[发明专利]大型包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置

说明书

技术领域

本发明提供了一种大型包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置，主要用于模拟不同补排条件下的土壤水流与溶质运移过程，属于水文地质研究领域。

背景技术

我国的可耕地面积不断减少，近年来由于不良灌溉和淡水缺乏，更是使土壤发生严重的次生盐碱化，威胁着农业的可持续发展，更是威胁着我国21世纪14亿人口的粮食需求。当前农业生产上的重要问题——洗盐和防止盐分积累、调控土壤水盐以适应作物的要求、土壤养分的保持等则是这一问题的核心之一。要理解这一核心问题，不同补排条件的土壤水流与溶质运移的研究就显得尤为重要。它既是研究土壤盐渍化发生和改良的理论基础，又是干旱、半干旱地区农业和生态环境、地质环境保护及国土整治的主要理论依据之一。作为此类问题的重要研究方法，室内物理模拟仪具有很多优点，做为物理模拟的主要工具，地下水模拟装置影响着物理模拟研究领域的发展，近年来，国内外涌现了一大批这类的装置。

例如，由前人研制的室内一维土柱，它可以模拟包气带土壤非饱和渗流，能模拟一维水动力弥散，但是该仪器只能模拟一维流动；又如由前人研制的地下水污染模拟槽，该装置可以模拟多个含水层的溶质运移过程，也可以模拟二维土壤水流，但是其尺寸太小，不能完全模拟野外实际情况，不能进行多种参数的同时在线监测。

从前人的研究中反映出目前的包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置存在如下几个缺陷：1、尺度小，其边壁对土壤水流与溶质运移过程影响大，使得试验缺乏代表性，也很难满足模型的边界条件；2、渗流场太小，不能模拟复杂的包气带水文地质条件，不能较准确的反映野外真实地质条件；3、不能做到多种参数的同时测定和在线监测；4、不能对非饱和带渗流和溶质运移同时进行模拟研究。

近年来，各个领域都尝试运用物理模拟方法分析解决实际问题，而包气带土壤非饱和渗流是研究和解决包气带水文地质环境地质问题的核心理论基础，构建更接近野外真实水文地质条件的大尺度复杂物理模型是包气带水文地质学物理模拟发展的趋势。

发明内容

本发明提供了一种大型包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置，不仅解决了上述现有技术中的不足，而且其测定方便，误差小。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种大型包气带土壤非饱和渗流物理模拟装置，至少包括试验土槽、补排系统和测量系统，试验土槽内部盛装有试验土壤，所述的补排系统包括侧向补排单元、底部补排单元以及顶部补排单元，侧向补排单元由分别安装于试验土槽两侧壁上的补水装置和排水装置组成，其中补水装置和排水装置均包括水槽、滤网和水箱，滤网位于试验土槽内且与试验土壤接触，水槽位于滤网和试验土槽的内壁之间，水箱安装于试验土槽的外壁上且其高度能够进行调节，水箱通过水管与水槽连通；底部补排单元包括通水管和连接管，通水管的两端分别设有进水开关和出水开关，连接管至少设有一根，连接管的一端与通水管连通，连接管的另一端与试验土槽的底部连通；顶部补排单元包括降雨装置、蒸发装置以及积水入渗装置，降雨装置包括降雨水箱和覆盖于试验土槽上方的降雨器，降雨水箱通过水管与降雨器连通；蒸发装置包括位于试验土槽上方的灯座、导线以及安装于灯座上的红外灯；测量系统包括土壤溶质测量单元、土壤水分测量单元、土壤水势测量单元和地下水位测量单元。

试验土槽呈长方体状，由铁板焊接而成。

补水装置和排水装置上的水箱均通过升降架安装于试验土槽的侧壁上，所述的升降架固定于试验土槽的侧壁上。

底部补排单元中的连接管设有两根，底部补排单元上还设有平衡层，平衡层位于试验土槽的底部，平衡层的上方设有滤网，平衡层通过滤网与试验土壤接触，所述的平衡层由沙石组成，且沙石的粒径由上至下逐渐增大。

降雨器由有机玻璃制成，降雨器的底板上均匀的设有出水针头；降雨装置中还包括有升降杆，降雨水箱安装于升降杆上。

积水入渗装置包括升降杆、入渗水箱、流量计、入渗开关以及量筒，入渗水箱安装于升降杆上，入渗水箱通过水管与试验土槽上的渗水入口连通，水管上设有流量计和入渗开关，量筒位于试验土槽上的渗水出口的下方，所述的渗水入口和渗水出口均位于试验土壤的上表面的上方。