[发明专利]一种可拆卸式土柱土壤水和溶质运移测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种可拆卸式土柱土壤水和溶质运移测试装置，装置的组件和基座为有机玻璃制作，其中有机玻璃筒上下两端分别设置凹槽和凸环，形成各组件之间的密封结构；紧锁装置为半圆形钢板，两个半圆形钢板在组件连接处拼接，保证土柱的稳定性和密封性；各组件土壤层内分别埋设土壤盐分、水分和温度传感器、土壤溶液负压取样器，与相应采集器和取样瓶相连，采集器集中与计算机终端相连自动测记数据；顶部组件和基座分别与马氏瓶相连，用于控制装置土壤进水量和地下水埋深。本发明通过可拆卸、灵活组装的土柱，监测不同类型土壤及其组合下的多层土壤水及溶质迁移转化过程，可为探究不同水深控制下土壤水及溶质再分布及其淋失提供试验工具和技术支持。

技术领域

本发明设计土壤水及溶质迁移领域，具体地说是一种可拆卸式土柱土壤水和溶质运移测试装置及方法。

背景技术

土柱试验装置是研究水分及溶质在地下水-土壤-作物-大气系统中运移及转化规律非常有效的工具，在水利、土壤、农业、环保等领域都有着广泛的应用，并在土壤溶质运移模拟、土壤水文性质、重金属和污染物迁移转化等科学研究中取得了大量的研究成果。

但传统垂直土柱多为一体式，一旦建成只能研究固定的土壤类型，需要研究不同类型土壤的性质及其内部溶质运移过程时，需要修建多个土柱，造价较高；一体式土柱体量较大，存在制作困难、实验操作不方便、占地面积大等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题而提供一种可拆卸式土柱土壤水和溶质运移测试装置及方法，采用可拆卸土柱组件，研究不同性质土壤组合下的分层土壤水分及溶质运移过程，相比现有一体式土柱，该装置能够大大减少加工制作难度、制作费用和占地面积。通过该装置可以测试不同水层深度和地下水埋深组合下，水分及溶质在土壤间的运移和转化过程，并反演关键参数。

一种可拆卸式土柱土壤水和溶质运移测试装置，从上到下依次设置有土柱上部组件(1)、土柱中部组件(2)、土柱下部组件(3)和底座(18)，土柱中部组件(2)与土柱上部组件(1)的连接处、土柱中部组件(2)与土柱下部组件(3)的连接处以及土柱下部组件(3)与底座(18)的连接处设置紧锁密封装置(4)和密封结构；底座(18)通过软管与玻璃瓶、管道与马氏瓶相连，用于收集淋滤液和控制地下水埋深；

土柱上、中、下部组件(1～3)均由有机玻璃筒和填充其内部的土壤层组成，土柱上部组件(1)、中部组件(2)的底部设置有尼龙网罩(5)，用于固定土壤层，便于组件之间的土壤层发生水分及溶质的运移；组件(1～3)有机玻璃筒外壁有刻度，方便分层回填土柱并压实；侧壁预留适量取样孔(6)，取样孔为圆孔形，孔径为2-3cm，每个取样孔皆配有防渗水橡皮塞，不取样时用橡皮塞堵住。土柱下部组件(3) 土壤层下，从上至下依次包括反滤层(7)、尼龙布层(8)；所述反滤层(7)厚5～10cm，由细石英沙、粗石英砂、砾石组成。

各组件有机玻璃筒上下端环形中间分别切割出环形凹槽和凸环，组装时上下相邻的组件环形凹槽与凸环嵌合；底座(18)与下部组件(3)采用相同方式密封；组件间有机玻璃筒、组件和底座的有机玻璃筒环形槽内设置有密封圈，用于密封连接处。各部分连接处由螺栓结构的紧锁装置(4)固定。试验时，紧锁密封装置(4)关闭(补充图)，土柱各部分能够紧密连接；更换组件或非试验期，紧锁密封装置(4) 开启，各组件能够拆开、更换。紧锁装置(4)为内径与土柱组件有机玻璃筒一致的宽3cm、厚2mm半圆形钢板，钢板两端分别打孔，钢板内壁设有橡胶圈，土柱组件组装后，两个半圆形钢板在组件连接处拼接，用法兰螺栓固定在连接处，保证土柱的稳定性和密封性。