[实用新型]一种基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验装置。

背景技术

壤中流是在土壤中沿不同透水性土壤层界面流动的水流，它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，同时可以在不扰动土壤的前提下对水分的运移进行示踪。

入渗是在降雨或灌溉条件下，水分通过土壤表面垂直或水平进入土壤的过程。地下水补给是地下水在土层下部沿土壤毛细管进入土壤的过程。

雨前土壤含水量对壤中流的影响一方面表现在对水分入渗速率的影响上，有研究表明，水分的入渗速率与土壤含水量成反比，同时雨前土壤含水量越大则坡地壤中流产流开始的时间明显提前。而雨前土壤含水量对壤中流另一方面的影响表现在对于壤中流的补给上，对于相同的降雨而言，雨前土壤含水量越大则壤中流产流量越大，相对较高的雨前土壤含水量是壤中流产生的重要条件之一。

对壤中流的产流来源进行研究时发现，来源可分为新水和旧水，新水即一次降雨径流事件中补充的水分，而旧水则为降雨前储存在土壤中或者地表的水分。新水和旧水对于径流的补充方式各有不同，例如降雨落到地表后，径流接收到降雨补充的水分开始形成，而当雨水入渗到土壤中以后，降雨前储存在土壤中的水分(即旧水)会被驱替出来，融入到本次降雨径流过程中所产生的壤中流中，形成壤中流，进而产生新旧水混合的结果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验装置，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及雨前土壤水被完全驱替出突然所需时间，其推算结果误差小，且便于操作。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于示踪技术的壤中流水龄解析的试验装置，包括：

降雨模拟装置，所述降雨模拟装置将示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到试验原状土柱中；

土柱模拟装置，所述土柱模拟装置包括有机玻璃圆柱体以及所述有机玻璃圆柱体内的试验原状土柱和砂砾石层，所述试验原状土柱与所述砂砾石层之间设置有土工布，在所述试验原状土柱的不同高度和底部布置有多个采集孔，在所述有机玻璃圆柱体的底部设置集水槽；以及

地下水模拟装置，所述地下水模拟装置包括马氏瓶和导管，所述导管一端连接到所述马氏瓶且另一端连接到所述土柱模拟装置的所述砂砾石层，将示踪剂溶液通过毛管上升补给给所述试验原状土柱。

优选地，所述试验原状土柱来源于采样地点采集的原状土样，所述试验原状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。

进一步，所述降雨模拟装置将第一种示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到试验原状土柱中，以模拟降水积水入渗补给土壤水，所述地下水模拟装置将第二种示踪剂溶液通过毛管上升补给土壤水，直至所述试验原状土柱中的土壤水达到饱和状态，所述降雨模拟装置将第三种示踪剂溶液以人工降雨的形式入渗到试验原状土柱中，并在所述试验原状土柱的不同高度及底部的多个采集孔收集水样，直至水样中不再含有第一种示踪剂和第二种示踪剂，记录第三种示踪剂溶液所用的体积，根据土壤样品采集点的年均降水量，计算此种土壤壤中流的水龄。

进一步，计算采样地点雨前土壤水被降水从土壤中完全驱替的时间(t)，即水龄，的公式为：

其中，t为采样地点雨前土壤水被降水从土壤中完全驱替的时间(天)，V_总为第三种示踪剂溶液完全把第一种示踪剂溶液和第二种示踪剂溶液从土壤中驱替时所用量 (L)，S为所述试验原状土柱的上底面积(m²)，P为采样地点的多年平均降水量(mm)。

本实用新型的有益效果为：本申请通过实验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及雨前土壤水被完全驱替出土壤所需时间。

附图说明

在下文中将参照附图更完全地描述本实用新型的一些示例实施例；然而，本实用新型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实用新型的一些示例实施例，并用于解释本实用新型的原理和方面。

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。