[發明專利]一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法

有效

• 申請號: 201910190122.4
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109917103B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉昌蓉;霍志彬;黃爽兵;顧文龍
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 劉曉敏

1.一種原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，其特征是，包括如下步驟：

a、在野外的試驗區域布置原位土柱灌溉淋溶試驗裝置；所述原位土柱灌溉淋溶試驗裝置包括限位框、設置在限位框下方的接收盤、通過連接管與接收盤底部連通的儲液器、與儲液器的底部連通的采樣裝置、用以向儲液器內充氣的充氣裝置、用以將儲液器內的氣體排出的排氣管、用以向限位框內供水的供水裝置以及用以控制充氣裝置和采樣裝置的控制器；

所述限位框包括內框和套設在內框外的外框，所述內框與所述外框為等高的圓形框，且兩者同軸設置，所述接收盤位于所述內框的正下方，且兩者的中心軸線共直線，所述接收盤的盤口口徑與所述內框的內徑相等；

所述儲液器包括筒體、設置在筒體內的隔擋板和排液活塞、以及設置在筒體側壁上用以監測筒體內液面高度的高液位傳感器和低液位傳感器，所述排液活塞可在隔擋板下方的筒體內往復運動，所述排液活塞將該段筒體分隔成兩部分，上部為氣體腔，下部為液體腔，所述高液位傳感器和所述低液位傳感器分別與所述控制器電連接；所述排氣管、所述充氣裝置分別與所述氣體腔連通，所述采樣裝置與所述液體腔連通；

所述排氣管包括管體、設置在管體內部的排氣活塞和硬質支桿，所述管體的底部穿過所述隔擋板插入所述氣體腔內，在所述管體上設有膨脹部，所述排氣活塞位于膨脹部的上方，且可在管體內往復滑動，所述硬質支桿的上端連接在排氣活塞上，所述硬質支桿的下端連接到所述排液活塞上；

所述供水裝置包括用以向內框供水的內框供水馬氏瓶和用以向外框供水的外框供水馬氏瓶，向兩個供水馬氏瓶內分別注滿含示蹤劑的淋溶水溶液，并倒轉排氣，確保馬氏瓶內的入液導氣管不含水柱，然后將兩個供水馬氏瓶分別放置于升降支架上，完成試驗裝置的布置；

b、開始試驗，利用供水裝置分別向限位框的內框和外框內注水，保持內框和外框等水頭，進行近似一維垂向淋溶，隨著試驗的進行，獲得若干淋溶液樣品，試驗過程中記錄內框的注水流量，根據流量計算并繪制內框中的滲透速度隨時間的過程曲線；

c、對步驟b中所得樣品進行測試，獲得示蹤劑濃度數據和淋溶目標物濃度數據，將淋溶目標物濃度數據隨機拆分為A、B兩組；

d、利用一維對流-彌散遷移方程進行刻畫，建立如下數學模型：

c_r(x,0)＝c₀

c_r(0,t)＝0

其中，c_r為淋溶目標物濃度；R為阻滯因子；D為彌散系數；v為孔隙水流速；t表示時間；x表示一維方向的距離；z為淋濾深度；

e、利用示蹤劑濃度數據和A組淋溶目標物濃度數據對數學模型進行參數反演，得參數R、D、v，將求得的參數R、D、v代入步驟d的參數模型，利用B組淋溶目標物濃度數據進行模型檢驗，利用測試值與模型計算值的均方根誤差評價擬合優度；

f、重復步驟e，選擇限定迭代次數內殘差值最小的模型，作為定量模型。

2.根據權利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，其特征是，所述步驟a中的原位土柱灌溉淋溶試驗裝置按照如下步驟布置：

1)鏟去試驗區域3～5cm的表層土壤，將限位框的底部垂直壓入土壤層，限位框的內框和外框保持同軸，且位于同一水平面；在限位框的內部鋪設礫石，并在限位框的側壁立刻度標；

2)在限位框旁挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的側壁上水平挖掘，形成洞槽，洞槽位于限位框的下方；在洞槽內設置支架，在支架上設置接收盤，接收盤位于限位框的內框正下方，接收盤的口徑與內框的內徑一致；

3)將儲液器放入坑槽中，使筒體的頂部伸出地表，筒體的集液段低于接收盤的底端，采樣裝置、充氣裝置和供水裝置位于地面上方，分層回填步驟1)中挖出的土壤。

3.根據權利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶試驗及溶質遷移定量描述方法，其特征是，所述步驟b中，開始試驗前，先用量杯向內框和外框分別注水，確保內、外框中的水面相對底部零勢參考面的距離均為設定值，將內框供水馬氏瓶的出液導管伸入內框液面以下并固定，將外框供水馬氏瓶的出液導管伸入外框液面以下并固定，調節升降支架，使得內框供水馬氏瓶的入液導氣管下端到零勢參考面的距離等于內框設定水位，外框供水馬氏瓶的入液導氣管下端到零勢參考面的距離等于外框設定水位。