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原文传递一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法

专利名称：	一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法
摘要：	本发明涉及一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，该方法采用的装置包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、与接收盘底部连通的储液器、与储液器的底部连通的采样装置、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管、用以向限位框内供水的供水装置以及用以控制充气装置和采样装置的控制器。本发明能方便、系统地实现野外灌溉条件下的定水头、一维垂向淋溶及样品时间标定和收集的完整试验过程，并对淋溶溶质迁移变化规律进行数学定量化描述和预测，实现了原位条件下灌溉淋溶试验及定量研究，为进一步揭示土壤溶质迁移机制以及利用数学模型模拟土壤溶质迁移过程提供指导。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	中国地质科学院水文地质环境地质研究所
发明人：	刘昌蓉;霍志彬;黄爽兵;顾文龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910190122.4
公开号：	CN109917103A
代理机构：	石家庄国域专利商标事务所有限公司
代理人：	刘晓敏
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	050061 河北省石家庄市中华北大街268号
主权项：	1.一种原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，包括如下步骤： a、在野外的试验区域布置原位土柱灌溉淋溶试验装置；所述原位土柱灌溉淋溶试验装置包括限位框、设置在限位框下方的接收盘、通过连接管与接收盘底部连通的储液器、与储液器的底部连通的采样装置、用以向储液器内充气的充气装置、用以将储液器内的气体排出的排气管、用以向限位框内供水的供水装置以及用以控制充气装置和采样装置的控制器；所述限位框包括内框和套设在内框外的外框，所述内框与所述外框为等高的圆形框，且两者同轴设置，所述接收盘位于所述内框的正下方，且两者的中心轴线共直线，所述接收盘的盘口口径与所述内框的内径相等；所述储液器包括筒体、设置在筒体内的隔挡板和排液活塞、以及设置在筒体侧壁上用以监测筒体内液面高度的高液位传感器和低液位传感器，所述排液活塞可在隔挡板下方的筒体内往复运动，所述排液活塞将该段筒体分隔成两部分，上部为气体腔，下部为液体腔，所述高液位传感器和所述低液位传感器分别与所述控制器电连接；所述排气管、所述充气装置分别与所述气体腔连通，所述采样装置与所述液体腔连通；所述供水装置包括用以向内框供水的内框供水马氏瓶和用以向外框供水的外框供水马氏瓶，向两个供水马氏瓶内分别注满含示踪剂的淋溶水溶液，并倒转排气，确保马氏瓶内的入液导气管不含水柱，然后将两个供水马氏瓶分别放置于升降支架上，完成试验装置的布置； b、开始试验，利用供水装置分别向限位框的内框和外框内注水，保持内框和外框等水头，进行近似一维垂向淋溶，随着试验的进行，获得若干淋溶液样品，试验过程中记录内框的注水流量，根据流量计算并绘制内框中的渗透速度随时间的过程曲线； c、对步骤b中所得样品进行测试，获得示踪剂浓度数据和淋溶目标物浓度数据，将淋溶目标物浓度数据随机拆分为A、B两组； d、利用一维对流-弥散迁移方程进行刻画，建立如下数学模型： cr(x,0)＝c0 cr(0,t)＝0 其中，cr为淋溶目标物浓度；R为阻滞因子；D为弥散系数；v为孔隙水流速；t表示时间；x表示一维方向的距离；z为淋滤深度； e、利用示踪剂浓度数据和A组淋溶目标物浓度数据对数学模型进行参数反演，得参数R、D、v，将求得的参数R、D、v代入步骤d的参数模型，利用B组淋溶目标物浓度数据进行模型检验，利用测试值与模型计算值的均方根误差评价拟合优度； f、重复步骤e，选择限定迭代次数内残差值最小的模型，作为定量模型。 2.根据权利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，所述步骤a中的原位土柱灌溉淋溶试验装置按照如下步骤布置： 1)铲去试验区域3～5cm的表层土壤，将限位框的底部垂直压入土壤层，限位框的内框和外框保持同轴，且位于同一水平面；在限位框的内部铺设砾石，并在限位框的侧壁立刻度标； 2)在限位框旁挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的侧壁上水平挖掘，形成洞槽，洞槽位于限位框的下方；在洞槽内设置支架，在支架上设置接收盘，接收盘位于限位框的内框正下方，接收盘的口径与内框的内径一致； 3)将储液器放入坑槽中，使筒体的顶部伸出地表，筒体的集液段低于接收盘的底端，采样装置、充气装置和供水装置位于地面上方，分层回填步骤1)中挖出的土壤。 3.根据权利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，所述步骤b中，开始试验前，先用量杯向内框和外框分别注水，确保内、外框中的水面相对底部零势参考面的距离均为设定值，将内框供水马氏瓶的出液导管伸入内框液面以下并固定，将外框供水马氏瓶的出液导管伸入外框液面以下并固定，调节升降支架，使得内框供水马氏瓶的入液导气管下端到零势参考面的距离等于内框设定水位，外框供水马氏瓶的入液导气管下端到零势参考面的距离等于外框设定水位。 4.根据权利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，所述步骤e中的利用示踪剂数据和A组淋溶目标物浓度数据对数学模型进行参数反演包括如下步骤：先令R＝1，从步骤b所得渗透速度随时间的过程曲线中读取淋溶渗透稳定时对应的渗透速度作为流速v输入值，对弥散系数D进行拟合；再利用R和拟合得到的D对流速v进行拟合；然后输入A组目标物浓度数据，利用拟合得到的D和v，对模型计算结果进行拟合，求得拟合度最优条件下的阻滞因子R。 5.根据权利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，所述接收盘包括漏斗状盘体和设置在盘体上的过滤层，所述盘体的底端通过连接管与所述筒体的底部连通，在所述连接管上设有向筒体流通的单向阀；淋溶液先经过滤层过滤后再经连接管流入筒体的液体腔。 6.根据权利要求1所述的原位土柱灌溉淋溶试验及溶质迁移定量描述方法，其特征是，所述充气装置包括充气管和充气泵，所述充气管的一端与充气泵相连，另一端伸入所述气体腔内，所述充气泵与所述控制器电连接。
所属类别：	发明专利