技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生態(tài)環(huán)境研究監(jiān)測輔助系統(tǒng)，具體涉及一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能對地下水水位變化的響應(yīng)與適應(yīng)對策已成為研究的熱點問題。地下水埋深通過影響土壤水分含量而影響植物根系的水分吸收，從而改變植物生長和群落組成。因此，為了研究地下水水位變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，在野外現(xiàn)場試驗布設(shè)過程中，如何精確調(diào)控地下水水位成為試驗研究成敗的關(guān)鍵。然而，鑒于野外生態(tài)系統(tǒng)控制試驗的特殊性，要求試驗過程中盡可能保持生態(tài)系統(tǒng)的原狀性和整體性，植被群落和土壤環(huán)境不受擾動?，F(xiàn)有公開的地下水水位控制技術(shù)往往需要在地下預(yù)埋大量的排水管網(wǎng)、設(shè)置砂石濾層和豎直排水井；或設(shè)置擋土墻和擋水底板將地下水隔離，并在擋土墻中預(yù)埋排水管與排水盲溝連接；或通過布設(shè)輕型井點和抽水設(shè)備抽取基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)的地下水以降低地下水位，防止地下水位抬升造成基礎(chǔ)巖土軟化和土方崩解。上述的地下水水位控制技術(shù)導(dǎo)致試驗布設(shè)過程中樣地的植被和土壤受到嚴(yán)重干擾和破壞，導(dǎo)致試驗失敗或研究結(jié)果失真，達(dá)不到預(yù)期的研究目標(biāo)。難以滿足生態(tài)系統(tǒng)變化的研究需要和試驗要求。

因此，對于農(nóng)田、草地等陸地生態(tài)系統(tǒng)變化對地下水位響應(yīng)的控制試驗研究，設(shè)計出一種能精確調(diào)控地下水位的系統(tǒng)，對于深刻理解生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)以及植被功能性狀變化對地下水位的響應(yīng)過程和機(jī)制，提高研究水平具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，克服現(xiàn)有地下水位控制系統(tǒng)和方法中需要開挖敷設(shè)管網(wǎng)、布設(shè)輕型井點或設(shè)置擋土墻和隔水地板等施工繁瑣、工程造價高，且地下水控制不理想等弊端，確保地下水位的精準(zhǔn)控制，滿足生態(tài)試驗中地下水水位變化對生態(tài)環(huán)境的影響，特別是地下水水位變化對寒區(qū)旱區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)物種功能性狀、群落分布的影響野外生態(tài)試驗研究的需要。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由基坑、地下水水箱、排水閥、地下水補(bǔ)給管和原狀土柱組成?；邮窃谠囼灅拥貎?nèi)開挖地表形成的池子，基坑四周及底部用混凝土砌筑進(jìn)行隔水絕緣處理，再在基坑內(nèi)放置不銹鋼、有機(jī)玻璃板或鋼板焊接而成的地下水水箱，地下水水箱內(nèi)置有原狀土柱和地下水補(bǔ)給管，原狀土柱由低到高呈梯度均勻垂直放置于地下水水箱的底部，地下水補(bǔ)給管位于梯度的最高處，地下水水箱底部安裝有排水閥；地下水補(bǔ)給管管壁上均勻開設(shè)有布水孔，原狀土柱之間的空隙用試驗區(qū)土壤分層回填密實。

本發(fā)明的原理是：

在生態(tài)環(huán)境變化研究中，為了揭示地下水位變化對生態(tài)環(huán)境的影響，特別是地下水位變化對寒區(qū)旱區(qū)草地和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物種功能性狀、群落分布的影響，地下水位的精準(zhǔn)調(diào)控是決定試驗研究成敗的關(guān)鍵。該試驗系統(tǒng)通過在研究樣地內(nèi)掏挖形成一個基坑，然后將基坑四周及底板用混凝土等隔水措施進(jìn)行絕緣處理，從而避免基坑周圍土壤水的滲入對試驗研究的影響；為了實現(xiàn)試驗研究中地下水位的精準(zhǔn)控制，在基坑底部安裝有水箱，水箱底部的下邊緣安裝有排水閥，用于排泄水箱中的積水、降低水位；同時，在水箱中設(shè)置地下水補(bǔ)給管，用于向水箱中補(bǔ)水，補(bǔ)償因蒸發(fā)耗散造成的水箱內(nèi)水位下降，同時地下水補(bǔ)給管用作水位觀測井用于觀測水箱中地下水位的高低變化，從而實現(xiàn)地下水箱中水位的精準(zhǔn)調(diào)控；然后，將試驗研究所用的原狀土柱垂直放置于地下水水箱中，原狀土柱之間根據(jù)試驗區(qū)土壤垂直分布情況進(jìn)行分層回填并密實。最后，根據(jù)試驗研究設(shè)計和方案進(jìn)行各項監(jiān)測和測試，完成生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)、植被功能性狀等變化對地下水位的響應(yīng)研究。

本試驗系統(tǒng)的優(yōu)點是：

本發(fā)明提供了一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)。該試驗系統(tǒng)首先通過建立基坑并對基坑四周及底板進(jìn)行隔水絕緣避免了周圍土壤滲水對試驗研究的影響，然后再在基坑內(nèi)放置水箱并設(shè)置排水閥和補(bǔ)給管實現(xiàn)對水箱中水位的觀測和精準(zhǔn)調(diào)控，最后將處理好的原狀土柱置于水箱中進(jìn)行不同水位條件下的各項試驗測定和研究，避免采用回填擾動土對試驗研究造成的不利影響，實現(xiàn)試驗研究的既定目標(biāo)。因此，該試驗系統(tǒng)應(yīng)用于陸地生態(tài)系統(tǒng)變化對地下水位的響應(yīng)研究，具有實施方便、地下水位控制精準(zhǔn)、試驗土體樣方擾動小等優(yōu)點，確保了研究結(jié)果的真實性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明示意圖。

圖1中，1—基坑；2—地下水水箱；3—排水閥；4—地下水補(bǔ)給管；5—原狀土柱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，該試驗系統(tǒng)由基坑1、地下水水箱2、排水閥3、地下水補(bǔ)給管4和原狀土柱5組成。其中，基坑1是在試驗區(qū)掏挖土壤形成的長方體池子，池子四周及底板用混凝土等隔水措施進(jìn)行絕緣處理，防止周圍土壤水的滲入；然后在基坑1內(nèi)放置地下水水箱2并置于基坑1底部，地下水水箱2可由不銹鋼、硬質(zhì)塑料板或鋼板等焊接而成。為了精準(zhǔn)地調(diào)控地下水水箱2中的水位高度，在地下水水箱2底部下邊緣安裝有排水閥3，地下水水箱2內(nèi)放置有原狀土柱5和地下水補(bǔ)給管4，原狀土柱5由低到高呈梯度均勻垂直放置于地下水水箱2的底部，原狀土柱5之間的空隙根據(jù)試驗區(qū)土壤垂直分布情況用同種類型的土壤分層進(jìn)行回填，地下水補(bǔ)給管4由不銹鋼、鑄鐵、有機(jī)玻璃或PVC材料做成，位于梯度的最高處，管壁上均勻開設(shè)有布水孔，布水孔的形狀為三角形、四方形、梯形或圓形。

在研究陸地生態(tài)系統(tǒng)植被群落變化、物種功能性狀對地下水位響應(yīng)的過程中，研制一種野外生態(tài)環(huán)境變化對地下水位響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，對于揭示生態(tài)試驗中地下水水位變化對生態(tài)環(huán)境的影響，特別是地下水水位變化對寒區(qū)旱區(qū)農(nóng)業(yè)、草地等生態(tài)系統(tǒng)物種功能性狀、群落分布的影響具有重要的作用。首先，本發(fā)明在研究試驗樣地內(nèi)采用挖土機(jī)等機(jī)械或人工掏挖等方式開挖出試驗基坑1，基坑1的尺寸大小根據(jù)試驗研究需要確定。然后，將焊接好的地下水水箱2緩慢放入基坑1內(nèi)，再將事先處理好的試驗用原狀土柱5依次放入地下水水箱2內(nèi)。原狀土柱5在地下水水箱2內(nèi)由低到高依次排列，原狀土柱5之間的間隙用試驗樣地的土壤進(jìn)行回填，回填土的高度與原狀土柱5的頂端基本保持齊平。最后，通過地下水補(bǔ)給管4向地下水水箱2內(nèi)緩慢注水并實時監(jiān)測地下水水箱2內(nèi)的水位變化。根據(jù)試驗研究需要，地下水水箱2內(nèi)的水位過低時通過地下水補(bǔ)給管4進(jìn)行補(bǔ)充，而地下水水箱2內(nèi)的水位過高時可通過排水閥3放水降低地下水水箱2內(nèi)的水位，從而使地下水水箱2內(nèi)的水位達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，滿足試驗研究的要求。