 32 с диаметром условного прохода 15 или 20 мм типа (СХВ), может быть применен как счетчик для измерения объема холодной воды, подпитывающей из водонапорного бака 29 при температуре от +5 до +40°С, при давлении не более 1 МПа (10 кгс/см²). Данные счетчики устойчивы к воздействию внешнего магнитного поля. Для предотвращения загрязнения от поступающей воды из бака 29 устанавливается кран-фильтр (не показано) типа КВФ. Потеря давления на счетчике при максимальном расходе воды (Q_max) не превышает 0,1 МПа (1 кгс/см²). Срок службы счетчика 31 12 лет. Принцип действия счетчика состоит в измерении числа оборотов крыльчатки, вращающейся под действием протекающей воды. Количество оборотов крыльчатки пропорционально объему протекающей воды. Вращение крыльчатки передается на счетный механизм, обеспечивающий за счет понижающего редуктора возможность снятия показателей объема воды, поступившей в монолит почвы снизу вверх при суммарном испарении из почвы для каждой сельскохозяйственной культуры. Интегратор счетного механизма позволяет с достаточной точностью определять указания объемов воды за любой определенный промежуток времени на исследуемой делянке почвы и способность контроля вблизи естественного поля. Корпус 1 с поплавком 19, с запорными элементами 20 и 21 и уравнительной камерой 22 с поплавком 27 в ней связывают между собой через счетчик измерения 31 расхода воды и через поддон 5 с исследуемым образцом почвы.A water meter 31, located between the flexible hose 30 and the adjustable valve 32 with a nominal diameter of 15 or 20 mm type (CXB), can be used as a meter for measuring the volume of cold water feeding from the water tank 29 at a temperature of +5 to + 40 ° C, at a pressure of not more than 1 MPa (10 kgf / cm ² ). These counters are resistant to external magnetic fields. To prevent pollution from the incoming water from the tank 29, a filter tap (not shown) of the type KVF is installed. The pressure loss on the meter at the maximum water flow rate (Q _max ) does not exceed 0.1 MPa (1 kgf / cm ² ). The service life of the meter is 31 12 years. The principle of operation of the counter is to measure the number of revolutions of the impeller rotating under the action of flowing water. The number of revolutions of the impeller is proportional to the volume of flowing water. The rotation of the impeller is transmitted to the counting mechanism, which, due to the reduction gear, provides the ability to measure the volume of water entering the soil monolith from bottom to top with total evaporation from the soil for each crop. The integrator of the counting mechanism makes it possible to determine with sufficient accuracy the indications of water volumes for any certain period of time on the studied plot of soil and the ability to control near the natural field. The housing 1 with the float 19, with the locking elements 20 and 21 and the equalization chamber 22 with the float 27 in it are connected to each other through the meter 31 of the water flow and through the pallet 5 with the studied soil sample.

Входной патрубок 17 корпуса 16 жестко присоединен к передвижной муфте 33 с фиксатором 34, муфта, которая закреплена на стойке 35, содержит указательную стрелу 36 напротив закрепленной градуированной стойки 37 с возможностью размещения на ней системы индикации в виде шкалы из разноцветных светящихся отсчетных и разделительных полос. Разноцветные светящиеся отсчетные полосы, соответствующему расчетному уровню воды в монолите почв, могут быть, например, нанесены разными цветами для различных фаз развития сельскохозяйственной культуры, что соответствует движению вверх или вниз корпуса 16 и корпуса уравнительной камеры 22 от минимального до максимального приращения уровня воды в первой и нижней частях 14 емкости 6.The inlet pipe 17 of the housing 16 is rigidly attached to the movable sleeve 33 with a latch 34, the sleeve, which is mounted on the rack 35, contains a pointing arrow 36 opposite the fixed graduated rack 37 with the possibility of placing an indication system on it in the form of a scale of multi-colored luminous reading and dividing strips. The multi-colored luminous readout strips corresponding to the estimated water level in the soil monolith can, for example, be applied in different colors for different phases of crop development, which corresponds to the up or down movement of the housing 16 and the housing of the surge chamber 22 from the minimum to maximum increment of the water level in the first and the lower parts 14 of the tank 6.

Поскольку состояние УГВ от поверхности почв и влажности почвы зависит как от периода проведения работ, так и применяемых сельскохозяйственных культур и их фаз развития, в результате с помощью фиксатора 34 с муфтой 33 на стойке 35 перемещают муфту 33 с фиксатором 34 вверх или вниз на данный период роста растений для назначения уровня воды в первой части 8 емкости 6 ниже горизонтальной перегородки 15, что регулирует подачу дискретного слива воды через уравнительную камеру 22 с поплавком 27 и связанной с корпусом 16 с поплавком 19. В случае слива воды из первой части 8 емкости 6 открывают кран 12 на сбросной трубе 11, определенное количество воды из лизиметра поступает в дренажную сеть.Since the state of ground cover on soil surface and soil moisture depends on both the period of work and the crops used and their development phases, as a result, using the lock 34 with the sleeve 33 on the stand 35, the sleeve 33 with the lock 34 is moved up or down for this period plant growth for setting the water level in the first part 8 of the container 6 below the horizontal partition 15, which regulates the supply of discrete drainage of water through the equalization chamber 22 with the float 27 and connected to the housing 16 with the float 19. In the case of discharge of water from the first part 8 of the container 6 open the valve 12 on the discharge pipe 11, a certain amount of water from the lysimeter enters the drainage network.

Лизиметр работает следующим образом.The lysimeter works as follows.

На опытной делянке, на исследуемом поле, отрывается траншея, в которой на заданной глубине 1,0…1,8 м устанавливается металлическая емкость 1 и заполняется исследуемым почвогрунтом с двумя водопроницаемыми слоями фильтра, т.е. верхний слой монолит почвы 2 и геотекстильный материал 3 на сетке 4, последние закреплены на поддоне 5. Поддон 5 емкости 1 соединен гидравлически посредством подпитывающей трубы с вертикально установленной емкостью 6, разделенной на две неравные части 8 и 9 вертикальной перегородкой 10, и отводящую трубу 11 с краном 12. Поскольку заполнение нижней части 13 первой части 8 емкости 6 происходит посредством горизонтальной перегородки 15, то величина напорности зависит от превышения уровня воды в водонапорном баке 29 над уровнем в первой части 8 емкости 6. Вода, заполнившая водонапорный бак 29, проходит счетчик 31 с регулируемым краном 32, поступает в шланг 30, далее во входной патрубок 17 корпуса 16 и заполняет его полость. В начальной стадии шаровой поплавок 19 под действием силы веса опирается на запорный элемент 21 и перекрывает коническое запорное гнездо 25 и выход воды в уравнительную камеру 22 в нижней части 14 выходного патрубка 18 корпуса 16. По мере заполнения водой корпуса 16 поплавок 19 всплывает и запорный элемент 20 перекрывает отверстие в запорном гнезде 24, а запорный элемент 21 открывает нижнее коническое запорное гнездо 25, и порция воды, находящаяся в корпусе 1, поступает в уравнительную камеру 22 и через отверстия в дне ее направляется в поддон 5, и заполняет как нижнюю часть 14 внутри первой части 8 емкости 6, так и монолит почвы в емкости 1. Таким образом, уровень воды достигает уравнительной камеры 22, где заполненная полость камеры 22 водой, подъемная сила действует на поплавок 27 и он всплывает в направлении углубления 26. При полностью заполненной полости камеры 22 поплавок 27 перекрывает доступ воды через выходной патрубок 18 в нижнюю часть 14 первой части 8 емкости 6. Одновременно с этим полость корпуса 16 заполнена водой, поплавок 19 всплывает, а запорный элемент 20 перекрывает отверстие в заданном гнезде 24. В результате накопление дозы воды в полости корпуса 16 удерживается до момента испарения при напорном питании монолита почвы из нижней части 14, соответствующего условиям развития фазы культуры, т.е. понижение даже небольшого уровня в нижней части 14 первой части 8 емкости 6 вызывает опускание поплавка 27 медленно в уравнительной камере 22, соответственно открывает углубление 26, и доза воды из корпуса 16 поступает в уравнительную камеру 22, далее в нижнюю часть 14. Далее повторяется весь процесс заполнения полости корпуса 16.In the experimental plot, in the field under study, a trench is opened in which a metal container 1 is installed at a given depth of 1.0 ... 1.8 m and filled with the soil to be studied with two permeable filter layers, i.e. the top layer is a soil monolith 2 and geotextile material 3 on a grid 4, the latter are fixed on a pallet 5. The pallet 5 of the tank 1 is connected hydraulically by means of a feed pipe with a vertically installed tank 6, divided into two unequal parts 8 and 9 by a vertical partition 10, and a discharge pipe 11 with a crane 12. Since the filling of the lower part 13 of the first part 8 of the tank 6 occurs through a horizontal partition 15, the pressure value depends on the excess of the water level in the water tank 29 above the level in the first part 8 of the tank 6. Water that fills the water tank 29 passes through a counter 31 with an adjustable valve 32, enters the hose 30, then into the inlet pipe 17 of the housing 16 and fills its cavity. In the initial stage, the ball float 19 under the influence of weight rests on the locking element 21 and closes the conical locking socket 25 and the water outlet to the surge chamber 22 in the lower part 14 of the outlet pipe 18 of the housing 16. As the housing 16 is filled with water, the float 19 pops up and the locking element 20 closes the hole in the locking slot 24, and the locking element 21 opens the lower conical locking slot 25, and a portion of the water in the housing 1 enters the surge chamber 22 and is directed through the holes in the bottom into the pan 5, and filling t as the lower part 14 inside the first part 8 of the tank 6, and the soil monolith in the tank 1. Thus, the water level reaches the equalization chamber 22, where the filled cavity of the chamber 22 with water, the lifting force acts on the float 27 and it floats in the direction of the recess 26 With a completely filled cavity of the chamber 22, the float 27 blocks the access of water through the outlet pipe 18 to the lower part 14 of the first part 8 of the tank 6. At the same time, the cavity of the housing 16 is filled with water, the float 19 floats, and the locking element 20 closes the hole in the specified g driving 24. As a result, accumulation of water in the dose of the housing 16 is maintained until the evaporation at the pressure feeding soil monolith from the lower portion 14 of the corresponding phase of the culture conditions, i.e., lowering even a small level in the lower part 14 of the first part 8 of the container 6 causes the float 27 to lower slowly in the equalization chamber 22, respectively, opens the recess 26, and a dose of water from the housing 16 enters the equalization chamber 22, then to the lower part 14. Then the whole process is repeated filling the cavity of the housing 16.

О количестве воды, израсходованной на суммарное испарение и рост растений в почве, судят по количеству воды, добавляемой из водонапорного бака 29 с регулированием краном 32 и применением счетчика 31. Влажность почвы измеряют датчиком влажности 7, а положение воды в емкости 1 определяют наличием емкости 6 с элементами контроля, установленными в ней.The amount of water spent on the total evaporation and growth of plants in the soil is judged by the amount of water added from the water tank 29 controlled by a tap 32 and using a meter 31. The soil moisture is measured by a moisture sensor 7, and the position of the water in tank 1 is determined by the presence of tank 6 with controls installed in it.

В зависимости от того, какая культура выращивается на опытной делянке с испытуемым полем, какой необходимо поддерживать уровень в емкости 6 относительно емкости 1, указатель стрелки 36 должен иметь возможность вертикально перемещаться с фиксацией фиксатором 34 муфты 33 на стойке 34, при этом стрелка 36 жестко соединена с входным патрубком 17 корпуса 16 через муфту 32. Таким образом, наличие перемещения корпуса 16 и уравнительной камеры 22 позволяет задавать и поддерживать оптимальный уровень воды в нижней части 14 первой части 8 емкости 6 лизиметра с монолитом почвы. В целях исключения застаивания воды в нижней части 14 первой части 8 емкости 6 и ее цветения, в нижней части выполнено выпускное отверстие с отводящей сбросной трубой 11 с краном 12, обеспечивающее санитарный сток в дренажную сеть.Depending on which culture is grown on the test plot with the test field, which level is necessary to maintain in the tank 6 relative to the tank 1, the arrow 36 should be able to move vertically with a latch 34 of the coupling 33 on the stand 34, while the arrow 36 is rigidly connected with the inlet pipe 17 of the housing 16 through the sleeve 32. Thus, the movement of the housing 16 and the surge chamber 22 allows you to set and maintain the optimal water level in the lower part 14 of the first part 8 of the vessel 6 of the lysimeter with onolitom soil. In order to prevent stagnation of water in the lower part 14 of the first part 8 of the container 6 and its flowering, an outlet with a discharge pipe 11 with a tap 12 is made in the lower part, which ensures sanitary drainage into the drainage network.

Таким образом, в течение всего периода работы лизиметра счетчик 31 холодной воды (СХВ) является универсальным измерительным прибором (блоком) и может быть использован для измерения объема воды в автоматическом режиме, независимо от времени использования его на опытной делянке исследуемой почвы. Погрешность измерений которого достигает не более ±2% по расходу воды, а значит и точность экспериментальных данных лизиметра значительно повышается.Thus, during the entire period of operation of the lysimeter, the cold water meter (CW) 31 is a universal measuring device (unit) and can be used to measure the volume of water in automatic mode, regardless of the time it was used on the experimental plot of the studied soil. The measurement error of which reaches no more than ± 2% in terms of water flow, which means that the accuracy of the experimental data of the lysimeter is significantly increased.

Эффективность лизиметра с дискретной выдачей дозы воды позволит облегчить долговременную эксплуатацию лизиметра и обеспечит улучшение условий труда обслуживающего персонала; независимость процесса задания и поддержания уровня от массы воды в водонапорном баке, запасенной для долива воды для монолита почвы со стороны поддона снизу вверх, возможность автоматической дискретной дозы выдачи воды за счет форм элементов дозиметра и возможность управления процессами фазы развития культуры на опытной делянке в виде подпочвенного орошения и снятия одновременно показания объема воды счетчиком 31. Одновременно расширяется область применения водобалансового лизиметра. Точность расчета параметров применения лизиметра поддерживается совместной работой всего пакета (количество) заданных лизиметров на исследуемой делянке с датчиками влажности почвы и влиянием напорной воды в нижней части 14 первой части 8 емкости 6 водного баланса. Следовательно, повышается достоверность качественного состава исследуемого почвогрунта.The effectiveness of the lysimeter with discrete delivery of a dose of water will facilitate the long-term operation of the lysimeter and will provide improved working conditions for staff; the independence of the process of setting and maintaining the level of the mass of water in the water tank, reserved for top-up water for the soil monolith from the bottom side of the pallet, the possibility of automatic discrete dose delivery of water due to the forms of dosimeter elements and the ability to control the processes of the culture development phase in the experimental plot in the form of subsoil irrigation and simultaneously taking readings of the volume of water by the meter 31. At the same time, the scope of the water-balance lysimeter is expanding. The accuracy of the calculation of the parameters of the use of the lysimeter is supported by the joint work of the entire package (number) of the specified lysimeters on the plot under study with soil moisture sensors and the influence of pressure water in the lower part 14 of the first part 8 of the water balance tank 6. Therefore, the reliability of the qualitative composition of the studied soil increases.

Основная часть технико-экономического эффекта заключается в существенном сокращении затрат на строительство опытных делянок исследуемой почвы и возможность контроля опытных делянок вблизи естественного поля. Этим также достигается строго дозированная дискретная выдача порции воды в течение определенного времени, поддерживается оптимальный уровень воды в емкости лизиметра с монолитом почвы, соответственно, моделирование приближено к подпочвенному орошению естественного поля. Таким образом, о количестве воды, израсходованной на суммарное испарение, в зону аэрации, на инфильтрацию, судят по количеству воды, добавленной из подпитывающего напорного бака с применением счетчика воды, который размещен на выходе со стороны водонапорного бака добавленной воды в корпус с поплавком и уравнительной камеры также с поплавком в целом.The main part of the technical and economic effect is to significantly reduce the cost of building experimental plots of the studied soil and the ability to control experimental plots near the natural field. This also achieves a strictly metered discrete dispensing of a portion of water for a certain time, maintains an optimal water level in the capacity of a lysimeter with a monolith of soil, respectively, the simulation is close to subsoil irrigation of a natural field. Thus, the amount of water spent on the total evaporation, in the aeration zone, on the infiltration, is judged by the amount of water added from the feed pressure tank using a water meter, which is placed at the outlet of the added water tank to the body with a float and equalizer cameras also with a float in general.

Claims

1. A lysimeter including a container (1) with a soil monolith, a pan (5) and water level control elements, a water tank (28), which is installed above the pan (5), a connecting pipe is hydraulically connected to the pan of the tank (1) of the soil monolith, characterized in that it is equipped with a surge chamber (22) with a float (27) in the form of a biconvex lens in the lower part of the tank, divided into two unequal parts by a horizontal partition (15), the lower part (14) of the first part (8) of the tank (6 ) is made with an additional outlet pipe (18) of the housing (6), lower hour l pipe (18) which is fastened by means of a threaded connection (23) with the body of the equalization chamber (22) with the float (27), and the upper part of the output pipe (18) is connected with the body (16) and the float (19) placed in it, the cavity which communicate with each other, while the inlet pipe (17) and the housing (16) with the float (19) are in communication with the water tank (29), while the housing (16) and the float (19) placed in it are made spherical, and locking elements (20 and 21) are made in the form of conical needles, while the inlet (17) and outlet (18) nozzles have conical locks nests (24 and 25), and the locking nest (25) of the outlet pipe (18) is connected with a recess (26) in the form of a spherical segment of the equalization chamber (22), and the counter (31) is made in the form of a unit for measuring water flow.

2. A lysimeter according to claim 1, characterized in that the recess (26) in the form of a spherical segment of the equalization chamber (22) is made with a radius of the sphere equal to or less than the radius of the sphere of the biconvex lens of the float (27).

3. The lysimeter according to claim 1, characterized in that the bottom of the surge chamber (22) is made with outlet openings (28).

4. The lysimeter according to claim 1, characterized in that for the purpose of regulating the flow of the water tank (29) it is equipped with an adjustable valve (32).