一种浅层地下咸水低温蒸发实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种浅层地下水低温蒸发实验装置，尤其是针对盐碱地区浅层地下咸水的低温蒸发实验装置。
【背景技术】
[0002]我国是一个干旱缺水严重的国家，可利用的水资源有限，按照国际标准，我国目前有16个省区重度缺水，6个省区极度缺水，其中京津冀人均水资源仅为286m3，远低于国际公认的人均500m3的极度缺水标准。水分是植物生长的必要条件，充足的水分可以保证植物的正常生长不受影响。植物主要通过根系吸收土壤中的水分，以维持自身的生理功能。
[0003]由于水资源的短缺，目前对于非常规水资源的开发力度逐渐加大，诸如地下咸水、海水、雨水等非常规水资源都成为了缓解缺水问题的主要选择。在滨海地区，仍然有大量的地下咸水没有得到利用，而地下水矿化度过高也是造成该地区次生盐碱化的重要原因。以天津市为例，天津市约80%的平原地区都有地下咸水区，其中矿化度在l-5g/L的地下水共有2.28亿m3，其储量大、一般埋深较浅，因而具有较大的开发利用价值。
[0004]目前农业上采用电热、太阳能加热等技术加热土壤，这一类型的加热方式主要在于提高表层土壤的温度，主要用于育苗、除虫、反季节种植，并不涉及浅层地下水的淡化利用。公开号为CN204168836U的实用新型专利公开了一种用于果树种植棚的土壤加热装置，包括了包含有与地面接触并且用于支撑作用的平板、与平板转动式联接的钻头、设置在钻头上的通液管、设置在通液管与加热源体之间的连接嘴，钻头转动在土壤中钻出成孔并且把通液管植入到土壤中，加热源体的热能通过通液管释放，以此来达到加热土壤的目的。该装置利用外部热源加热表层土壤用于农业种植，并不涉及地下咸水的利用。
【实用新型内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种浅层地下咸水低温蒸发实验装置，克服现有技术中地下咸水没有得到利用的问题。
[0006]本实用新型的技术方案是:一种浅层地下咸水低温蒸发实验装置，包括装置本体，所述装置本体包括箱体，箱体两侧设有地下水位调节槽，箱体两侧靠近底部位置开有水位调节孔与地下水位调节槽相通，箱体内水位调节孔区域高度内填充有细沙层，细沙层以上是土壤层，在细沙层上方的土壤层埋设有加热线，加热线附近设置有温度探测器，加热线与温度探测器分别通过电线与温控开关相连接，加热线上方埋设有数据采集探针，数据采集探针与数据收集器相连。
[0007]所述水位调节孔由直径5mm的小孔组成，水位调节孔距底面总高度为5cm。
[0008]所述加热线采用U型铺设方式埋设，在U型的拐角处加设有固定元件，所述温度探测器设置于加热线U型区域内。
[0009]所述温控开关具有数显功能。
[0010]所述数据采集探针为三个，分别安放在距离加热线垂直高度20Cm，40Cm，60Cm处。
[0011]所述加热线由碳纤维材料制造而成，碳纤维材料外部覆盖有绝缘保护层、PVC保护套。
[0012]本实用新型的有益效果为:本实用新型装置通过室内模拟盐碱土地下咸水在低温蒸发条件下水盐运移，其低温蒸发方式是温度探测器探测加热线温度，反馈到温度控制器，温度控制器闭合或断开来控制加热线工作，从而达到将加热温度控制在一定范围内，达到低温蒸发的目的。由于直接在地下水与土壤界面间进行低温蒸发，热量直接作用于蒸发区域，减少了能量传递消耗，直接提高了界面温度，有更好的蒸发效果。因加热线工作温度较低，发热功率也较低，每天运行所需电量也就较少，整套装置每天总耗电量不到I度电，总体运行成本较低。根据数据采集探针得到的监测数据，在装置运行期间，土壤水势(表征土壤含水量)增加幅度明显。本实用新型装置模拟了滨海盐碱地区浅层地下咸水以低温蒸发的方式进行淡化，淡化后的水蒸气向土壤上层运动凝结，进一步为土壤表层植物利用，在实验室阶段证实其可行性，为滨海盐碱地区的生态需水提供新的途径。
【附图说明】
[0013]图1是浅层地下咸水低温蒸发实验装置结构示意图；
[0014]图2是箱体和地下水位调节槽立体图；
[0015]图3是图1纵剖面图；
[0016]其中:I地下水位调节槽、2加热线、3数据采集探针、4土壤、5数据收集器、6普通电线、7外接电源、8温控开关、9温度探测器、10水位调节孔、11箱体。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做详细说明。
[0018]本实用新型的装置本体采用0.5cm厚的有机玻璃搭建，尺寸为:长X宽X高=0.7X0.5X0.Sm。箱体两侧靠近底部位置开有水位调节孔与地下水位调节槽相通，水位调节孔总体高度为5cm，由直径5mm的小孔组成。本装置通过地下水位调节槽与水位调节孔实现对地下水位的模拟。装置在室内现场组装，加热设备、数据采集探针跟随土壤装填逐层进行安放。
[0019]为了准确模拟滨海地区浅层地下咸水运移规律，本装置内部所填细沙、土壤取自滨海新区中新生态城区域内；取土后对土壤进行烘干，研碎，筛分;在土箱底部首先装填细沙，装填高度为5cm，与水位调节孔总高度一致。
[0020]将加热线埋设在细沙层上方，加热线由碳纤维材料制造而成，碳纤维材料外部覆盖有绝缘保护层、PVC保护套，具有耐酸碱、防水的特性;根据土箱规格，本装置所需加热线总长度为2.1m，加热线在土箱内呈U型铺设。加热线与温控开关之间用普通电线连接。在加热线的U型区域中放置温度探测器，探测加热线的温度。
[0021]完成细沙和加热线的埋设之后，向土箱内装填筛分完毕的土壤，在填充过程中一边填土一边夯实。在土壤装填过程中，将数据采集探针安放在距离加热线垂直高度20cm，40cm，60cm处。装填完毕后，往两侧地下水位调节槽加入6g/L的氯化钠溶液，在实验过程中保持两侧地下水位为5cm，即与调节孔高度一致。
[0022]完成上述步骤后，将温控开关连至外接220V电源，设定温控开关上限温度(此例中设为60°C)，开启加热开关，加热线开始工作，温控开关具有数显功能，可以实时显示温度探测器探测到的温度；当探测到的温度达到预设温度(60°C)时，温控开关中的加热开关断开，加热线停止工作。根据温控开关显示的温度，此时温度探测器探测到的土壤温度仍然会有升高。在加热线停止工作一段时间后，温度探测器探测到的温度低于预设下限温度(本例中的下限温度设为57°C)，加热开关闭合，加热线重新开始工作。在装置运行期间，反复操作上述步骤，加热线的温度则被控制在设定温度(57-60°C)范围内。本例中加热线每天工作时间为8h，达到运行时间就手动将加热开关关闭，即加热线停止工作。
[0023]本例中的数据采集探针每隔1min读取一次数据，得到的数据会存储在数据收集器中，存储在数据收集器中的数据可以通过连接计算机的方式读取，用于实验分析。
[0024]土壤中埋设的加热线、温控开关、温度探测器均由河北廊坊暖贝尔电热科技有限公司生产。
[0025]尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种浅层地下咸水低温蒸发实验装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括箱体，箱体两侧设有地下水位调节槽，箱体两侧靠近底部位置开有水位调节孔与地下水位调节槽相通，箱体内水位调节孔区域高度内填充有细沙层，细沙层以上是土壤层，在细沙层上方的土壤层埋设有加热线，加热线附近设置有温度探测器，加热线与温度探测器分别通过电线与温控开关相连接，加热线上方埋设有数据采集探针，数据采集探针与数据收集器相连。2.根据权利要求1所述浅层地下咸水低温蒸发实验装置，其特征在于，所述水位调节孔由直径5mm的小孔组成，水位调节孔距底面总高度为5cm。3.根据权利要求1所述浅层地下咸水低温蒸发实验装置，其特征在于，所述加热线采用U型铺设方式埋设，在U型的拐角处加设有固定元件，所述温度探测器设置于加热线U型区域内。4.根据权利要求1所述浅层地下咸水低温蒸发实验装置，其特征在于，所述温控开关具有数显功能。5.根据权利要求1所述浅层地下咸水低温蒸发实验装置，其特征在于，所述数据采集探针为三个，分别安放在距离加热线垂直高度20cm，40cm，60cm处。6.根据权利要求1所述浅层地下咸水低温蒸发实验装置，其特征在于，所述加热线由碳纤维材料制造而成，碳纤维材料外部覆盖有绝缘保护层、PVC保护套。
【专利摘要】本实用新型公开了一种浅层地下咸水低温蒸发实验装置，包括装置本体，所述装置本体包括箱体，箱体两侧设有地下水位调节槽，箱体两侧靠近底部位置开有水位调节孔与地下水位调节槽相通，箱体内水位调节孔区域高度内填充有细沙层，细沙层以上是土壤层，在细沙层上方的土壤层埋设有加热线，加热线附近设置有温度探测器，加热线与温度探测器分别通过电线与温控开关相连接，加热线上方埋设有数据采集探针，数据采集探针与数据收集器相连。本实用新型装置模拟了滨海盐碱地区浅层地下咸水以低温蒸发的方式进行淡化，淡化后的水蒸气向土壤上层运动凝结，进一步为土壤表层植物利用，在实验室阶段证实其可行性，为滨海盐碱地区的生态需水提供新的途径。
【IPC分类】B09C1/00, A01B77/00
【公开号】CN205232719
【申请号】CN201521040094
【发明人】赵林, 陈艺中, 崔元彰
【申请人】天津大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月11日