土壤淋溶的原位监测试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种土壤淋溶的原位监测试验装置及方法，所述装置包括用以接收淋滤液的接收盘、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、时间记录仪以及用以控制充气装置、采样装置的控制器。本发明专利技术实现了野外灌溉或降雨渗入条件下的原位淋溶监测，通过采用特定的储液器储液体积和采样瓶容积，实现了对淋溶样品的定量收集和时间标定，能够获得淋溶溶质的浓度过程曲线，满足淋溶液指标动力学研究需要，而且，本发明专利技术自动化程度高，可满足长期自动监测的需求。

In-situ monitoring device and method for soil leaching

【技术实现步骤摘要】
土壤淋溶的原位监测试验装置及方法
本专利技术涉及一种土壤检测试验装置及方法，具体地说是一种土壤淋溶的原位监测试验装置及方法。
技术介绍
土壤是陆地生态系统组成的基本要素，也是人类赖以生存的物质基础，土壤环境状况直接关系到生态安全和农产品安全。土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称，主要包括无机离子、有机离子和聚合离子等。土壤溶液与固相部分紧密接触，并与固相表面保持动态平衡，在一段时间的灌溉和降雨渗入条件下，土壤溶液中溶质成分及浓度的变化过程的研究，对农业灌溉排水、污染控制及土地状况改良等具有指导性作用。目前，现有的土壤淋溶液采集方法是待储液器中溶液收集到一定量后，用泵将其抽入样品瓶，在收集以及抽取的过程中，没有对淋溶液进行规范的连续性的记录、保存和监测，无法实现野外灌溉或降雨渗入条件下淋溶样品的时间标定和定量收集。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种土壤淋溶的原位监测试验装置，以解决现有装置无法实现野外灌溉或降雨渗入条件下淋溶样品的时间标定和定量收集的问题。本专利技术的目的之二就是提供一种土壤淋溶的原位监测试验方法，以实现野外灌溉或降雨渗入条件下对淋溶过程进行规范的连续性监测，并对淋溶液进行定量收集和时间标定。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种土壤淋溶的原位监测试验装置，包括用以接收淋滤液的接收盘、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、用以记录储液器内排液活塞开始上浮时所对应时间的时间记录仪以及用以控制充气装置和采样装置的控制器；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，所述隔挡板下方的筒体为集液段，所述排液活塞可在集液段内往复运动，所述排液活塞将集液段分隔成两部分，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均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；所述采样装置包括旋转托盘、设置在旋转托盘上的若干样品瓶、一端与储液器的液体腔相连的采样导管、设置在采样导管另一端的注液针头和排气针头、用以驱动注液针头和排气针头升降的升降驱动器和用以驱动旋转托盘旋转的旋转驱动器，所述升降驱动器和所述旋转驱动器均与所述控制器电连接；所述样品瓶的容积V2与所述储液器的存储体积V1相等，V1和V2按照如下步骤计算：根据试验场地条件，利用达西定律及水文地质经验参数计算设定时间段内接收盘上方土体中的滤液渗流量，确定V1的数值范围；采用环刀法对试验场地土壤孔隙度进行测量，测算出试验场地的平均孔隙度，进而计算出孔隙体积Vv，根据Vv＝N*V2，N为8～15之间的整数，确定V2的数值范围；取V1的数值范围和V2的数值范围的交集作为V1和V2的取值范围。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；所述过滤层包括设置在盘体盘口处的过滤板和设置在过滤板下方的石英砂层，在所述石英砂层的上下两面分别设有纱网。所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上。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，所述充气管的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。一种土壤淋溶的原位监测试验方法，包括如下步骤：1)布置如上所述的土壤淋溶的原位监测试验装置，在选定试验场地挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的侧壁上水平挖掘，形成洞槽，将接收盘设置在洞槽内，用以接收土壤淋溶液，储液器设置在坑槽内，筒体的顶部伸出地面，筒体的集液段低于接收盘的底端，采样装置、充气装置和时间记录仪位于地面上方；分层回填挖出的土壤，逐层压实，完成试验装置的布置，开始试验，淋溶液穿过土层后落入接收盘中；2)接收盘中的淋溶液经连接管流入筒体的液体腔，排液活塞随着液体腔内淋溶液的增多而上浮，时间记录仪记录排液活塞开始上浮时的时间；3)当筒体内淋溶液的液面到达高液位线位置时，高液位传感器向控制器发送信号，控制器启动充气装置，向筒体的气体腔内充气，与此同时，旋转驱动器动作，驱动旋转托盘转动至一个空样品瓶的上方，随后，升降驱动器动作，驱动注液针头和排气针头下降并插入样品瓶；排液活塞受气体腔内的气体压迫向下移动，将其下方的淋溶液压入采样导管，进而进入样品瓶中，液体腔内淋溶液的液面逐渐下降；4)当筒体内淋溶液的液面降至低液位线位置时，低液位传感器向控制器发送信号，控制器关闭充气装置，升降驱动器反向动作，将注液针头和排气针头从样品瓶中拔出，完成一瓶样品的采集；此时，排气管打开，气体腔内的气体经排气管外排，排液活塞上部气压减小，再次上移，直至回复至初始位置，排气管关闭，排气过程结束；5)重复步骤2)～4)，即实现多个淋溶液样品的定量收集和时间标定。样品收集完毕后，计算每个样品中的溶质浓度，并结合时间记录仪记录的时间点，得到淋溶溶质的浓度过程曲线。所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上；排液活塞下移时，硬质支杆带动排气活塞向下移动；当液体腔内淋溶液的液面降至低液位线，完成一瓶样品的采集时，排气管的排气活塞下移至膨胀部，气体腔内的气体经排气活塞与膨胀部侧壁之间的缝隙外排，排液活塞上部气压减小，再次上移，并推动硬质支杆和排气活塞上移，直至排气活塞越过膨胀部，排气过程结束。本专利技术实现了野外灌溉或降雨渗入条件下的原位淋溶监测，通过采用特定的储液器储液体积和采样瓶容积，实现了对淋溶样品的定量收集和时间标定，能够获得淋溶溶质的浓度过程曲线，满足淋溶液指标动力学研究需要，而且，本专利技术自动化程度高，可满足长期自动监测的需求。本专利技术所使用的试验装置结构设计巧妙，可有效避免土壤淋溶液与空气的长期接触，可避免还原性敏感指标的氧化、沉淀，保证收集的淋溶液组成的真实性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是排气管的局部放大图。图3是采样装置的结构示意图。图4是释出DOC随时间累积关系图。图中：1、接收盘，2、支架，3、石英砂层，4、纱网，5、连接管，6、单向阀，7、筒体，8、隔挡板，9、排液活塞，10、高液位传感器，11、低液位传感器，12、导线，13、控制器，14、充气泵，15、充气管，16、采样导管，17、采样装置，17-1、导向立杆，17-2、旋转托盘，17-3、样品瓶槽，17-4、注液针头，17-5、排气针头，18、排气管，18-1、排气活塞，18-2、膨胀部，18-3、硬质支杆。具体实施方式实施例1：土壤淋溶的原位监测试验装置。本专利技术的装置主要包括接收盘1、储液器、排气管18、采样装置17、充气装置、时间记录仪和控制器13等部分。接收盘1用以接收土壤淋滤液，并对其进行初步过滤。接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤淋溶的原位监测试验装置，其特征是，包括用以接收淋滤液的接收盘、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、用以记录储液器内排液活塞开始上浮时所对应时间的时间记录仪以及用以控制充气装置和采样装置的控制器；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，所述隔挡板下方的筒体为集液段，所述排液活塞可在集液段内往复运动，所述排液活塞将集液段分隔成两部分，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均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；所述采样装置包括旋转托盘、设置在旋转托盘上的若干样品瓶、一端与储液器的液体腔相连的采样导管、设置在采样导管另一端的注液针头和排气针头、用以驱动注液针头和排气针头升降的升降驱动器和用以驱动旋转托盘旋转的旋转驱动器，所述升降驱动器和所述旋转驱动器均与所述控制器电连接；所述样品瓶的容积V2与所述储液器的存储体积V1相等，V1和V2按照如下步骤计算：根据试验场地条件，利用达西定律及水文地质经验参数计算设定时间段内接收盘上方土体中的滤液渗流量，确定V1的数值范围；采用环刀法对试验场地土壤孔隙度进行测量，测算出试验场地的平均孔隙度，进而计算出淋溶渗滤段柱形土体的孔隙体积Vv，根据Vv=N*V2，N为8~15之间的整数，确定V2的数值范围；取V1的数值范围和V2的数值范围的交集作为V1和V2的取值范围。...

【技术特征摘要】
1.一种土壤淋溶的原位监测试验装置，其特征是，包括用以接收淋滤液的接收盘、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、用以记录储液器内排液活塞开始上浮时所对应时间的时间记录仪以及用以控制充气装置和采样装置的控制器；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，所述隔挡板下方的筒体为集液段，所述排液活塞可在集液段内往复运动，所述排液活塞将集液段分隔成两部分，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均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；所述采样装置包括旋转托盘、设置在旋转托盘上的若干样品瓶、一端与储液器的液体腔相连的采样导管、设置在采样导管另一端的注液针头和排气针头、用以驱动注液针头和排气针头升降的升降驱动器和用以驱动旋转托盘旋转的旋转驱动器，所述升降驱动器和所述旋转驱动器均与所述控制器电连接；所述样品瓶的容积V2与所述储液器的存储体积V1相等，V1和V2按照如下步骤计算：根据试验场地条件，利用达西定律及水文地质经验参数计算设定时间段内接收盘上方土体中的滤液渗流量，确定V1的数值范围；采用环刀法对试验场地土壤孔隙度进行测量，测算出试验场地的平均孔隙度，进而计算出淋溶渗滤段柱形土体的孔隙体积Vv，根据Vv=N*V2，N为8~15之间的整数，确定V2的数值范围；取V1的数值范围和V2的数值范围的交集作为V1和V2的取值范围。2.根据权利要求1所述的土壤淋溶的原位监测试验装置，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；所述过滤层包括设置在盘体盘口处的过滤板和设置在过滤板下方的石英砂层，在所述石英砂层的上下两面分别设有纱网。3.根据权利要求1所述的土壤淋溶的原位监测试验装置，其特征是，所述排气管包括管体、设置在管体内部的排气活塞和硬质支杆，所述管体的底部穿过所述隔挡板插入所述气体腔内，在所述管体上设有膨胀部，所述排气活塞位于膨胀部的上方，且可在管体内往复滑动，所述硬质支杆的上端连接在排气活塞上，所述硬质支杆的下端连接到所述排液活塞上。4.根据权利要求1所述的土壤淋溶的原位监测试验装置，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，所述充气管的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。5.一种土壤淋溶的原位监测试验方法，其特征是，包括如下步骤：1）布置权利要求1所述的土壤淋溶的原位监测试验装置，在选定试验场地挖掘土方，形成坑槽，在坑槽的侧壁上水平挖...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄爽兵，顾文龙，雷珊，苏炤新，岳钧，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13