模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法，透明长方体土箱置于透明地下水位控制箱内，在土箱侧壁上沿平行于该柱体的中心线方向不同径向高度各设置水分传感器安装孔、盐分传感器安装孔、温度传感器安装孔及取样孔。长方体土箱土体底部设有滤层，滤层外裹无纺布，在滤层同高的侧壁设置通水孔。在长方体土箱的侧壁设有方便拆卸的栅格活动板。该长方体土箱上方设置红外线灯或白炽灯。在地下水位控制箱接近底部的地方设置水管及水阀。本发明可模拟沿海垦区海水倒灌引起地下水位上升情况下的土壤水盐运动，开展实时动态监测，可通过改变地下水位控制箱内不同水质、水位等不同实验条件研究土壤水盐运动规律。
【专利说明】模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农田水利工程领域，涉及一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的迅速发展，土地资源短缺的矛盾越来越突出，沿海许多地区都提出了围海造地计划，长期围垦开发滩涂资源面临着土壤盐碱化的问题。沿海垦区盐碱地中的水溶性盐是随着土壤水的渗流而移动的，即所谓“盐随水来，盐随水去”。沿海垦区地下水水质矿化度较高，特别是新吹填的沿海垦区，地下水位和海水紧密相连。当地下水位比较浅，大量的水分蒸发导致盐分在土壤中积聚，使得土壤的含盐量增加，加重土壤的盐溃化问题。
[0003]随着我国盐碱地改良技术的不断发展，在土壤盐分成因规律和特征、农田节水灌溉水盐运行机理、盐碱地改良利用技术措施等诸多方面的研究都有新的发展和突破。研究表明，土壤中水盐的运动变化受到地下水位、降雨、蒸发、灌溉排水、土地利用等因素的影响，水盐运动规律极其复杂，因此加强土壤水盐运动机理的研究，进一步了解土壤盐碱化的发生、发展过程及规律，可为土壤盐碱化防治提供必要的基础数据和参考依据。
[0004]现有技术中较为常用的是室内土柱模拟实验，作为一种常规水盐实验方法用来模拟土壤水盐运移规律。现有的土柱模拟实验装置主要是开展土壤入渗实验和蒸发实验，较少涉及不同地下水位影响下的土壤水盐运动过程和规律研究，对于沿海垦区海水倒灌引起的地下水位变化对土壤水盐运动的影响方面缺乏合理的实验研究方法和装置。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法，能实现沿海垦区不同地下水位影响下的土壤水盐动态观测，探寻水盐运动规律。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:该装置包括透明的长方体土箱和透明的地下水位控制箱，在长方体土箱的侧壁外侧设有方便拆卸的透明的栅格活动板，在长方体土箱侧壁上沿平行于该长方体的中心线方向不同径向高度设置有一组水分传感器安装孔、盐分传感器安装孔、温度传感器安装孔及取样孔；在长方体土箱内设有供试土体，在供试土体底部设有由透水材料包裹的滤层，长方体土箱置于地下水位控制箱内，且连接处密封设置；在地下水位控制箱底部设有用于控制水位的水管和水阀；在滤层同高的长方体土箱侧壁上设置有与地下水位控制箱连通的通水孔；在长方体土箱上方设有用于控制蒸发强度的灯。
[0007]本发明中，长方体土箱采用透明有机玻璃制成。在长方体土箱的三个壁外侧均设置透明的栅格活动板，且对应的三个侧壁上设置有一组水分传感器安装孔、盐分传感器安装孔、温度传感器安装孔及取样孔。可观测土壤垂直剖面水分盐分变化过程及绘制地下水位影响下的土壤湿润曲线。
[0008]所述灯是红外线灯或白炽灯，用于在室内控制蒸发强度。地下水位控制箱为顶部密封的L形长方体。在地下水位控制箱底部设置方便移动的滑轮。
[0009]所述滤层由上至下为细砂层、粗砂层、碎石层；滤层外裹无纺布。通水孔的孔径小于滤层中滤料的直径。
[0010]一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
1)在透明的长方体土箱内装入供试土体，在设定位置安装好水分传感器、盐分传感器和温度传感器，用胶带安装好长方体土箱外侧的透明的栅格活动板，再将长方体土箱置于地下水位控制箱内；
2)根据实验要求设置红外线灯或白炽灯数量和功率，控制蒸发强度；
3 )通过地下水位控制箱底部的水管和水阀在一定的时间内注入或排出试验设定的供试水体，供试水体为海水或实验需用水；
4)通过水分传感器、盐分传感器和温度传感器分别对水分、盐分和温度进行数据采集监测，同时从取样孔进行取样监测，获取取样数据，得到土箱内实时的水分、盐分和温度数据；
5)在透明的栅格板上绘制土壤湿润曲线，实验完毕更换栅格板开始下一组实验。
[0011]本发明的优点在于:可模拟沿海垦区海水倒灌引起地下水位上升情况下的土壤水盐运动，开展土壤水盐实时动态监测，可直观观测降水、灌溉条件下土壤垂直剖面水分、盐分运动过程，同时可结合其他实验条件模拟降雨、蒸发、灌溉等因素影响下的土壤垂直剖面水盐运动,探索其变化规律。可通过改变地下水位控制箱内不同水质、水位等不同实验条件研究土壤水盐运动规律。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1-1是本发明中实验装置的结构示意图。
[0013]图1-2是本发明中实验装置的侧面示意图。
[0014]图2-1是本发明实验装置中长方体土箱正面的透明栅格板示意图。
[0015]图2-2是本发明实验装置中长方体土箱侧面的透明栅格板示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及较佳实施例对本发明进行进一步描述。
[0017]如图1所示，模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置包括采用透明有机玻璃制成的长方体土箱1，采用透明有机玻璃制成的地下水位控制箱2，水分传感器安装孔3，盐分传感器安装孔4，温度传感器安装孔5，取样孔6，由透水材料无纺布包裹的滤层7，通水孔8，水管9，水阀10，栅格活动板11，地下水位控制箱滑轮12，红外线灯或白炽灯13，供试土体14，供试水体15。
[0018]透明长方体土箱1，尺寸为长100cm、宽60cm和高200cm，置于透明地下水位控制箱2内，I和2均采用透明有机玻璃，连接处密封，防止渗漏。[0019]透明长方体土箱I的3个侧壁上沿平行于该柱体的中心线方向不同径向高度各设置水分传感器安装孔3、盐分传感器安装孔4、温度传感器安装孔5及取样孔6，水分、盐分、温度和取样孔设在同一高度上。
[0020]透明长方体土箱I的底部设有无纺布包裹的滤层7，滤层由上至下为细砂层、粗砂层、碎石层，滤层高20cm，在滤层同高的侧壁设置通水孔8，便于地下水控制箱2中的供试水体进入土箱I中。
[0021]在长方体土箱I的3面侧壁设有方便拆卸的栅格活动板11。
[0022]地下水位控制箱采取L形长方体，最高边处高度为180cm，最高边用于控制地下水位深度。在地下水位控制箱2接近底部的地方设置水管9及水阀10，水管和水阀采用耐盐碱防腐蚀的材料。在地下水位控制箱底部下方设有滑轮12，根据实验场地用于移动和固定地下水位控制箱2。根据实验要求在透明长方体土箱I上方设置红外线灯或白炽灯13，模拟不同的蒸发条件。
[0023]一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验方法，包括如下步骤:
I)在透明长方体土箱I内装入供试土体14，在水分传感器安装孔3，盐分传感器安装孔4，温度传感器安装孔5位置安装好水分传感器、盐分传感器和温度传感器，用胶带安装好长方体土箱I外侧的栅格活动板11，再将长方体土箱置于地下水位控制箱2内。
[0024]2)根据实验要求设置红外线灯或白炽灯13数量和功率，控制蒸发强度。
[0025]3)通过地下水位控制箱2底部的水管9和水阀10在一定的时间内注入或排出试验设定的供试水体15，供试水体为海水或实验需用水。
[0026]4)通过水分传感器、盐分传感器和温度传感器对水分、盐分和温度进行数据采集监测，同时从取样孔6进行取样监测，获取取样数据并进行数据处理，得到土箱内实时的水分、盐分和温度等数据。
[0027]5)在透明栅格板11绘制土壤湿润曲线，实验完毕更换栅格板即可开始下一组实验。
【权利要求】
1.一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:该装置包括透明的长方体土箱(I)和透明的地下水位控制箱(2)，在长方体土箱(I)的侧壁外侧设有方便拆卸的透明的栅格活动板(11)，在长方体土箱(I)侧壁上沿平行于该长方体的中心线方向不同径向高度设置有一组水分传感器安装孔(3)、盐分传感器安装孔(4)、温度传感器安装孔(5)及取样孔(6);在长方体土箱(I)内设有供试土体(14)，在供试土体(14)底部设有由透水材料包裹的滤层(7)，长方体土箱(I)置于地下水位控制箱(2)内，且连接处密封设置；在地下水位控制箱(2)底部设有用于控制水位的水管(9)和水阀(10);在滤层(7)同高的长方体土箱侧壁上设置有与地下水位控制箱(2)连通的通水孔(8);在长方体土箱(I)上方设有用于控制蒸发强度的灯(13)。
2.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:长方体土箱(I)采用透明有机玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:在长方体土箱(I)的三个壁外侧均设置透明的栅格活动板(11)，且对应的三个侧壁上设置有一组水分传感器安装孔(3)、盐分传感器安装孔(4)、温度传感器安装孔(5)及取样孔(6 )。
4.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:所述灯(13)是红外线灯或白炽灯。
5.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:地下水位控制箱(2)为顶部密封的L形长方体。
6.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:在地下水位控制箱(2 )底部设置方便移动的滑轮(12 )。
7.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:所述滤层(7)由上至下为细砂层、粗砂层、碎石层；滤层(7)外裹无纺布。
8.根据权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置，其特征在于:通水孔(8)的孔径小于滤层(7)中滤料的直径。
9.一种权利要求1所述的模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)在透明的长方体土箱内装入供试土体，在设定位置安装好水分传感器、盐分传感器和温度传感器，用胶带安装好长方体土箱外侧的透明的栅格活动板，再将长方体土箱置于地下水位控制箱内； 2)根据实验要求设置红外线灯或白炽灯数量和功率，控制蒸发强度； 3)通过地下水位控制箱底部的水管和水阀在一定的时间内注入或排出试验设定的供试水体，供试水体为海水或实验需用水； 4)通过水分传感器、盐分传感器和温度传感器分别对水分、盐分和温度进行数据采集监测，同时从取样孔进行取样监测，获取取样数据，得到土箱内实时的水分、盐分和温度数据； 5)在透明的栅格板上绘制土壤湿润曲线，实验完毕更换栅格板开始下一组实验。
【文档编号】G01N33/24GK103852571SQ201410118442
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】陈凤, 王小军, 陈群, 张华 , 吴玉柏, 刘海巍 申请人:江苏省水利科学研究院