基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法与流程

本发明涉及一种基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法。

背景技术：

冻土是低于0℃并含有冰的土壤和岩石，分布广泛，其中多年冻土约占全球陆地总面积的25％。我国是世界第三大冻土国，多年冻土面积为215×10⁴km²，占国土面积的22.4％，包括季节性冻土在内的冻土面积约占全国国土面积的70％。

土壤冻融作用和水热交换，贯穿于寒区的产流、入渗和蒸散发过程，是寒区水循环研究的核心环节。冻结和半冻结土壤和岩层中固态含水量的存在，改变了土壤液态水分—土壤水势关系(土壤水分特征曲线)，改变了土壤—岩石层的实际水力传导率，最终改变了液态水分的运移方向、运移长度、运移速率和运移量。过去一般认为冻土是相对隔水层，但是各国研究者在不同时期利用各种不同方法调查研究了冻土的存在对土壤中水力传导率和土壤渗透性的影响，发现冻土并非完全隔水层，液态水分能够在非饱和冻土层中迁移。

壤中流是在土壤中沿不同透水性土壤层界面流动的水流，是径流的重要组成部分，对流域径流调节、水源涵养、泥沙迁移、养分流失以及流域水文循环计算都具有非常重要的作用。土壤水分受降雨入渗、灌溉、蒸发、地下水补给等共同作用，变化复杂。

采用示踪剂可以较好地示踪水分在土壤中的运移路径，对壤中流的运移路径和运移速度进行示踪研究，同时该方法可以在不扰动土壤的前提下对水分的运移进行示踪，解析冻土土壤壤中流的水源类型。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法，通过模拟降水入渗补给与地下水毛管上升补给土壤水的过程，进一步推导出土壤水水分来源类型，其推算结果误差小，且便于操作。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法，包括：

1)从采样地点采集原状土样做成试验原状土柱；

2)取3种示踪剂分别加入水中，并制成溶液；

3)将第一种示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到所述土柱中，以模拟降水积水入渗补给土壤水，用第二种示踪剂溶液模拟地下水系统，通过毛管上升补给土壤水，直至所述土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置以处于近自然状态；

4)使所述土柱完全冻结，形成冻土；

5)加热所述土柱，模拟冻土融化过程；

6)将第三种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式入渗到所述土柱中，并在所述土柱不同高度及底部采集水样；

7)通过测定采集水样中示踪剂的含量与种类，解析土壤中水分的来源。

优选地，所述土柱作为一种近自然状态的土壤形态。

优选地，所用示踪剂不被土壤颗粒吸附。

本发明的有益效果为：本发明通过模拟降水入渗补给与地下水毛管上升补给土壤水的过程，解析出冻土土壤水水分来源类型。并且，本发明通过测量水样中示踪剂的含量推导出冻土土壤水的来源类型。

附图说明

在下文中将参照附图更完全地描述本发明的一些示例实施例；然而，本发明可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本发明的一些示例实施例，并用于解释本发明的原理和方面。

在图中，为了例示清楚，尺寸可能被夸大。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

图1为根据本发明的一种基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法的流程图。

图2为根据本发明的用于实现基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法的实验模拟装置结构示意图。

其中，1：降雨模拟装置；2：土柱模拟装置；2-1：试验原状土柱；2-2：有机玻璃圆柱体；2-3：土工布；2-4：砂砾石；2-5：包气带；3：地下水模拟装置；3-1：马氏瓶；3-2：导管；4：采集孔；6：制冷装置；7：加热装置；8：集水槽。

具体实施方式

在下面的详细描述中，本发明的某些示例性实施例简单地通过例示的方式被示出和描述。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。因此，图和描述将被视为在本质上是例示性的，而不是限制性的。

下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明的基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验方法。

如图1中所示，一种基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验方法，该方法包括以下步骤：

s1：从采样地点采集原状土样做成试验原状土柱；

s2：取3种示踪剂分别加入水中，并制成溶液；

s3：将第一种示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到所述土柱中，以模拟降水积水入渗补给土壤水，用第二种示踪剂溶液模拟地下水系统，通过毛管上升补给土壤水，直至所述土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置以处于近自然状态；

s4：使所述土柱完全冻结，形成冻土；

s5：加热所述土柱，模拟冻土融化过程；

s6：将第三种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式入渗到所述土柱中，并在所述土柱不同高度及底部采集水样；

s7：通过测定采集水样中示踪剂的含量与种类，解析土壤中水分的来源。

优选地，试验原状土柱来源于采样地点采集的原状土样，该试验原状土柱作为一种近自然状态的土壤形态。

优选地，试验所用示踪剂不被土壤颗粒吸附。

图2示出用于实现基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法的实验模拟装置结构示意图，该装置包括：

降雨模拟装置1，降雨模拟装置1将示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到试验原状土柱2-1中；

土柱模拟装置2，土柱模拟装置2包括有机玻璃圆柱体2-2以及有机玻璃圆柱体内的试验原状土柱2-1和砂砾石层2-4，试验原状土柱2-1与砂砾石2-4之间设置有土工布2-3，在试验原状土柱2-1的不同高度和底部布置有多个采集孔4，在有机玻璃圆柱体2的底部设置集水槽8；

地下水模拟装置3，地下水模拟装置3包括马氏瓶3-1和导管3-2，导管3-2一端连接到马氏瓶3-1且另一端连接到土柱模拟装置2的砂砾石层2-4，将示踪剂溶液通过毛管上升补给给试验原状土柱2-1；

制冷装置6，制冷装置6用于使试验原状土柱2-1完全冻结，形成冻土；以及

加热装置7，加热装置7用于加热试验原状土柱2-1，以模拟冻土融化过程。

本发明所采用的基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法，简单易于操作，通过模拟降水入渗补给与地下水毛管上升补给土壤水的过程，解析出冻土土壤水水分来源类型。并且，本发明通过测量水样中示踪剂的含量推导出冻土土壤水的来源类型。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于示踪技术的冻土壤中流水源类型检测方法，包括：1)从采样地点采集原状土样做成试验原状土柱；2)取3种示踪剂分别加入水中，并制成溶液；3)将第一种示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到土柱中，以模拟降水积水入渗补给土壤水，用第二种示踪剂溶液模拟地下水系统，通过毛管上升补给土壤水，直至土柱中的土壤水达到饱和状态，然后静置以处于近自然状态；4)用制冷装置使土柱完全冻结，形成冻土；5)用制热装置加热土柱，模拟冻土融化过程；6)将第三种示踪剂溶液同样以人工降雨的形式入渗到土柱中，并在土柱不同高度及底部采集水样；7)通过测定采集水样中示踪剂的含量与种类，解析土壤中水分的来源。

技术研发人员：翁白莎;史婉丽;董国强;秦天玲;严登华;王浩;叶茂
受保护的技术使用者：中国水利水电科学研究院
技术研发日：2017.07.19
技术公布日：2017.12.12