基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪制造技术

本发明专利技术涉及一种基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪，包括供水装置、水流缓冲装置、多段式实验段和测量装置。多段式实验段是将多个土柱单元管连接，形成满足包气带水动力弥散系数测定所需的半无限边界和可装填均一质地土壤的实验段。测定仪可根据土样的性质加长土柱的长度，满足包气带水动力弥散系数测定方程的半无限长边界定解条件；采用多个土柱单元管的结构方便土样的装填，满足该测定方程土壤质地均一的假定条件，且能排除边壁效应对测试结果的影响。测量装置包括水分测量及浓度测量装置。本测定仪结构简单，使用方便，误差小，可用于测定包气带水动力弥散系数，为土壤改良、污染物在包气带土壤的运移提供研究参数。

【技术实现步骤摘要】
基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪
本专利技术涉及一种包气带水动力弥散系数测定的装置和方法，具体地说是涉及一种 基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪。
技术介绍
随着农业生产的发展和科学技术水平的提高，要求农田合理施服，经济灌觀和有 效预测、控制±壤盐碱化，防止农药、化服和废水灌概引起±壤和地下水污染，及±壤溶质 随地表径流迁移，引起水环境污染和±壤生产力降低，已成为当今世界普遍关注的问题。包 气带水动力弥散系统是研究±壤溶质运移的一个重要参数。对±壤溶质研究最广泛的是利 用数学模型模拟±壤溶质运动，其中包气带水动力弥散系数是不可缺少的参数之一。因此 研究包气带±壤水动力弥散系数测定方法具有重要的现实意义和理论价值。 传统测定包气带水动力弥散系数的方法有水平±柱法、垂直±柱法和±壤水特征 曲线计算法等。但垂直±柱法由于不能消除重力的影响，适用于水分入渗时间不是很长的 情况，当时间很长时，特别是t一-时，其结果与实际不符。而水分特征曲线法则是由测 得±壤的水特征曲线得出±壤的水动力弥散系数，此过程涉及参数多，计算复杂。虽然水 平±柱法能消除重力及侧向压力的影响，且计算方法简单，得到的值比较准确，常作为精确 解来验证用数值计算或其它方法所得到的结果。但传统水平±柱由于技术水平限制，无法 满足包气带水动力弥散系数微分方程的定解条件和假定条件，即水平±柱为半无限长，且 ±壤质地密度均一，因此传统水平±柱测定的水动力弥散系数仍有较大误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，而提供一种方便测定，费用低，误差 小的基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪，既方便于±柱±样均一装 填，同时可W根据±样的性质加长±柱的长度，且能排除边壁效应对测试结果的影响，即可 W满足包气带水动力弥散系数微分方程的定解条件和假定条件，从而准确测定包气带水动 力弥散系数。 为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：提供一种基于一维水平流的多 段式包气带水动力弥散系数测定仪，包括供水装置、水流缓冲装置、多段式实验段和测量装 置，所述的供水装置设有马氏瓶、水箱及控制阀A、控制阀B，马氏瓶顶部通过橡皮塞插有进 气管，马氏瓶下部设出水口与马氏瓶出水管相连，马氏瓶出水管上装有控制阀B;水箱安装 于比水室段高的位置，水箱出水口与水箱出水管相连，水箱出水管上装有控制阀A，马氏瓶 出水管和水箱出水管一端分别插在水室段前端的橡皮塞中； 所述的水流缓冲装置设有水室段和滤层段，采用两段等径的、两端设有外螺纹的 圆管作为水室段和滤层段的外管，两段圆管之间通过配套的带有内螺纹的连接管连接；在 滤层段两端设有带孔板，分别用于滤层段与前端的水室段、后端的±柱单元管隔开，带孔板 在朝滤层段两端内侧粘有致密纱网，滤层段中填充有石英砂； 所述的多段式实验段设有±柱单元管、连接管、外丝宝培接头、固定盖及支座；多 段式实验段由多个±柱单元管通过连接管连接而成，在每个±柱单元管两侧、距两端部的 四分之一处各钻有两对相对排列的安装孔，在安装孔中装有外丝宝培接头，固定盖通过螺 纹旋在外丝宝培接头中，固定盖、外丝宝培接头用W固定水分传感器和电导电极；每个±柱 单元管下设有与±柱单元管相配的支座，支座上端带有圆弧用于固定、支撑±柱单元管及 消除重力势的影响；±柱单元管用于填装实验的±壤； [000引所述的测量装置包括水分测量装置和浓度测量装置，所述的水分测量装置由±壤 水分传感器、数据采集线及±壤水分含量数据处理系统组成，每个±柱单元管中通过固定 盖、外丝宝培接头安装有两个±壤水分传感器，±壤水分传感器通过数据采集线与±壤水 分含量数据处理系统相连；所述的浓度测量装置由电导电极、数据采集线及电导率仪组成， 每个±柱单元管中也通过固定盖、铜外丝宝培安装有两个电导电极，两个电导电极与两个 ±壤水分传感器相对安装，电导电极通过数据采集线与电导率仪相连。 所述的进气管插在马氏瓶中，进气管下端伸至马氏瓶下部出水口的中也水平位 置，使进气管下端、马氏瓶出水口W及水室段的进水口保持同一水平高度，用W消除压力势 对±壤水分扩散的影响。 所述的水室段、滤层段采用的圆管与多段式实验段的±柱单元管均为等径的、两 端设有外螺纹的圆管，均通过带有内螺纹的连接管连接。 所述的多段式实验段的±柱单元管数根据±壤性质及实验要求灵活增加，W满足 包气带水动力弥散系数测定所需的半无限边界和装填均一质地±壤的多段式实验段。 所述的每个±柱单元管采用有机玻璃管制作，每个长度18?24cm，W避免±柱单 元管太长使±柱装样不均一，及保证±柱初始含水率和质地均一。 所述的多段式实验段的±柱单元管装±过程为；试样±壤经过风干、磨细和通过 孔径2mm的筛网过筛，试样±壤分层填装巧实，每层厚度3cm，为保持各层接触紧密，层间做 抓毛处理；填装完第一个±柱单元管后，用连接管连接另一个±柱单元管，继续前面的装填 步骤，依次装填多个±柱单元管组成多段式实验段；之后将±壤水分传感器与电导电极相 对插入到每个±柱单元管的外丝宝培内，并用固定盖旋紧固定。 所述的供水过程为先打开与水箱相连的控制阀A，向水室段供水，当水室段充满 水，滤层段部分饱水时关闭控制阀A，再打开与马氏瓶相连的控制阀B。 本专利技术基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪的工作原理如 下： 本测定仪采用水平±柱法测定包气带水动力弥散系数。要求±柱的±壤质地密度 均一、初始含水率相同、±柱进水端水位恒定、压力为零，即水分在±柱中水平吸渗运动的 主要动力为±壤基质吸力。由于±柱管的口径较小，因此忽略重力作用，视为一维水平流 动。测定仪通过带有内螺纹的连接管将一个一个的±柱单元管连接起来，形成满足包气带 水动力弥散系数测定所需的可满足半无限边界和可装填均一质地±壤的的多段式实验段。 非饱和±壤一维水平非稳态流条件下，±壤溶质运移的基本方程是：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪，包括供水装置、水流缓冲装置、多段式实验段和测量装置,其特征在于：所述的供水装置设有马氏瓶、水箱及控制阀A、控制阀B，马氏瓶顶部通过橡皮塞插有进气管，马氏瓶下部设出水口与马氏瓶出水管相连，马氏瓶出水管上装有控制阀B；水箱安装于比水室段高的位置，水箱出水口与水箱出水管相连，水箱出水管上装有控制阀A，马氏瓶出水管和水箱出水管一端分别插在水室段前端的橡皮塞中；所述的水流缓冲装置设有水室段和滤层段，采用两段等径的、两端设有外螺纹的圆管作为水室段和滤层段的外管，两段圆管之间通过配套的带有内螺纹的连接管连接；在滤层段两端设有带孔板，分别用于滤层段与前端的水室段、后端的土柱单元管隔开，带孔板在朝滤层段两端内侧粘有致密纱网，滤层段中填充有石英砂；所述的多段式实验段设有土柱单元管、连接管、外丝宝塔接头、固定盖及支座；多段式实验段由多个土柱单元管通过连接管连接而成，在每个土柱单元管两侧、距两端部的四分之一处各钻有两对相对排列的安装孔，在安装孔中装有外丝宝塔接头，固定盖通过螺纹旋在外丝宝塔接头中，固定盖、外丝宝塔接头用以固定水分传感器和电导电极；每个土柱单元管下设有与土柱单元管相配的支座，支座上端带有圆弧用于固定、支撑土柱单元管及消除重力势的影响；土柱单元管用于填装实验的土壤；所述的测量装置包括水分测量装置和浓度测量装置，所述的水分测量装置由土壤水分传感器、数据采集线及土壤水分含量数据处理系统组成，每个土柱单元管中通过固定盖、外丝宝塔接头安装有两个土壤水分传感器，土壤水分传感器通过数据采集线与土壤水分含量数据处理系统相连；所述的浓度测量装置由电导电极、数据采集线及电导率仪组成，每个土柱单元管中也通过固定盖、铜外丝宝塔安装有两个电导电极，两个电导电极与两个土壤水分传感器相对安装，电导电极通过数据采集线与电导率仪相连。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于一维水平流的多段式包气带水动力弥散系数测定仪，包括供水装置、水流 缓冲装置、多段式实验段和测量装置，其特征在于： 所述的供水装置设有马氏瓶、水箱及控制阀A、控制阀B，马氏瓶顶部通过橡皮塞插有 进气管，马氏瓶下部设出水口与马氏瓶出水管相连，马氏瓶出水管上装有控制阀B ;水箱安 装于比水室段高的位置，水箱出水口与水箱出水管相连，水箱出水管上装有控制阀A，马氏 瓶出水管和水箱出水管一端分别插在水室段如端的橡皮塞中； 所述的水流缓冲装置设有水室段和滤层段，采用两段等径的、两端设有外螺纹的圆管 作为水室段和滤层段的外管，两段圆管之间通过配套的带有内螺纹的连接管连接；在滤层 段两端设有带孔板，分别用于滤层段与前端的水室段、后端的土柱单元管隔开，带孔板在朝 滤层段两端内侧粘有致密纱网，滤层段中填充有石英砂； 所述的多段式实验段设有土柱单元管、连接管、外丝宝塔接头、固定盖及支座；多段式 实验段由多个土柱单元管通过连接管连接而成，在每个土柱单元管两侧、距两端部的四分 之一处各钻有两对相对排列的安装孔，在安装孔中装有外丝宝塔接头，固定盖通过螺纹旋 在外丝宝塔接头中，固定盖、外丝宝塔接头用以固定水分传感器和电导电极；每个土柱单元 管下设有与土柱单元管相配的支座，支座上端带有圆弧用于固定、支撑土柱单元管及消除 重力势的影响；土柱单元管用于填装实验的土壤； 所述的测量装置包括水分测量装置和浓度测量装置，所述的水分测量装置由土壤水分 传感器、数据采集线及土壤水分含量数据处理系统组成，每个土柱单元管中通过固定盖、夕卜 丝宝塔接头安装有两个土壤水分传感器，土壤水分传感器通过数据采集线与土壤水分含量 数据处理系统相连；所述的浓度测量装置由电导电极、数据采集线及电导率仪组成，每个土 柱单元管中也通过固定盖、铜外丝宝塔安装有两个电导电极，两个电导电极与两个土壤水 分传感器相对安装，电导电极通过数据采集线与电导率仪相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：马传明，和泽康，匡恒，王好为，张晶晶，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42