一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置及方法，该装置包括泉口土层试样装载槽，所述泉口土层试样装载槽正上方设置红外辐射灯，所述泉口土层试样装载槽的槽底通过导流管连接地下水波动水头模拟装置，所述泉口土层试样装载槽的侧壁由上至下依次设置泉水收集槽、水位检测器、地下水盐分与温度检测装置；所述地下水波动水头模拟装置包括升降架、水头发生器、蓄水池和蠕动泵。该装置可以模拟在蒸发作用下泉口处地下水转化为泉水过程中盐分运移的规律，实时监测实验装置内的盐分浓度、水位以及温度，模拟西北干旱区强烈蒸发的情形，计算出不同时段的泉水盐分排泄量，帮助分析各个因素影响作用下泉水排泄处地下水盐分的运移规律。
【专利说明】
一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种实验室内模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，能很好的模拟西北干旱区蒸发强烈地区的泉口处盐分运移的规律，并且能实时监测垂直方向上温度、盐分浓度，属于地下水研究技术领域。
【背景技术】
[0002]西北内陆极度干旱，降雨量小且蒸发强烈。西部大开发以来，由于经济生产与人口的增加，对于水的需求量持续增加，地表资源量有限，因此对于地下水的需求越来越强烈。但是随着人们大规模开发地下水，导致地下水位急剧下降，出现土壤次生盐渍化、地下水环境恶化等一系列问题。因此有必要深入了解、认识各个因素影响作用下泉水排泄处地下水盐分的运移规律。解析法以及实验方法是研究盐分运移相对普遍的方法，而实验法的关键是设计出一套能够很好模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置及方法，模拟在蒸发作用下泉口处地下水转化为泉水过程中盐分运移的规律，该装置可以实时监测实验装置内的盐分浓度、水位以及温度，并且可以模拟西北干旱区强烈蒸发的情形。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，包括泉口土层试样装载槽2，所述泉口土层试样装载槽2正上方设置红外辐射灯I，所述泉口土层试样装载槽2的槽底通过导流管连接地下水波动水头模拟装置3，所述泉口土层试样装载槽2的侧壁由上至下依次设置泉水收集槽6、水位检测器、地下水盐分与温度检测装置4;所述地下水波动水头模拟装置3包括升降架7、水头发生器8、蓄水池9和蠕动栗10，所述水头发生器8安置在所述升降架7上;所述水头发生器8、所述蓄水池9与所述蠕动栗10通过导流管两两连接。
[0005]进一步的，所述泉口土层试样装载槽2材料为有机玻璃。
[0006]进一步的，其特征在于，所述泉口土层试样装载槽2侧壁包裹有用于防止热量流失的隔热海绵材料5。
[0007]进一步的，其特征在于，地下水波动水头模拟装置3包括电动机。
[0008]进一步的，所述泉口土层试样装载槽2的侧壁内不同深度均设置有水位检测器、地下水盐分与温度检测装置4。
[0009]—种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置的使用方法，包括以下步骤:
SOl，依次安装与连接红外辐射灯1、泉口土层试样装载槽2和地下水波动水头模拟装置
3；
S02，关闭泉口土层试样装载槽2和地下水波动水头模拟装置3之间的导流管;铺设泉口附近含水层:在泉口土层试样装载槽2底部铺设20?30cm厚的由人造石英砂所铺设的滤层，并在泉口土层试样装载槽2中加入除去气体的去离子水20cm，然后铺设15cm厚的土层;静置10分钟后，为避免开始试验后出现沉降的问题，重复以上步骤铺设土层，并在泉水含水层顶部中间塑造一个5cm深的凹槽，用以模拟泉水露头处地表凹陷的实际情况;其中土样为野外泉水同一地点所取不同埋深的土样；
S03，安装好地下水波动水头模拟装置3，并且预设初始水头高度出，打开泉口土层试样装载槽2和地下水波动水头模拟装置3之间的导流管静置一天，使得土样沉降稳定，地下水波动水头模拟装置3中水的盐分浓度为875mg/L，与位于我国西北疏勒河流域某泉口附近埋深1.5m处地下水中盐分浓度相同；
S04，启动水位检测器、地下水盐分与温度检测装置4记录初始泉口土层试样装载槽2中的水位与不同深度的盐分浓度与温度；
S05，启动红外辐射灯I与地下水波动水头模拟装置3的电动机，实验启动；
S06，记录实验开始后不同时间水位检测器、地下水盐分与温度检测装置4的数据，并记录泉水收集装置(6)中不同时间的质量mt、密度Pn与盐分浓度cn，其中泉水收集装置6的质量为mi;
S07,通过公式:ms=cn(mt- mi)/ Pn计算出不同时段的泉水盐分排泄量，分析泉口泉水盐分排泄量的规律。
[0010]所述大功率红外辐射灯用于模拟干旱区蒸发强烈的环境;所述隔热海绵材料用于防止热量流失;所述泉水收集装置用于计算在泉水作用下盐分排泄量;所述水位检测器、地下水盐分与温度检测装置用于实时监测水位、温度与盐分;所述地下水水头模拟装置用于控制水头的高度，通过升降架来调节水头发生器来控制泉口泉水的补给水头。
[0011 ]本发明的有益效果是:该装置可以模拟在蒸发作用下泉口处地下水转化为泉水过程中盐分运移的规律，实时监测实验装置内的盐分浓度、水位以及温度，模拟西北干旱区强烈蒸发的情形，计算出不同时段的泉水盐分排泄量，帮助深入了解、认识各个因素影响作用下泉水排泄处地下水盐分的运移规律。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步描述:
图1是本装置的示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步描述:
一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，包括泉口土层试样装载槽(2)，所述泉口土层试样装载槽(2)正上方设置红外辐射灯(I)，所述泉口土层试样装载槽(2)的槽底通过导流管连接地下水波动水头模拟装置(3)，所述泉口土层试样装载槽(2)的侧壁由上至下依次设置泉水收集槽(6)、水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4);所述地下水波动水头模拟装置(3)包括升降架(7)、水头发生器(8)、蓄水池(9)和蠕动栗(10)，所述水头发生器
(8)安置在所述升降架(7)上;所述水头发生器(8)、所述蓄水池(9)与所述蠕动栗(10)通过导流管两两连接。
[0014]进一步的，所述泉口土层试样装载槽(2)材料为有机玻璃。
[0015]进一步的，其特征在于，所述泉口土层试样装载槽(2)侧壁包裹有用于防止热量流失的隔热海绵材料(5)。
[0016]进一步的，其特征在于，地下水波动水头模拟装置(3)包括电动机。
[0017]进一步的，所述泉口土层试样装载槽(2)的侧壁内不同深度均设置有水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)。
[0018]—种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置的使用方法，包括以下步骤:
SOl，依次安装与连接红外辐射灯(I)、泉口土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3);
S02，关闭泉口土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3)之间的导流管;铺设泉口附近含水层:在泉口土层试样装载槽(2)底部铺设20?30cm厚的由人造石英砂所铺设的滤层，并在泉口土层试样装载槽(2)中加入除去气体的去离子水20cm，然后铺设15cm厚的土层;静置10分钟后，为避免开始试验后出现沉降的问题，重复以上步骤铺设土层，并在泉水含水层顶部中间塑造一个5cm深的凹槽，用以模拟泉水露头处地表凹陷的实际情况;其中土样为野外泉水同一地点所取不同埋深的土样；
S03，安装好地下水波动水头模拟装置(3)，并且预设初始水头高度出，打开泉口土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3)之间的导流管静置一天，使得土样沉降稳定，地下水波动水头模拟装置(3)中水的盐分浓度为875mg/L，与位于我国西北疏勒河流域某泉口附近埋深1.5m处地下水中盐分浓度相同；
S04，启动水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)记录初始泉口土层试样装载槽(2 )中的水位与不同深度的盐分浓度与温度；
S05，启动红外辐射灯(I)与地下水波动水头模拟装置(3 )的电动机，实验启动；
S06，记录实验开始后不同时间水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)的数据，并记录泉水收集装置(6)中不同时间的质量Hh、密度Pn与盐分浓度Cn，其中泉水收集装置(6)的质量为mi;
S07,通过公式:ms=cn(mt- mi)/ Pn计算出不同时段的泉水盐分排泄量，分析泉口泉水盐分排泄量的规律。
[0019]所述大功率红外辐射灯(I)用于模拟干旱区蒸发强烈的环境;所述隔热海绵材料
(5)用于防止热量流失;所述泉水收集装置(6)用于计算在泉水作用下盐分排泄量;所述水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)用于实时监测水位、温度与盐分;所述地下水水头模拟装置(3)用于控制水头的高度，通过升降架(7)来调节水头发生器(8)来控制泉口泉水的补给水头。
[0020]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，其特征在于，包括泉口 土层试样装载槽(2)，所述泉口土层试样装载槽(2)正上方设置红外辐射灯(1)，所述泉口土层试样装载槽(2)的槽底通过导流管连接地下水波动水头模拟装置(3)，所述泉口土层试样装载槽(2)的侧壁由上至下依次设置泉水收集槽(6)、水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4);所述地下水波动水头模拟装置(3)包括升降架(7)、水头发生器(8)、蓄水池(9)和蠕动栗(10)，所述水头发生器(8)安置在所述升降架(7)上;所述水头发生器(8)、所述蓄水池(9)与所述蠕动栗(10)通过导流管两两连接。2.根据权利要求1所述的一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，其特征在于，所述泉口土层试样装载槽(2)材料为有机玻璃。3.根据权利要求1所述的一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，其特征在于，所述泉口土层试样装载槽(2)侧壁包裹有助于防止热量流失的隔热海绵材料(5)。4.根据权利要求1所述的一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，其特征在于，地下水波动水头模拟装置(3)包括电动机。5.根据权利要求1所述的一种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置，其特征在于，所述泉口土层试样装载槽(2)的侧壁内不同深度均设置有水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)。6.—种模拟在蒸发作用下泉口盐分排泄的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: SOl，依次安装与连接红外辐射灯(I)、泉口土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3)，红外辐射灯(I)功率为275W，安装在距离泉口土层试样装载槽(2)正上方垂直距离20cm高度处，用于模拟日照效果，泉口 土层试样装载槽(2)高150cm，内径20cm，壁厚1.0cm； S02，关闭泉口土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3)之间的导流管;铺设泉口附近含水层:在泉口土层试样装载槽(2)底部铺设20?30cm厚的由人造石英砂所铺设的滤层，并在泉口土层试样装载槽(2)中加入除去气体的去离子水20cm，然后铺设15cm厚的土层;静置10分钟后，为避免开始试验后出现沉降的问题，重复以上步骤铺设土层，并在泉水含水层顶部中间塑造一个5cm深的凹槽，用以模拟泉水露头处地表凹陷的实际情况;其中土样为野外泉水同一地点所取不同埋深的土样； S03，安装好地下水波动水头模拟装置(3)，并且预设初始水头高度出，打开泉口 土层试样装载槽(2)和地下水波动水头模拟装置(3)之间的导流管静置一天，使得土样沉降稳定，地下水波动水头模拟装置(3)中水的盐分浓度为875mg/L，与位于我国西北疏勒河流域某泉口附近埋深1.5m处地下水中盐分浓度相同； S04，启动水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)记录初始泉口土层试样装载槽(2 )中的水位与不同深度的盐分浓度与温度； S05，启动红外辐射灯(I)与地下水波动水头模拟装置(3 )的电动机，实验启动； S06，记录实验开始后不同时间水位检测器、地下水盐分与温度检测装置(4)的数据，并记录泉水收集装置(6)中不同时间的质量Hh、密度Pn与盐分浓度Cn，其中泉水收集装置(6)的质量为mi; S07,通过公式:ms=cn(mt- mi)/ Pn计算出不同时段的泉水盐分排泄量，分析泉口泉水盐分排泄量的规律。
【文档编号】G01N33/24GK105866385SQ201610389983
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】郭巧娜, 周志芳, 张宇霆
【申请人】河海大学