[發明專利]一種研究薄膜水運移規律的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310483018.7
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103543249A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 黃德文;陳建生;萇坡;王霜;詹瀘成;王濤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及土壤水環境實驗測試領域，具體說是一種研究薄膜水運移規律的實驗裝置及方法。

背景技術

在大氣降水、地表水、土壤水和地下水這四種水的研究中，土壤水的研究相對較少，而薄膜水是土壤水的組成部分，其運動機制尚不清楚，所以，干旱區土壤水來源問題仍然存在很大爭議。已有的研究表明，干旱區降水很難入滲到土壤中一定深度，土壤水主要靠地下水補給。地下水通過毛細水補給只能到達一定高度就上不去了；再往上走，薄膜水運移起主要作用。在此前提下設計實驗裝置及實驗方法探究薄膜水在含水率梯度、離子濃度梯度以及溫度的變化下的運移規律具有很高的科研價值和應用前景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種研究薄膜水運移規律的實驗裝置及方法，其可以通過室內實驗研究目前學術界尚存在爭議的干旱區土壤水來源問題，比較直觀的給出不同土壤環境下的薄膜水運移規律。

本發明為解決以上技術問題，所采用的技術方案是：

一種研究薄膜水運移的實驗裝置，包括土柱筒、水補給裝置、溫度濕度傳感器、無線數據發射終端、數據接收及處理系統和取土器，所述土柱筒包括實驗土樣層和緩沖層；所述水補給裝置通過導管與土柱筒相連通，裝置側壁上刻有上下兩條定水位刻度線，下定水位刻度線與土柱筒的緩沖層等高，上下刻度線之間的距離為5cm；所述溫度濕度傳感器為多個，所述多個溫度濕度傳感器沿土柱筒軸向均布在土柱筒內壁上，通過數據總線連接至無線數據發射終端；無線數據發射終端包括模數轉換模塊和無線數據發射模塊；在實驗過程中溫度濕度傳感器分別感應各土層的溫度和濕度信息，通過導線將模擬信號傳送至無線數據發射終端的模數轉換模塊，再通過無線數據發射模塊將數據信息發送至處理系統；所述取土器包括通過內置螺栓連接的短管和金屬取樣槽。

作為優選，上述的土柱筒采用抗拉強度較大的塑膠管材制作，接口處采用密封性能和抗時間老化性能較好的密封膠密封。

上述取土器的整體長短可以通過增減短管來進行調節，且易分層取土樣，相對于普通的洛陽鏟減少了對土層的擾動，取樣深度更加精確。

上述土柱筒的緩沖層的管徑大于土樣測試層的管徑。

作為優選，所述多個溫度濕度傳感器按每10cm一個均布在土柱筒內壁上。

一種研究薄膜水運移規律的實驗方法，包括以下步驟：

（A）步驟：在土柱筒的底部緩沖層中裝入粒徑為6-8mm的粗礫石；并用直徑與土柱筒內徑相同、透水性較好的土工布平放在緩沖層的顆粒上，隨后按一定孔隙率分層裝入一定顆粒級配的土樣，每層10cm，裝至指定高度；

（B）步驟：將水補給裝置通過導管和土柱筒連通，在水補給裝置中加入一定濃度離子水至上定水位刻度線，然后再注入少量植物油對水體進行油封，防止水分蒸發；每當水補給裝置水位下降至接近下定水位刻度線時，用注射器向水補給裝置的油封層下注水到上定水位刻度線，并記錄下每次注水的時刻和注入的水量；

（C）步驟：實驗過程中通過土柱筒內壁上的溫度濕度傳感器每隔一天記錄不同深度土體的溫度和濕度數據；

（D）步驟：用多個相同的裝置做對比實驗，只需改變離子水濃度即可，其他操作相同；

（E）步驟：實驗持續一個月后，用取土器分別對每個裝置進行取樣，每10cm取樣一次，分別測定每個樣本的含水率和離子濃度，通過注水量數據以及溫度濕度隨時間的變化規律和土樣離子濃度隨土層的分布規律分析薄膜水的運移規律；

具體分析方法如下：

???首先,?根據注水量數據，可以得出水進入土體的速度????????????????????????????????????????????????，，其中，是進入土體的水量,以ml計，為該水量進入土體消耗的時間，為土柱筒內土體底面積；

?????其次,?通過獲取的重量含水率數據，可以得到薄膜水上升的高度以及各高程的含水率分布，薄膜水上升高度H以重量含水率為1%的土層高度為準;通過不同時間的重量含水率分層數據對比分析，可以得到不同含水率梯度下的薄膜水運移速率，其中，為土柱筒內Z高度以上土體的含水量，為土柱筒內單位高度的土體干重度，土柱筒內高度為z的土體體積含水率；

最后,?通過不同環境溫度條件下土柱筒內薄膜水運移速率對比，得出溫度對薄膜水運移的影響；通過添加不同離子濃度水的土柱筒內薄膜水運移速率對比，得出離子濃度對薄膜水運移速率的影響。

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