[發(fā)明專利]一種基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710588995.1
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107271631B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董國強(qiáng);嚴(yán)登華;史婉麗;王煜;翁白莎;秦天玲;王浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 天津諾德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發(fā)明公開一種基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗(yàn)方法，包括：降雨模擬裝置將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗(yàn)原狀土柱中，以模擬降水積水入滲補(bǔ)給土壤水，地下水模擬裝置將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補(bǔ)給土壤水，直至試驗(yàn)原狀土柱中的土壤水達(dá)到飽和狀態(tài)，降雨模擬裝置將第三種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗(yàn)原狀土柱中，并在試驗(yàn)原狀土柱的不同高度及底部的多個采集孔收集水樣，直至水樣中不再含有第一種示蹤劑和第二種示蹤劑，記錄第三種示蹤劑溶液所用的體積，根據(jù)土壤樣品采集點(diǎn)的年均降水量，計(jì)算此種土壤壤中流的水齡，并提出相應(yīng)計(jì)算公式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

壤中流是在土壤中沿不同透水性土壤層界面流動的水流，它是徑流的重要組成部分，對流域徑流調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、泥沙遷移、養(yǎng)分流失以及流域水文循環(huán)計(jì)算都具有非常重要的作用。土壤水分受降雨入滲、灌溉、蒸發(fā)、地下水補(bǔ)給等共同作用，變化復(fù)雜。

采用示蹤劑可以較好地示蹤水分在土壤中的運(yùn)移路徑，對壤中流的運(yùn)移路徑和運(yùn)移速度進(jìn)行示蹤研究，同時(shí)可以在不擾動土壤的前提下對水分的運(yùn)移進(jìn)行示蹤。

入滲是在降雨或灌溉條件下，水分通過土壤表面垂直或水平進(jìn)入土壤的過程。地下水補(bǔ)給是地下水在土層下部沿土壤毛細(xì)管進(jìn)入土壤的過程。

雨前土壤含水量對壤中流的影響一方面表現(xiàn)在對水分入滲速率的影響上，有研究表明，水分的入滲速率與土壤含水量成反比，同時(shí)雨前土壤含水量越大則坡地壤中流產(chǎn)流開始的時(shí)間明顯提前。而雨前土壤含水量對壤中流另一方面的影響表現(xiàn)在對于壤中流的補(bǔ)給上，對于相同的降雨而言，雨前土壤含水量越大則壤中流產(chǎn)流量越大，相對較高的雨前土壤含水量是壤中流產(chǎn)生的重要條件之一。

對壤中流的產(chǎn)流來源進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，來源可分為新水和舊水，新水即一次降雨徑流事件中補(bǔ)充的水分，而舊水則為降雨前儲存在土壤中或者地表的水分。新水和舊水對于徑流的補(bǔ)充方式各有不同，例如降雨落到地表后，徑流接收到降雨補(bǔ)充的水分開始形成，而當(dāng)雨水入滲到土壤中以后，降雨前儲存在土壤中的水分(即舊水)會被驅(qū)替出來，融入到本次降雨徑流過程中所產(chǎn)生的壤中流中，形成壤中流，進(jìn)而產(chǎn)生新舊水混合的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗(yàn)方法，通過模擬降水入滲補(bǔ)給與地下水毛管上升補(bǔ)給土壤水的過程，進(jìn)一步推導(dǎo)出土壤水水分來源類型及雨前土壤水被完全驅(qū)替出突然所需時(shí)間，其推算結(jié)果誤差小，且便于操作。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)所述方法的試驗(yàn)裝置包括：

降雨模擬裝置，所述降雨模擬裝置將示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗(yàn)原狀土柱中；

土柱模擬裝置，所述土柱模擬裝置包括有機(jī)玻璃圓柱體以及所述有機(jī)玻璃圓柱體內(nèi)的試驗(yàn)原狀土柱和砂礫石層，所述試驗(yàn)原狀土柱與所述砂礫石之間設(shè)置有土工布，在所述試驗(yàn)原狀土柱的不同高度和底部布置有多個采集孔，在所述有機(jī)玻璃圓柱體的底部設(shè)置集水槽；以及

地下水模擬裝置，所述地下水模擬裝置包括馬氏瓶和導(dǎo)管，所述導(dǎo)管一端連接到所述馬氏瓶且另一端連接到所述土柱模擬裝置的所述砂礫石層，將示蹤劑溶液通過毛管上升補(bǔ)給給所述試驗(yàn)原狀土柱，

其中，所述降雨模擬裝置將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗(yàn)原狀土柱中，以模擬降水積水入滲補(bǔ)給土壤水，所述地下水模擬裝置將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補(bǔ)給土壤水，直至所述試驗(yàn)原狀土柱中的土壤水達(dá)到飽和狀態(tài)，所述降雨模擬裝置將第三種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗(yàn)原狀土柱中，并在所述試驗(yàn)原狀土柱的不同高度及底部的多個采集孔收集水樣，直至水樣中不再含有第一種示蹤劑和第二種示蹤劑，記錄第三種示蹤劑溶液所用的體積，根據(jù)土壤樣品采集點(diǎn)的年均降水量，計(jì)算此種土壤壤中流的水齡；