垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置制造方法
【專利摘要】一種垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，包括試驗土柱、第一馬氏瓶及第二馬氏瓶，所述第一馬氏瓶連接該試驗土柱的底部，所述第二馬氏瓶連接該試驗土柱的頂部，所述試驗土柱包括一底部的粗砂部、上部的土壤部、及該粗砂部與土壤部之間墊設(shè)一間隔層，所述土壤部裝有土壤，所述粗砂部裝有粒徑為2~7mm的砂礫石，所述土壤部的側(cè)壁沿試驗土柱的垂向設(shè)若干排取樣孔，所述粗砂部設(shè)有若干垂直排布的出水孔。本實用新型通過第一馬氏瓶、第二馬氏瓶、試驗土柱的粗砂部及土壤部的設(shè)置，準(zhǔn)確模擬田間土壤和地下水之間的關(guān)系。
【專利說明】垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種試驗裝置，尤其涉及一種垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，主要用于研究地下水位較深時施肥條件下波涌灌溉間歇入滲土壤水分、氮素運移規(guī)律及對地下水水質(zhì)的影響機理。
【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)施農(nóng)業(yè)是通過改變自然環(huán)境，獲得生物最適生長條件，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從“資源依存型”轉(zhuǎn)向“科技依存型”的一種手段。由于具有一定的環(huán)境調(diào)控功能，可不同程度低擺脫不利的自然環(huán)境條件與有限土地資源的制約，進行周年生產(chǎn)和空間延伸生產(chǎn)，從而達(dá)到提高作物的產(chǎn)量和土地資源的利用率，緩解我國人地矛盾。
[0003]然而，為避免設(shè)施內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量及地下水水質(zhì)的惡化，如何準(zhǔn)確模擬田間土壤和地下水之間的關(guān)系，掌握氮素運移規(guī)律及對地下水水質(zhì)的影響，已成為目前待解決的重
要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本實用新型的目的在于提供一種可以準(zhǔn)確模擬田間土壤和地下水之間的關(guān)系的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置。
[0005]一種垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，包括試驗土柱、第一馬氏瓶及第二馬氏瓶，所述第一馬氏瓶連接該試驗土柱的底部，所述第二馬氏瓶連接該試驗土柱的頂部，所述試驗土柱包括底部的粗砂部、上部的土壤部、及該粗砂部與土壤部之間墊設(shè)一間隔層，所述土壤部裝有土壤，所述粗砂部裝有粒徑為2?7_的砂礫石，所述土壤部的側(cè)壁沿試驗土柱的垂向設(shè)若干排取樣孔，所述粗砂部設(shè)有若干垂直排布的出水孔。
[0006]優(yōu)選的，所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置還包括若干排水匯流管，每一排水匯流管水平對應(yīng)插入所述粗砂部的出水孔；每一排水匯流管的插入端封閉，外側(cè)端形成排水口，該排水匯流管的孔壁設(shè)有若干匯水孔。
[0007]優(yōu)選的，所述排水匯流管的內(nèi)徑為8mm，每一匯水孔的孔徑為2mm。
[0008]優(yōu)選的，所述試驗土柱的高度為200cm，內(nèi)徑為15cm ;所述粗砂部的高度為40cm，所述出水孔的間距為5cm。
[0009]優(yōu)選的，所述每一取樣孔的孔徑1.5cm,同一排取樣孔的中心間距為5cm,相鄰兩排取樣孔以垂直孔距2.5cm交叉布置。
[0010]優(yōu)選的，所述間隔層為彈性較差的薄海面或過濾紙。
[0011]優(yōu)選的，所述試驗土柱的上部一側(cè)壁開設(shè)一高0.3cm、寬4.0cm的進水縫，該進水縫的外側(cè)設(shè)有水槽，在供水階段初期通過燒杯對水槽加水，該水槽的下部安裝放水管嘴。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置通過第一馬氏瓶、第二馬氏瓶、試驗土柱的粗砂部及土壤部的設(shè)置，準(zhǔn)確模擬田間土壤和地下水之間的關(guān)系?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1的排水匯流管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本實用新型的技術(shù)方案能更清晰地表示出來，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0016]如圖1及圖2所示，為本實用新型的一較佳實施例的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置100，包括試驗土柱10、連接該試驗土柱10的底部的第一馬氏瓶20、連接該試驗土柱10的頂部的第二馬氏瓶30。
[0017]該試驗土柱10包括底部的粗砂部11及上部的土壤部12，該粗砂部11與土壤部12之間墊設(shè)一間隔層13。在本實施方式中，試驗土柱10為中空且底部密封、頂部具有開口的柱體，試驗土柱10可采用有機玻璃制成；試驗土柱10由下至上分為所述粗砂部11、土壤部12，粗砂部11中裝有粒徑為2?7_的砂礫石以模擬地下飽和含水層，土壤部12中裝有非飽和均質(zhì)土壤以模擬田間上層土壤，該試驗土樣經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過篩、配水，按設(shè)計土壤容重分層(5cm)裝土，砂礫石與非飽和均質(zhì)土壤之間設(shè)置間隔層13，以免土壤部12的土壤進入粗砂部11，其中間隔層13為彈性較差的薄海面或過濾紙。
[0018]進一步的，排水匯流管40試驗土柱10高度為200cm，內(nèi)徑為15cm，該粗砂部11的高度為40cm，試驗土柱10的處于粗砂部11的側(cè)壁上設(shè)置若干出水孔110，該出水孔110的數(shù)量為6個，由上至下垂直排布在粗砂部11的側(cè)壁上，相鄰兩個出水孔110的間距為5cm。
[0019]試驗土柱10的處于土壤部12的側(cè)壁沿試驗土柱10的垂向設(shè)四排取樣孔50。每一取樣孔50的孔徑1.5cm，用橡皮塞封堵。同一排取樣孔50中相鄰的兩個取樣孔50的中心間距為5cm，相鄰兩排取樣孔50以垂直孔距2.5cm交叉布置，如此可以避免所取土樣間距過大，降低漏測氮素含量峰值的可能性。可以理解地，所述粗砂部11的側(cè)壁上同樣設(shè)有四排取樣孔50，直徑間距均與土壤部12的取樣孔50相同，并且與所述土壤部12的取樣孔50依次排列。
[0020]第一馬氏瓶20與試驗土柱10的底部連接。具體地，試驗土柱10的底部設(shè)有供水口 18，所述第一馬氏瓶20連接該供水口 18以模擬地下供水系統(tǒng)，其中通過調(diào)整第一馬氏瓶20的進氣孔高度實現(xiàn)對地下水位的控制。所述第二馬氏瓶30連接所述試驗土柱10的頂部，具體地，所述試驗土柱10的頂部設(shè)有進水口 19，所述第二馬氏瓶30連接該進水口 19。
[0021]進一步的，垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置100還包括排水匯流管40，排水匯流管40的一端從排水匯流管插入孔110插入試驗土柱10中，且排水匯流管40的另一端外露在試驗土柱10外，該排水匯流管40的插入端封閉，外側(cè)端形成排水口 41，該排水匯流管40的內(nèi)徑為8mm，該排水匯流管40的孔壁設(shè)有孔徑為2mm的匯水孔42，以保證取得的地下水樣N03_-N (硝酸鹽氮)濃度能代表取樣位置處水平面內(nèi)的平均值。排水匯流管40由銅管制成，且試驗前所述排水口 41用膠皮管和夾子封堵，避免漏水。
[0022]進一步的，為了減輕各周期加水和排水過程對表層土壤致密層的破壞，在試驗土柱10的側(cè)壁開設(shè)一高0.3cm、寬4.0cm的進(排)水縫(圖未標(biāo))，進(排)水縫靠近試驗土柱10的開口，該進(排)水縫的外側(cè)設(shè)有水槽16，在供水階段初期通過燒杯對水槽16加水，在水槽16下部安裝放水管嘴161，可以排放周期供水結(jié)束后試驗土柱10上表面的積水，土壤入滲水量通過第一馬氏瓶20讀取。
[0023]使用上述垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置100時:由第一馬氏瓶20控制1.5米地下水位，當(dāng)?shù)谝获R氏瓶20中水量在一天內(nèi)無變化時，判定為上升毛管水穩(wěn)定，即試驗土柱10中水分狀況已達(dá)到1.5米水位條件下的平衡水分條件；通過水槽16定額灌水變水頭對試驗土柱10的上部供水，再利用第二馬氏瓶30進行定水頭供水，按照先密后疏的時間間隔通過第二馬氏瓶30讀取累積入滲量，由試驗土柱10觀測垂直濕潤深度隨入滲時間的變化，在間歇入滲各周期供水階段末、間歇階段末與連續(xù)入滲的相應(yīng)時間，以及停水后再分布過程ld、3d、5d觀測土壤含水量、土壤中Ν03_-Ν含量和地下水中Ν03_-Ν含量分布。其中，觀測垂直濕潤深度是通過采用小型土鉆對試驗土柱10的取樣孔50進行取樣，對取樣進行土壤含水量測定。
[0024]本實用新型的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置100用于研究的主要內(nèi)容為:
[0025](I) 土壤初始含水率對土壤毛管水上升過程、毛管水上升特性的影響特性研究；
[0026](2)連續(xù)入滲和間歇入滲土壤氮素運移特性；分析波涌灌和連續(xù)灌條件下，氮素遷移和轉(zhuǎn)化對地下水環(huán)境的影響，建立入滲土壤濕潤深度范圍內(nèi)的土壤含水量分布與養(yǎng)分濃度分布間的關(guān)系；
[0027](3)波涌灌技術(shù)要素(循環(huán)率、周期數(shù)、周期供水時間)對一定地下水位埋深條件下的土壤含水量分布、氮素運移和轉(zhuǎn)化特性的影響；研究入滲濕潤深度范圍內(nèi)土壤含水量和no3_-n濃度的分布規(guī)律；分析氮素運移、轉(zhuǎn)化對地下水中氮濃度及其分布的影響；
[0028](4)施肥方式、灌水定額及施肥量對地下水位埋深150cm 土壤水分和氮素運移、轉(zhuǎn)化特性的影響及其氮素運移、轉(zhuǎn)化對地下水環(huán)境的影響研究；土壤初始含水率對土壤毛管水上升過程和氮素運移、轉(zhuǎn)化特性的影響。
[0029]以上所述實施例僅表達(dá)了本實用新型的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，包括試驗土柱、第一馬氏瓶及第二馬氏瓶，其特征在于:所述第一馬氏瓶連接該試驗土柱的底部，所述第二馬氏瓶連接該試驗土柱的頂部，所述試驗土柱包括底部的粗砂部、上部的土壤部、及該粗砂部與土壤部之間墊設(shè)一間隔層，所述土壤部裝有土壤，所述粗砂部裝有粒徑為2?7_的砂礫石，所述土壤部的側(cè)壁沿試驗土柱的垂向設(shè)若干排取樣孔，所述粗砂部設(shè)有若干垂直排布的出水孔。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:還包括若干排水匯流管，每一排水匯流管水平對應(yīng)插入所述粗砂部的出水孔；每一排水匯流管的插入端封閉，外側(cè)端形成排水口，該排水匯流管的孔壁設(shè)有若干匯水孔。
3.如權(quán)利要求2所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:所述排水匯流管的內(nèi)徑為8mm,每一匯水孔的孔徑為2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:所述試驗土柱的高度為200cm,內(nèi)徑為15cm ;所述粗砂部的高度為40cm,所述出水孔的間距為5cm。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:所述每一取樣孔的孔徑1.5cm,同一排取樣孔的中心間距為5cm，相鄰兩排取樣孔以垂直孔距2.5cm交叉布置。
6.如權(quán)利要求1所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:所述間隔層為彈性較差的薄海面或過濾紙。
7.如權(quán)利要求1所述的垂直飽和與非飽和土柱入滲試驗裝置，其特征在于:所述試驗土柱的上部一側(cè)壁開設(shè)一高0.3cm、寬4.0cm的進水縫，該進水縫的外側(cè)設(shè)有水槽，在供水階段初期通過燒杯對水槽加水，該水槽的下部安裝放水管嘴。
【文檔編號】G01N15/08GK203772698SQ201420171473
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】尹娟 申請人:寧夏大學(xué)