一种减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置的制作方法

本发明属于土壤稳定同位素示踪，尤其涉及一种减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置。

背景技术：

1、地下水-土壤水-植被-大气系统的水文过程是全球水文循环的重要组成部分，而土壤水则是该系统中水分交换最活跃的部分。同时，这个水文循环模式也是保障人类用水安全、促进农业生产、指导盐碱地治理和干旱半干旱地区的生态修复等工作的理论基础。

2、地下水-土壤水-植被系统中的水文循环因受地层和土壤结构、季节变化、温度差异等诸多因素的影响，具有极大的随机性和不确定性，并且受地域极大。氢氧稳定同位素被看作是水的“指纹”,为研究地下水-土壤水-植被-大气系统中水资源的时空分布以及水循环过程提供了新的观测手段。具有相同的质子数、中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素，天然存在于水分子中的氢稳定同位素有1h(氢)、d(氘)2种,氧稳定同位素有16o、17o、18o等3种，d(氘)、17o、18o三种同位素状态稳定，不会对自然环境产生放射性污染，自然界含量极低。人工释放高丰度的氢氧稳定同位素示踪剂，被d(氘)或17o或18o稳定同位素标记的水分子会在自然水势的变化下土壤水一起运移，通过定点投放氢氧稳定同位素示踪剂，取样检测周围水的氢氧稳定同位素丰度变化即可查明地下水或土壤水的运移规律。传统的氢氧同位素释放技术是将氢氧同位素直接注入钻孔中或把氢氧同位素注入多个气球中，把气球放入钻孔中，然后下入尖锐的物体把气球扎破，这两种做法或多或少都会在地面或者钻孔壁上残留氢氧同位素示踪剂，对周围实验环境形成“污染”，可能对实验结果产生重大影响或直接导致得出错误结论。此外，这两种方法会导致大部分的同位素示踪剂直接向钻孔底部渗漏，氢氧同位素示踪剂的垂直方向展布较大，而水平方向扩散较小，这与我们所期望的氢氧同位素示踪剂大面积水平展布有所差异。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，该装置简单有效，可准确快速零“污染”的将同位素示踪剂大面积的投放到目的土壤层中，也可以有效减少稳定同位素示踪剂的用量，降低试验成本。

2、所述定点投放装置包括储水囊、连接箱体、充气囊、控制系统和注射系统；

3、所述注射系统由注射器、平顶注射头和位于所述储水囊顶端的充水孔组成，所述注射器用于定量吸取同位素示踪剂，所述注射器与所述平顶注射头相连，所述平顶注射头能够进入所述充水孔将所述同位素示踪剂注入所述储水囊；

4、所述控制系统由遥控器、投药电机、穿刺电机和压力传感器组成，所述遥控器与所述投药电机相连指示所述投药电机将药品推送到所述充气囊中，所述药品与所述充气囊中的预留的物质发生反应产生气体使所述充气囊迅速膨胀，所述充气囊膨胀后与钻孔壁挤压在钻孔中形成一个密闭的阻水障碍，当所述充气囊中的气压达到预定数值，触发所述压力传感器，所述压力传感器向与其相连的所述穿刺电机发出指示刺破所述储水囊底部，所述同位素示踪剂从所述储水囊流入所述连接箱体中，所述连接箱体底部侧面设计有一周的导水孔，所述同位素示踪剂通过所述导水孔流出所述连接箱体并沿着膨胀的所述充气囊流入四周的土壤层中。

5、在以上技术方案中，所述定点投放装置还包括导水板，所述连接箱体底部与所述导水板连接；所述导水板上部为圆弧型导水板，用于所述同位素示踪剂的分流和导水，底部开正方形窗与所述投药电机和压力传感器相连，四周设计有水流传感器，报警器和信号发射器与所述水流传感器相连，当所述水流传感器感应到水流以后，所述报警器会发出警报声，所述信号发射器发出信号，所述遥控器上的报警灯闪烁。

6、在以上技术方案中，所述储水囊为一个密闭的橡胶气囊，其下部与所述连接箱体相连，其上部为稍硬质橡胶，具有一定强度，顶端设有的所述充水孔为内紧外松的橡胶管，自然状态下所述充水孔内孔可在自身弹力作用下收紧，起到密封作用，当所述储水囊中充满所述同位素示踪剂之后，在水压的作用下所述充水孔内孔会收的更紧，起到良好的阻水作用。

7、在以上技术方案中，所述储水囊顶端还设有悬挂鼻，所述悬挂鼻可系细线把所述定点投放装置放入钻孔中。

8、在以上技术方案中，所述连接箱体为普通聚乙烯塑料材质圆筒，上部开圆形窗，其上与所述储水囊底部相连，在连接所述储水囊和连接箱体时所述储水囊下部与所述连接箱体的开圆形窗重合的部分预应力张紧，以保证所述穿刺电机能将其扎破，底部侧面设计有一周的所述导水孔，所述同位素示踪剂由此扩散到所述连接箱体外部，所述连接箱体的圆筒下部为中空，四周设计有四个卡扣，用于与所述导水板连接。

9、在以上技术方案中，所述充气囊由支撑圆环和储气囊组成，所述支撑圆环和所述储气囊紧密相连。

10、在以上技术方案中，所述投药电机推出臂中设有金属钠，所述储气囊中预留一部分的水，所述投药电机把推出臂中的金属钠推送到所述充气囊中，所述金属钠与所述充气囊中预留的水发生反应产生大量氢气使充气囊迅速膨胀，未使用时所述投药电机推出臂口保持密封状态。

11、在以上技术方案中，所述穿刺电机推出臂为尖锐的长针，用于刺穿所述储水囊底部应力张紧部分。

12、本发明的有益效果在于：

13、1.同位素示踪剂在释放之前全过程处于密闭状态，不会对地面和钻孔内壁造成“污染”，最大限度减小试验误差。

14、2.减少同位素示踪剂向下渗漏，使同位素示踪剂在目标土壤层形成大范围的水平标记层，同时也可以减少同位素示踪剂的用量，降低试验成本。

15、3.能将不同量的同位素示踪剂在准确释放在钻孔的同一位置，减小试验误差。

16、4.在同位素示踪剂释放之后会给地面发出反馈，有利于试验操作人员了解钻孔中的情况，减小试验操作人员的操作难度。

技术特征：

1.一种减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述定点投放装置包括储水囊(1)、连接箱体(2)、充气囊(4)、控制系统(5)和注射系统(6)；

2.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述定点投放装置还包括导水板(3)，所述连接箱体(2)底部与所述导水板(3)连接；所述导水板(3)上部为圆弧型导水板(301)，用于所述同位素示踪剂的分流和导水，底部开正方形窗与所述投药电机(502)和压力传感器(504)相连，四周设计有水流传感器(302)，报警器(303)和信号发射器(304)与所述水流传感器(302)相连，当所述水流传感器(302)感应到水流以后，所述报警器(303)会发出警报声，所述信号发射器(304)发出信号，所述遥控器(501)上的报警灯闪烁。

3.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述储水囊(1)为密闭的橡胶气囊，其下部与所述连接箱体(2)相连，其上部为稍硬质橡胶，顶端设有的所述充水孔(101)为内紧外松的橡胶管，自然状态下所述充水孔(101)内孔可在自身弹力作用下收紧，起到密封作用，当所述储水囊(1)中充满所述同位素示踪剂之后，在水压的作用下所述充水孔(101)内孔会收的更紧，起到良好的阻水作用。

4.根据权利要求3所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述储水囊(1)顶端还设有悬挂鼻(102)，所述悬挂鼻(102)可系细线把所述定点投放装置放入钻孔中。

5.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述连接箱体(2)为普通聚乙烯塑料材质圆筒，上部开圆形窗(201)，其上与所述储水囊(1)底部相连，在连接所述储水囊(1)和连接箱体(2)时所述储水囊(1)下部与所述连接箱体(2)的开圆形窗(201)重合的部分预应力张紧，以保证所述穿刺电机(503)能将其扎破，底部侧面设计有一周的所述导水孔(202)，所述同位素示踪剂由此扩散到所述连接箱体(2)外部，所述连接箱体(2)的圆筒下部为中空，四周设计有四个卡扣，用于与所述导水板(3)连接。

6.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述充气囊(4)由支撑圆环(401)和储气囊(402)组成，所述支撑圆环(401)和所述储气囊(402)紧密相连。

7.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述投药电机(502)推出臂中设有金属钠，所述储气囊(402)中预留一部分的水，所述投药电机(502)把推出臂中的金属钠推送到所述充气囊(4)中，所述金属钠与所述充气囊(4)中预留的水发生反应产生大量氢气使充气囊(4)迅速膨胀，未使用时所述投药电机(502)推出臂口保持密封状态。

8.根据权利要求1所述的减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，其特征在于：所述穿刺电机(503)推出臂为尖锐的长针，用于刺穿所述储水囊(1)底部应力张紧部分。

技术总结
本发明属于土壤稳定同位素示踪技术领域，提供了一种减少底漏的土壤稳定同位素定点投放装置，包括储水囊、连接箱体、充气囊、控制系统和注射系统；注射系统由注射器、平顶注射头和位于储水囊顶端的充水孔组成，控制系统由遥控器、投放电机、穿刺电机和压力传感器组成，遥控器与投药电机相连指示投药电机工作，当充气囊中的气压达到预定数值，触发压力传感器，压力传感器向穿刺电机发出指示刺破储水囊底部，同位素示踪剂流入连接箱体，同位素示踪剂通过导水孔流出连接箱体沿膨胀的充气囊流入土壤层中。本发明装置简单有效，可准确快速零“污染”的将同位素示踪剂大面积的投放到目的土壤层中，也可以有效减少稳定同位素示踪剂的用量，降低试验成本。

技术研发人员：杨英明,王玺凯,赫云兰,张凯铭,李可新
受保护的技术使用者：北京低碳清洁能源研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12