本發(fā)明涉及土壤鹽漬化及其監(jiān)測(cè)治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法。

技術(shù)背景

鹽漬土（鹽堿土）指含有鉀、鈉、鈣、鎂的氯化物、硫酸鹽和重碳酸鹽等鹽分，且含有石膏、芒硝和巖鹽（硫酸鹽或氯化物）等易溶鹽的土壤。沿海的含鹽土的主要是海水浸入到沿岸地區(qū)、內(nèi)陸盆地或洼地中，易溶鹽隨水流由高處帶往低處引起易溶鹽地下水位上升，經(jīng)過(guò)毛細(xì)作用和蒸發(fā)作用，鹽分殘留、凝聚而形成。含鹽土具有溶陷性、鹽脹性和腐蝕性，給工程帶來(lái)許多危害和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于土壤鹽分的增加使土壤溶液濃度增加，導(dǎo)致滲透壓不斷提高，植物從土壤中吸收水分的能力減小而表現(xiàn)為缺水。如果土壤溶液的滲透壓大于植物細(xì)胞內(nèi)滲透壓，植物就不能吸收土壤中的水分，發(fā)生“生理干旱”而死亡。因而無(wú)論從工程方面，還是從植物生長(zhǎng)方面，開(kāi)展土壤滲濾脫鹽或吸附試驗(yàn)對(duì)于鹽漬化評(píng)價(jià)和鹽漬土監(jiān)測(cè)治理均有重要的意義。一種裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法被提了出來(lái)，通過(guò)裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)分析含鹽土的脫鹽過(guò)程，揭示脫鹽機(jī)理，對(duì)土壤環(huán)境評(píng)價(jià)和含鹽土砂監(jiān)測(cè)治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于方便室內(nèi)開(kāi)展含鹽土滲濾脫鹽或土（砂）鹽基吸附試驗(yàn)與理論分析，為土壤鹽漬化評(píng)定、鹽漬土治理和脫鹽技術(shù)提供便捷的定量試驗(yàn)，提供一種裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法，從而定量揭示含鹽土（砂）滲濾脫鹽過(guò)程或土（砂）吸附鹽基離子致鹽漬化的過(guò)程，并能在試驗(yàn)完畢后獲得完整無(wú)擾動(dòng)的試樣供實(shí)驗(yàn)室微觀和細(xì)觀機(jī)理分析。本系統(tǒng)各部件獨(dú)立拆裝更換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)久耐用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，易于推廣。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一、裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）

包括水壓流量裝置、進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置和滲濾監(jiān)測(cè)裝置；進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置包括進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置和出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置；

其位置和連接關(guān)系是：

水壓流量裝置、進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置、滲濾監(jiān)測(cè)裝置和出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置依次連接。

本系統(tǒng)的工作原理：

本系統(tǒng)通過(guò)精細(xì)測(cè)定進(jìn)出水水質(zhì)以及試驗(yàn)過(guò)程土體電導(dǎo)率的滲濾脫鹽試驗(yàn)和鹽分吸附試驗(yàn)分析含鹽土脫鹽過(guò)程或土砂鹽分吸附過(guò)程；主要以經(jīng)過(guò)電導(dǎo)率測(cè)試的純凈水滲透含鹽土或一定含鹽量的溶液滲透洗凈的土砂，定量獲取試驗(yàn)過(guò)程中土體和滲出液鹽分的變化，評(píng)價(jià)含鹽土的滲濾脫鹽過(guò)程或土砂鹽分吸附過(guò)程；裝配式滲濾裝置試驗(yàn)前后土樣的便捷裝卸便于獲取擾動(dòng)小的試驗(yàn)后土樣供后期細(xì)觀試驗(yàn)和機(jī)理分析。

二、裝配式含鹽土滲濾試驗(yàn)方法（簡(jiǎn)稱方法）

本方法包括下列步驟：

①試驗(yàn)開(kāi)始前將經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定初始含鹽量的土砂，按預(yù)計(jì)的密實(shí)度分組填筑于滲濾器內(nèi)，每個(gè)滲濾器根據(jù)需要按相同的密實(shí)度，也可以不同；甚至可以根據(jù)不同級(jí)配和密實(shí)度分別填筑；

②在各段裝填好試樣的滲濾器中間放置圓形多孔板，依次通過(guò)法蘭盤(pán)螺栓連接成一個(gè)整體；

③在反濾前封蓋里裝入反濾料（一般是標(biāo)準(zhǔn)石英砂），然后在反濾前封蓋法蘭盤(pán)一側(cè)放置圓形多孔板，通過(guò)法蘭盤(pán)螺栓與滲濾器連接；同樣的方法在另一端加裝反濾后封蓋；

④組裝水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置：將密封塞外套在水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器上，再整體塞入進(jìn)出口水管的開(kāi)口端使管口密封，確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器的測(cè)試位置對(duì)準(zhǔn)進(jìn)出水口；將塑膠水管連接在進(jìn)出口水管的進(jìn)出水口；

⑤依次連接好進(jìn)水管、水壓調(diào)節(jié)器和數(shù)字流量計(jì)，并與組裝好的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置連接，再與反濾前封蓋的進(jìn)水口連接；連接后封蓋的出水口和組裝好的出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置；

⑥在滲濾器上安裝自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)或時(shí)域反射計(jì)TDR；

⑦打開(kāi)進(jìn)水壓力調(diào)節(jié)裝置，控制試驗(yàn)流量和壓力進(jìn)行含鹽土（砂）滲濾試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)水、出水以及滲濾器的電導(dǎo)率傳感器或時(shí)域反射計(jì)TDR的讀數(shù)；

⑧試驗(yàn)完成后，逐一拆卸滲濾器，選取每節(jié)試驗(yàn)后的土（砂）試樣供后期含鹽量測(cè)試以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

①水壓流量裝置為市售配件，拆裝簡(jiǎn)便且易于維護(hù)；

②進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置造型獨(dú)特且易于組裝，也便于拆裝更換傳感器，選裝不同類型的傳感器開(kāi)展針對(duì)性的水溶性離子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

③反濾前封蓋既提供了進(jìn)水通道，又是反濾料容器；無(wú)縫連接的法蘭盤(pán)便于與滲濾器連接和拆卸；

④滲濾器造型簡(jiǎn)單美觀，既是滲濾試驗(yàn)的滲流通道，也是試驗(yàn)土砂試驗(yàn)過(guò)程中鹽度變化的測(cè)試場(chǎng)；管壁可根據(jù)需要設(shè)置不同測(cè)試傳感器安裝孔位，滿足試驗(yàn)的不同測(cè)試需求；兩端法蘭盤(pán)便于試驗(yàn)的安裝拆卸，也便于分段試驗(yàn)、觀測(cè)以及試驗(yàn)后取樣。

總之，本發(fā)明在進(jìn)水壓力控制、流量監(jiān)測(cè)、進(jìn)水水質(zhì)測(cè)試、土樣滲濾過(guò)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)、出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及試驗(yàn)后拆卸取樣等各環(huán)節(jié)上具有顯著的有效性和便捷性，能準(zhǔn)確獲得含鹽土滲透過(guò)程的鹽分濾出或潔凈土砂對(duì)鹽分的吸附能力，對(duì)鹽漬土評(píng)定和脫鹽改良技術(shù)具有重要的意義；基于分段組合的滲濾器便于分段試驗(yàn)、觀測(cè)以及試驗(yàn)后取樣，該套滲濾試驗(yàn)系統(tǒng)和方法對(duì)于揭示脫鹽規(guī)律和機(jī)理也具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值；便于拆裝的測(cè)試傳感器組合可以滿足不同要求的離子測(cè)定，大大地拓展了本發(fā)明的使用范圍；整套系統(tǒng)各部件獨(dú)立拆卸組裝更換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，經(jīng)久耐用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，易于推廣。

附圖說(shuō)明

圖1.1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，

圖1.2是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2.1是水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2.2是水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20的爆炸圖；

圖3.1是前封蓋31的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3.2是前圓形多孔板32的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3.3是滲濾器33的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

00—支架；

10—進(jìn)水壓力流量裝置，

11—進(jìn)水管，

12—進(jìn)水壓力調(diào)節(jié)器，

13—數(shù)字流量計(jì)；

20—水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，

21—進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，

211—進(jìn)出口水管，

212—密封塞，

213—水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器；

22—出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置；

30—滲濾監(jiān)測(cè)裝置，

31—反濾前封蓋，

32—前圓形多孔板，

33—滲濾器，

331—第1滲濾器，332—第2滲濾器，……33N—第N滲濾器，

N是自然數(shù)，1≤N≤10；

A—安裝接口；

34—后圓形多孔板，

35—反濾后封蓋，

36—自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明：

一、系統(tǒng)

1、總體

如圖1.1、圖1.2，本系統(tǒng)包括水壓流量裝置10、水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20和滲濾監(jiān)測(cè)裝置30；水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20包括進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置21和出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置22；

其位置和連接關(guān)系是：

水壓流量裝置10、進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置21、滲濾監(jiān)測(cè)裝置30和出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置22依次連接。

2、功能裝置

1）水壓流量裝置10

如圖1.1、1.2，水壓流量裝置10包括依次連接的進(jìn)水管11、水壓調(diào)節(jié)器12和數(shù)字流量計(jì)13；

（1）進(jìn)水管11

進(jìn)水管11是市售的橡膠水管，為通用件；

（2）水壓調(diào)節(jié)器12

水壓調(diào)節(jié)器12為減壓閥或微調(diào)控制閥，通用件；

（3）數(shù)字流量計(jì)13

數(shù)字流量計(jì)13為市售用以監(jiān)測(cè)流量的儀器。

2）水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20

如圖1.1，水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置20包括結(jié)構(gòu)相同的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置21和出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置22，分別在設(shè)置在本系統(tǒng)的進(jìn)水端和出水端。

如圖2.1、圖2.2，進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置21由進(jìn)出口水管211、密封塞212和水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213組成；其位置和連接關(guān)系是：進(jìn)出口水管211的進(jìn)出口連接進(jìn)出塑膠水管，水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213外套密封塞212后再整體塞入進(jìn)出口水管211的開(kāi)口端使管口密封。

（1）進(jìn)出口水管211

如圖2.1、圖2.2，進(jìn)出口水管211是一種上端開(kāi)口下端封閉的、管壁分別設(shè)置有進(jìn)出水口的結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213的測(cè)試位置對(duì)準(zhǔn)進(jìn)出水口，其開(kāi)口端方便放置水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感213，管壁進(jìn)出水口是測(cè)試水流的通道。

（2）密封塞212

如圖2.1、圖2.2，密封塞212為圓形中空結(jié)構(gòu)，用于外套在水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213上并防止測(cè)試過(guò)程水體滲溢。

（3）水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213

水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213為一種圓柱狀的測(cè)試傳感器，市售通用件。

3）滲濾監(jiān)測(cè)裝置30

如圖1.1、圖1.2、圖3.1～圖3.3，滲濾監(jiān)測(cè)裝置30由依次連接的反濾前封蓋31、前圓形多孔板32、滲濾器33、后圓形多孔板34、反濾后封蓋35和自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36組成；自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36安裝在滲濾器33上。

（1）反濾前封蓋31和反濾后封蓋35

如圖3.1，反濾前封蓋31和反濾后封蓋35結(jié)構(gòu)相同，是一種帶有進(jìn)出水口和法蘭盤(pán)的半球形部件。

反濾前封蓋31的進(jìn)水口用以接入滲透水流，反濾后封蓋35的出水口接流出水，法蘭盤(pán)帶固定螺栓位可與滲濾器33緊密連接。

（2）圓形多孔板32

如圖3.3，圓形多孔板32是一種中間均布若干小圓孔，外環(huán)具有固定螺栓位的圓形板；用以攔阻反濾前封蓋31里的反濾料在滲透試驗(yàn)過(guò)程中向土砂方向移動(dòng)。

（3）滲濾器33

如圖3.3，滲濾器33包括第1滲濾器331、第2滲濾器332、……第N滲濾器33N；每個(gè)滲濾器33為一種兩端無(wú)縫緊固法蘭盤(pán)的管筒，在管筒壁上設(shè)置有自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36的安裝接口A，還可以根據(jù)試驗(yàn)需要增加時(shí)域反射計(jì)TDR探針孔用以監(jiān)測(cè)試驗(yàn)土砂含水量和電導(dǎo)率；

（4）自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36

自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36為圓柱狀測(cè)試傳感器，市售通用件。

3、本系統(tǒng)的組裝

①試驗(yàn)開(kāi)始前將經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定初始含鹽量的土砂，按預(yù)計(jì)的密實(shí)度分組填筑于滲濾器33內(nèi)，每個(gè)滲濾器33可以根據(jù)需要按相同的密實(shí)度，也可以不同；甚至可以根據(jù)不同級(jí)配和密實(shí)度分別填筑；

②在各段裝填好試樣的滲濾器33中間放置圓形多孔板，依次通過(guò)法蘭盤(pán)螺栓連接成一個(gè)整體；

③在反濾前封蓋31里裝入反濾料（一般是標(biāo)準(zhǔn)石英砂），然后在反濾前封蓋法蘭盤(pán)一側(cè)放置前圓形多孔板32，通過(guò)法蘭盤(pán)螺栓與滲濾器33連接；同樣的方法在另一端加裝后圓形多孔板34和反濾后封蓋35；

④組裝水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置：將密封塞212外套在水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213上，再整體塞入進(jìn)出口水管211的開(kāi)口端使管口密封，確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器213的測(cè)試位置對(duì)準(zhǔn)進(jìn)出水口；將塑膠水管連接在進(jìn)出口水管211的進(jìn)出水口；

⑤依次連接好進(jìn)水管11、水壓調(diào)節(jié)器12和數(shù)字流量計(jì)13，并與組裝好的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置21連接，再與反濾前封蓋31的進(jìn)水口連接；連接反濾后封蓋35的出水口和組裝好的出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置22；

⑥在滲濾器33上安裝自動(dòng)電導(dǎo)率計(jì)36或時(shí)域反射計(jì)TDR；

⑦打開(kāi)水壓調(diào)節(jié)器12，控制試驗(yàn)流量和壓力進(jìn)行含鹽土滲濾試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)水、出水以及滲濾器33的電導(dǎo)率傳感器或時(shí)域反射計(jì)TDR的讀數(shù)；

⑧試驗(yàn)完成后，逐一拆卸本系統(tǒng)，選取每節(jié)試驗(yàn)后的土試樣供后期含鹽量測(cè)試以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描。