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CN111157697A - 一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法 - Google Patents

一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法 Download PDF

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CN111157697A CN201811316758.0A CN201811316758A CN111157697A CN 111157697 A CN111157697 A CN 111157697A CN 201811316758 A CN201811316758 A CN 201811316758A CN 111157697 A CN111157697 A CN 111157697A
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salinity
soil
high salinity
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杨丽虎
刘恩民
盛平
宋献方
乔云峰
姚东绪
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Shanghai Songjiang Agricultural And Water Conservancy Test Station
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
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Shanghai Songjiang Agricultural And Water Conservancy Test Station
Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法，该装置包括：土柱容器，用于盛放含高盐分的土壤；降雨喷头，设置在所述土柱容器的上方；水箱，通过进水管与所述降雨喷头相连；电磁流量计，设置在所述进水管上；水泵，设置在所述进水管上；出水管，设置在所述土柱容器的底部，且与所述土柱容器的内部相连通；高盐分传感器，安装在所述出水管上；低盐分传感器，安装在所述出水管上；称重器，与所述出水管的出口端相连，包括集水容器以及位于所述集水容器下方的电子秤。本发明提供了一种高盐分土壤淋滤实验方法装置，可以方便准确地测量高盐分土壤淋滤出流的盐分。

Description

一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法
技术领域
本发明涉及水文水资源工程、土壤学、农田水利实验的高盐分土壤淋滤领域，尤其涉及一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法。
背景技术
国内在研究高盐分土壤的淋滤过程中，通常采用马氏瓶和人工取样，这样在供水的过程能均匀形成雨滴，在出流测量的过程中人工取样测量费时费力，因此如何更方便地完成出流测量并保证准确性是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明提供一种高盐分土壤淋滤装置，包括：
土柱容器，用于盛放含高盐分的土壤；
降雨喷头，设置在所述土柱容器的上方；
水箱，通过进水管与所述降雨喷头相连；
电磁流量计，设置在所述进水管上；
水泵，设置在所述进水管上；
出水管，设置在所述土柱容器的底部，且与所述土柱容器的内部相连通；
高盐分传感器，安装在所述出水管上；
低盐分传感器，安装在所述出水管上；
称重器，与所述出水管的出口端相连，包括集水容器以及位于所述集水容器下方的电子秤。
可选地，所述土柱容器采用有机玻璃或者不锈钢材质制成。
可选地，包括：
泄流阀，与所述进水管相连；
回流管，与所述泄流阀和水箱相连。
可选地，所述降雨喷头包括：
中央导水板，其上设有用于连接进水管的水管接头；
分水柱体，其顶部与所述中央导水板相连，底部设有分水板，所述分水板上设有多个通孔；
喷水柱体，其顶部与所述分水柱体相连，底部设有喷水板，所述喷水板上设有多个降雨喷头导管；
喷头，安装在所述降雨喷头导管上；
连接柱体，为中空柱体，一端与所述喷水柱体相连，另一端与所述土柱容器的顶端相连。
可选地，所述喷头具有不同的型号。
可选地，所述出水管为U型管。
可选地，所述土柱容器的底部设有反滤层，所述反滤层装填三种粒径的石粒，从下至上粒径分别为8-12mm，6-8mmm和2-4mm，每层厚度为8-10cm。
可选地，所述高盐分传感器的测量范围为0-50000uS/cm，所述低盐分传感器的测量范围为0-2000uS/cm。
可选地，所述高盐分土壤淋滤装置包括控制器，与所述高盐分传感器、低盐分传感器及电子秤相连。
本发明提供一种采用本发明提供的高盐分土壤淋滤装置进行的淋滤实验方法，包括步骤：
使电磁流量计记录进水管中的流量为预设流量；
读取高盐分传感器和低盐分传感器测量的水流盐分；
判断所述水流盐分是否大于2000uS/cm；
若是，则将从所述高盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分；若否，则将从所述低盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分。
本发明提供了一种高盐分土壤淋滤实验方法装置及淋滤实验方法，可以方便准确地测量高盐分土壤淋滤出流的盐分。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明实施例的高盐分土壤淋滤装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的土柱容器的结构示意图。
图3为本发明实施例的两个土柱容器连接在一起的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种高盐分土壤淋滤装置，包括：土柱容器25、降雨喷头、出水管29、高盐分传感器27、低盐分传感器28、称重器。其中：
土柱容器25用于盛放含高盐分的土壤；土柱容器25可以采用有机玻璃或者不锈钢材质制成，其横截面可以为圆形或方形。土柱容器25直径例如为15cm-50cm。为了防止土柱容器中装填的含盐土壤经过出水管29流出容器，在土柱容器的底部设有反滤层26，阻止土壤出土柱容器。所述反滤层26装填三种粒径的石粒，从下至上粒径分别为8-12mm，6-8mmm和2-4mm，每层厚度为8-10cm。
降雨喷头，设置在土柱容器的上方；用于将水从土柱容器的上方喷淋下来。本实施例中，降雨喷头从上至下包括中央导水板21、分水柱体22、喷水柱体23、连接柱体24。其中：
中央导水板21上设有用于连接进水管的水管接头；
分水柱体22的顶部与所述中央导水板相连，底部设有分水板，所述分水板上设有多个通孔；通孔的孔径约为5-10mm，其作用为当水通过导水接头进入降雨器时，减缓水的冲击力，并是水均匀分布到整个降雨器内部，水通过分水板的孔径，进入到喷水柱体23中。
喷水柱体23的顶部与所述分水柱体相连，底部设有喷水板，所述喷水板上设有多个降雨喷头导管；降雨喷头导管的例如外径为5mm，内径为4mm。
喷头24安装在所述降雨喷头导管上；根据降雨量的大小可以替换不同内径的喷头，喷头根据内径大小分为5个型号：1号(3mm)，2号(2.5mm)，3号(2mm)，4号(1.5mm)，5号(1.0mm)。喷头可以更换，根据不同的型号降雨喷头，使降雨的范围增大，雨滴也大，降雨可以0-250mm/h
连接柱体24为中空柱体，一端与所述喷水柱体相连，另一端与所述土柱容器的顶端相连。连接柱体24与喷水柱体可以通过螺纹相连。
出水管29设置在土柱容器25的底部，且与土柱容器25的内部相连通；经过土柱容器内高盐分土壤的水经可以由出水管流出，高盐分传感器27安装在出水管上；高盐分传感器的测量范围为0-50000uS/cm。低盐分传感器28也安装在出水管上；低盐分传感器的测量范围为0-2000uS/cm。出水管是U型管，高盐分传感器和低盐分传感器设置在U型管靠近土柱容器的一端，或者位于U型管的最低处，U型管的作用是出流水经过下降的一端比较缓慢，使水淹没盐分传感器，这样在水流的过程中，可以实时测量出流水的盐分。
称重器与出水管的出口端相连，包括集水容器以31及位于集水容器下方的电子秤32，电子秤32的精度优选0.1g。
在本发明的一个实施例中，还可以包括控制器41，与高盐分传感器27、低盐分传感器28及电子秤41相连，用于进行控制和数据采集，采集频率可以根据需要设置，例如为1min。
在具体实施时，还包括：
水箱11，通过进水管16与降雨喷头相连；
水泵12，设置在进水管16上；通过水泵12将水箱11中的水抽取后经由进水管输送到降雨喷头中；
电磁流量计15，设置在进水管16上，用于计量流量；
泄流阀13，与进水管16相连，泄流阀13可以调整流量大小，达到所需流量；
回流管14，与泄流阀13和水箱11相连，回流管作用是进水管中多余的水量回到水箱中，精确供水流量。
上述水泵、泄流阀、电磁流量计都可以与控制器连接，控制器控制水泵的大小，根据电磁流量的数据，调整泄流阀，从而精确控制降雨所需的流量。
在使用时，土柱容器25里面填满含高盐分的土壤，水泵12开始按一定流量Q1供水进入到降雨喷头，水流到达降雨喷头内，形成降雨，降雨到达土柱内部土壤。
降雨经过土柱的土壤下渗，到达出水管，流出出水管后到集水装置31，在出水管流动的过程中，高盐分传感器27、低盐分传感器28每隔1分钟测量一次水流的盐分。如果水流盐分大于2000uS/cm,则取值高盐分传感器27的数值，如果水流盐分小于2000uS/cm,则取值低盐分传感器28的数值。水流到集水装置31，采用称重法测量出流水量。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，土柱容器25的侧壁上设有至少一个轴向开口，轴向开口的端面设有凸棱，土柱容器25包括与轴向开口对应的土柱挡板36，土柱挡板上设有与所凸棱相匹配的凹槽37。土柱挡板可以采用与土柱容器一样的材料制成，也可以采用弹性材料制成；当采用弹性材料制成时，可以在土柱挡板的表面设置防水薄膜。
如图3所示，上述土柱容器可以为多个，相邻的土柱容器之间通过土柱连接板32固定在一起，土柱连接板32上设有与凸棱相匹配的凹槽29。根据土柱容器上轴向开口的个数，可以采用多个多土柱容器拼连成不同的形状。相邻土柱容器上轴向开口的个数可以不同。
此时，降雨喷头可以为多个，其形状与土柱容器一致，在此不再赘述，或者降雨喷头为一个，其形状可以与组合在一起的多个土柱容器的形状相匹配。
本发明提供一种高盐分土壤的淋滤实验方法，采用本发明提供的高盐分土壤淋滤装置进行，包括步骤：
S1、使电磁流量计记录进水管中的流量为预设流量；
更具体地，可以根据降雨要求选择不同型号(1号-5号)的喷嘴，安装到喷头导管上。再根据公式计算预设流量F＝P*A/1000，其中：P为降雨雨强(mm/s)，A为土柱截面积(m2)；然后打开水泵，调整泄水阀，使电磁流量计记录进水管中的流量为预设流量，多余水量通过回流管回流到水箱内。
水通过水管接头进入到分水板上，分水板为多孔的圆板，水在分水板上形成厚约0.5-2cm后的体积，分水板的水均匀的通过下部的孔到达喷水板，这样在喷水板都可以布满水。喷水板的水通过不同型号的喷头形成不同雨强的降雨。降雨器形成的降雨到达土柱的土壤中，水经过土壤的缓慢入渗到达土柱下部的反滤层，首先经过反滤层的上层，由于上层的粒径为2-4mm，这样阻隔了全部的土壤随水进入中部反滤层，土壤中的水经过中部反滤层后会阻隔上部土壤颗粒进入底部反滤层，底部反滤层的作用是组织土壤、上部、中部的颗粒进入土柱出水口。经过3层过滤的土壤中水，到达出水管，流出出水管后到集水容器。
S2、读取高盐分传感器和低盐分传感器测量的水流盐分；
出水管是U型管，U型管的作用是出流水经过下降的一端比较缓慢，使水淹没盐分传感器，这样在水流的过程中，可以实时测量出流水的盐分。在出水管流动的过程中，可以每隔1分钟读取高盐分传感器、低盐分传感器测量到的水流盐分。
S3、判断所述水流盐分是否大于2000uS/cm；若是，则进入步骤S4；若否，则进入步骤S5；
S4、将从所述高盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分；
S5、将从所述低盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分。
在步骤S4或S5之后，还包括步骤：采用称重法测量出流水量Q2：
Q2＝Wt+1-Wt/(ρ*Δt)
其中，Wt是t时刻的质量，Wt+1-Wt是t+1时刻和t时刻的质量之差(单位为kg)；ρ是出流水的密度(kg/m3)，Δt是t到t+1的时间段(单位为小时)。称重法测得流量是出流量，因部分水留在土柱中，可以用进水量减去出水量从而到土柱中的水量，从而计算土柱中土壤的含水量。
此外，利用公式：St＝Qt*Et可以计算出流水的盐分量盐分传感器测的盐分,其中，St为t时刻的盐分(kg/s)，Qt为t时刻的流量(m3/s)；Et为t时刻的盐分(kg/m3)。
本发明提供一种高盐分土壤淋滤装置，通过降雨喷头模拟天然降雨的过程，在出流的盐分测量过程中，出流水的盐分通常是由高降低的过程，先出流的水电导率通常高于2000uS/cm，而后出的水通常电导率较低，本发明采用双传感器从而使出流的盐分测量更准确。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，包括：
土柱容器，用于盛放含高盐分的土壤；
降雨喷头，设置在所述土柱容器的上方；
水箱，通过进水管与所述降雨喷头相连；
电磁流量计，设置在所述进水管上；
水泵，设置在所述进水管上；
出水管，设置在所述土柱容器的底部，且与所述土柱容器的内部相连通；
高盐分传感器，安装在所述出水管上；
低盐分传感器，安装在所述出水管上；
称重器，与所述出水管的出口端相连，包括集水容器以及位于所述集水容器下方的电子秤。
2.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述土柱容器采用有机玻璃或者不锈钢材质制成。
3.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，包括：
泄流阀，与所述进水管相连；
回流管，与所述泄流阀和水箱相连。
4.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述降雨喷头包括：
中央导水板，其上设有用于连接进水管的水管接头；
分水柱体，其顶部与所述中央导水板相连，底部设有分水板，所述分水板上设有多个通孔；
喷水柱体，其顶部与所述分水柱体相连，底部设有喷水板，所述喷水板上设有多个降雨喷头导管；
喷头，安装在所述降雨喷头导管上；
连接柱体，为中空柱体，一端与所述喷水柱体相连，另一端与所述土柱容器的顶端相连。
5.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述喷头具有不同的型号。
6.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述出水管为U型管。
7.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述土柱容器的底部设有反滤层，所述反滤层装填三种粒径的石粒，从下至上粒径分别为8-12mm，6-8mmm和2-4mm，每层厚度为8-10cm。
8.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述高盐分传感器的测量范围为0-50000uS/cm，所述低盐分传感器的测量范围为0-2000uS/cm。
9.根据权利要求1所述高盐分土壤淋滤装置，其特征在于，所述高盐分土壤淋滤装置包括控制器，与所述高盐分传感器、低盐分传感器及电子秤相连。
10.一种采用如权利要求1至9任一所述高盐分土壤淋滤装置进行的淋滤实验方法，包括步骤：
使电磁流量计记录进水管中的流量为预设流量；
读取高盐分传感器和低盐分传感器测量的水流盐分；
判断所述水流盐分是否大于2000uS/cm；
若是，则将从所述高盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分；若否，则将从所述低盐分传感器读取到的水流盐分作为当前水流盐分。
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