一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置及方法，包括储液容器、土样容器、溢流容器和γ射线发射检测单元；储液容器与土样容器的进液口管路连通，土样容器和溢流容器通过软管连通构成连通器；土样容器设置有水平的多孔板，多孔板的上表面设置有第一亲水膜，第一亲水膜的上方填充有可更换的土壤，土壤上表面设置有第二亲水膜，土样容器内还设置有两个以上由上至下分布的压力传感器，土样容器的侧壁由透明材料制备。本发明专利技术的装置可以避免水分传感器对土壤的任何干扰，不破坏土壤本身的形态分布。本发明专利技术的装置可在较短周期内测量含水率较低土样中的溶质迁移曲线，并且还可测量较低含水率下所对应的溶质扩散参数。

【技术实现步骤摘要】
一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置及方法
本专利技术涉及化学分析检测领域，具体涉及一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置及方法。
技术介绍
地下水污染防治是近年来的研究热点。预测及评估地下水中溶质污染物的迁移过程对地下水污染防治是非常重要的。其中，准确了解及测量迁移预测模型相关的扩散系数一直是限制模型精确性的重要因素。并且，土壤中的溶质运移是一个复杂的过程，与饱和土壤相比，非饱和土壤中溶质运移过程又同时受土壤含水率的影响，导致研究非饱和土壤中溶质污染物迁移情况难度更大。同时，土壤的非均匀性及测量装置尺度都会对溶质扩散系数有很大的影响。溶质污染物的扩散系数可根据溶质迁移扩散曲线推导得出。目前经常用于测量溶质迁移扩散曲线的方法主要有两种：出水口取样法和原位电导率法。出水口取样法仅通过间隔测量出水口水样中溶质浓度来推测土壤中的溶质迁移扩散曲线。原位电导率法是通过插入三线5TE电导率传感器到土壤中，根据原位连续监测实验土壤的电导率变化推导原位溶质迁移扩散曲线。出水口取样法选择出水口溶质浓度扩散曲线代表整个测量土样，会产生较大误差。原位电导率法为了测量土壤中迁移的溶质离子浓度，在样品中选择插入探测针的方法会使探测针表面与土壤颗粒之间产生间隙，并且破坏土壤本身的颗粒形态分布。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置及方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，包括储液容器、土样容器、溢流容器和γ射线发射检测单元；所述储液容器与所述土样容器的进液口管路连通，所述土样容器和溢流容器通过软管连通构成连通器；所述土样容器设置有水平的多孔板，所述多孔板的上表面设置有与所述多孔板贴合的第一亲水膜，所述土样容器内第一亲水膜的上方填充有可更换的土壤，所述土壤上表面设置有第二亲水膜，所述第二亲水膜与所述多孔板平行，所述第一亲水膜、第二亲水膜的四周与所述土样容器的内侧壁可拆卸密封，所述土样容器内还设置有两个以上压力传感器，所述压力传感器由上至下设置在所述第一亲水膜和第二亲水膜之间，所述土样容器的进液口设置在所述第二亲水膜的上方，所述土样容器的侧壁由透明材料制备。上述的装置利用γ射线发射检测单元的γ射线来测量土壤水饱和度和迁移的溶质离子浓度，从而避免在土壤样品中插入任何的水分传感器(如探测针)，这样可以避免水分传感器对土壤的任何干扰，并且可避免水分传感器表面与土壤颗粒之间产生间隙，不破坏土壤本身的形态分布。上述的装置可在较短周期内测量含水率较低土样中的溶质迁移曲线，并且还可测量较低含水率下所对应的溶质扩散参数。上述的装置在土样容器内由上至下设置若干个压力传感器用于检测土壤的毛细压力；上述的装置将土样容器和溢流容器通过软管连通构成连通器，输入土样容器的液体可以通过溢流容器流出，而且溢流容器上下移动可以控制土样容器中土壤中的毛细压力；上述装置的检测原理为：水饱和土样被置于土样容器内，控制土样容器进口流速略小于土样的饱和水力传导系数，调节所述溢流容器的竖直高度至所述溢流容器的液面与所述第一亲水膜位于同一水平位置，土样容器内的土壤开始失水，检测过程中，每隔设定的间隔时间采集压力传感器及γ射线发射检测单元。根据达西定律：式中q为流速，单位为m/s；K为水力传导系数，不同含水率下，K值不同，单位为m/s；h为压力传感器压力水头，单位为m；x为土样长度，单位为m；当两个压力传感器的读数一样(即)时，流速q与此时土壤特定含水率下对应的水力传导系数K相同，水流达到稳态。当时，通过所述储液容器向所述土样容器中输入含有溶质离子的水溶液至输入2.5～5个土壤孔隙体积的含有溶质离子的水溶液，并保持间隔时间采集压力传感器及γ射线发射检测单元的数据，然后通过所述储液容器向所述土样容器中输入纯水，这样形成一个溶液脉冲，此过程中，上述装置可实时测量出土样中溶质离子的浓度。优选地，所述储液容器与所述土样容器之间的管路上设置有水力泵和阀门。上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置通过水力泵和阀门控制从储液容器输入至土样容器中的纯水和含有溶质离子的水溶液的流速。优选地，所述多孔板与所述土样容器的底部形成一定的空间作为缓冲水槽。优选地，所述水力泵为蠕动泵。优选地，所述储液容器包括第一储液容器和第二储液容器，所述第一储液容器和第二储液容器通过三通阀与所述土样容器的进液口管路连通。上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置设置第一储液容器和第二储液容器分别用于储存纯水和含有溶质离子的水溶液。优选地，所述第二亲水膜的上方设置有若干个喷淋头，所述若干个喷淋头水平分布，所述若干个喷淋头均与所述土样容器的进液口管路连通。上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置通过第二亲水膜可以使得纯水和含有溶质离子的水溶液更均匀的分布进入土壤样品中；上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置通过若干个喷淋头将纯水和含有溶质离子的水溶液喷滴在第二亲水膜上方，更均匀的分布进入土壤样品中。优选地，所述γ射线发射检测单元包括γ射线发射器和碘化钠探测器，所述土样容器位于所述γ射线发射器和碘化钠探测器之间，所述γ射线发射器发射的射线与所述多孔板平行。优选地，所述γ射线发射检测单元包括两组以上对应的γ射线发射器和碘化钠探测器。上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置通过两组以上对应的γ射线发射器和碘化钠探测器同时监测不同水平高度的γ射线强度，根据γ射线强度计算衰减系数，通过衰减系数和迁移溶质离子浓度的关系，可以同时监测土壤中多个位置的迁移溶质离子浓度。优选地，所述土样容器和溢流容器之间的软管上设置有控制阀，所述测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置还包括排液池，所述排液池设置于所述溢流容器的溢流口下方。优选地，所述测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置还包括数据采集器，所述数据采集器与所述γ射线发射检测单元电连接，所述数据采集器与所述压力传感器电连接。本专利技术还提供一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的方法，所述方法应用如权利要求上述任一所述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置；所述方法包括以下步骤：(1)通过所述储液容器向所述土样容器中输入纯水至所述土样容器中的土壤达到水饱和；(2)调节所述溢流容器的竖直高度至所述溢流容器的液面与所述第一亲水膜位于同一水平位置；(3)数据采集器间隔时间采集数据，同一时刻的一组数据包括压力传感器和γ射线发射检测单元的数据，采集数据的时间间隔为15～60s；(4)保持数据采集器采集数据至同一时刻两个以上压力传感器的数据相同时通过所述储液容器向所述土样容器中输入含有溶质离子的水溶液至输入2.5～5个土壤孔隙体积的含有溶质离子的水溶液，然后通过所述储液容器向所述土样容器中输入2.5～5个土壤孔隙体积纯水，交替输入含有溶质离子的水溶液和纯水；(5)计算。上述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的方法的具体原理如下：γ射线穿过土样时会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，包括储液容器、土样容器、溢流容器和γ射线发射检测单元；/n所述储液容器与所述土样容器的进液口管路连通，所述土样容器和溢流容器通过软管连通构成连通器；/n所述土样容器设置有水平的多孔板，所述多孔板的上表面设置有与所述多孔板贴合的第一亲水膜，所述土样容器内第一亲水膜的上方填充有可更换的土壤，所述土壤上表面设置有第二亲水膜，所述第二亲水膜与所述多孔板平行，所述第一亲水膜、第二亲水膜的四周与所述土样容器的内侧壁可拆卸密封，所述土样容器内还设置有两个以上压力传感器，所述压力传感器由上至下设置在所述第一亲水膜和第二亲水膜之间，所述土样容器的进液口设置在所述第二亲水膜的上方，所述土样容器的侧壁由透明材料制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，包括储液容器、土样容器、溢流容器和γ射线发射检测单元；
所述储液容器与所述土样容器的进液口管路连通，所述土样容器和溢流容器通过软管连通构成连通器；
所述土样容器设置有水平的多孔板，所述多孔板的上表面设置有与所述多孔板贴合的第一亲水膜，所述土样容器内第一亲水膜的上方填充有可更换的土壤，所述土壤上表面设置有第二亲水膜，所述第二亲水膜与所述多孔板平行，所述第一亲水膜、第二亲水膜的四周与所述土样容器的内侧壁可拆卸密封，所述土样容器内还设置有两个以上压力传感器，所述压力传感器由上至下设置在所述第一亲水膜和第二亲水膜之间，所述土样容器的进液口设置在所述第二亲水膜的上方，所述土样容器的侧壁由透明材料制备。


2.根据权利要求1所述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，所述储液容器与所述土样容器之间的管路上设置有水力泵和阀门，所述多孔板与所述土样容器的底部形成一定的空间作为缓冲水槽。


3.根据权利要求1所述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，所述储液容器包括第一储液容器和第二储液容器，所述第一储液容器和第二储液容器通过三通阀与所述土样容器的进液口管路连通。


4.根据权利要求1所述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，所述第二亲水膜的上方设置有若干个喷淋头，所述若干个喷淋头水平分布，所述若干个喷淋头均与所述土样容器的进液口管路连通。


5.根据权利要求1所述的测量土壤中迁移溶质离子浓度的装置，其特征在于，所述γ射线发射检测单元包括γ射线发射器和碘化钠探测器，所述土样容器位于所述γ射线发射器和碘化钠探测器之间，所述γ射线发射器发射的射线与所述多孔板平行。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄鲁文，陈晓宏，梁杏梅，林凯荣，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44