CN102607892A - 稻田大型原状土柱渗漏水收集测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稻田大型原状土柱渗漏水收集测量方法及装置，其步骤：A、根据土柱的底面积确定渗漏液标准收集面积；B、在土柱安放下垫面的中间位置低于下垫面埋入圆锥过滤器，对圆锥渗漏过滤器底面面积内的土柱渗漏液全部收集；C、利用原状土柱布设时形成的地形落差，开槽把导水管引出土柱下垫平面；D、收集渗漏液时首先打开测量桶通气孔进行通气，隔固定时间进行记录测量桶刻度，用玻璃棒穿过一级桶通气孔搅匀水样，再打开取样管阀门进行取样，排水完毕后关上排水管及取样管阀门，完成渗漏液的收集、测量工作。该装置包括圆锥过滤器、导水管、测量装置三部分。方法易行，操作简便，所得样品可靠性高，能准确地测定渗漏液量。

Description

稻田大型原状土柱渗漏水收集测量方法及装置

技术领域

本发明技术属于农业环境试验技术领域，涉及一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的方法，还涉及一种稻田渗漏液收集的装置，适用于吊装法采集的原状土柱渗漏液收集测量。

背景技术

随着稻田的过量施用肥料，稻田土壤和地下水的污染问题日益突出，研究污染物运移转化规律受到越来越多的关注。稻田渗漏是稻田耗水的重要组成部分，大型土柱(底面面积≥2m²)是模拟稻田水分迁移、物质流向的重要手段，而大型土柱渗漏液的量及组分的测量是水资源量估算、系统物质迁移研究必不可少的环节。目前渗漏液收集装置主要有2种：①全集渗装置，要准确收集一原状土柱所产生的渗漏液量，最基本而又可靠的方法是全集渗漏液计量，即土柱底部密封收集全部渗漏液，适用于小型土柱。而对大型土柱(≥2m²)进行作物生育期或年度时间单位上全集渗漏液计量，集渗面积大，不但需要较大的集渗设施，而且初期大型土柱的安放和后期渗漏液的计量、排水等费时费工；另外，原状土柱与其下垫土面隔绝，界面水分交换等状况不同于大田实际情况，使得大型原状土柱的模拟效果受到局限。②小型渗漏液采集装置，该装置能实现小面积渗漏液的采集，但目前该装置用于存放渗漏液的收集装置埋于地下，受制于箱体的大小和箱体内渗漏液量盈亏难于判断，另外多采用负压的方式抽取渗漏液，从而使得渗漏液采集装置上方的土壤水流场极易变形，从而降低了渗漏量的估算精确。另外，现有的渗漏水采集装置多采用PVC材料，大型原状土柱的采集与安装多用吊装法，由于安放过程中对土柱下垫面施压不均匀等因素，极易导致收集装置变形、接口开裂，增加了土柱的安放难度。因此，为大型土柱渗漏液的长期监测，一种适宜大型土柱的渗漏液收集装置的设计势在必行。

发明内容

针对上述存在的不足，本发明的目的是在于提供了一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的方法，方法易行，操作简便。本发明设计构建便于操作的大型原状土柱(≥2m²)渗漏液收集测量方法，解决了测渗面积与集渗设施的矛盾，同时，该方法利用原状土柱布设时形成的地形落差，设置渗漏液的流出过程完全依靠重力作用，实现了大型原状土柱的方便安放及渗漏液的自动采集。该方法操作方便，简化了土柱安放和渗漏液收集装置埋设的施工难度，所得样品可靠性高，能准确地测定渗漏液量。

本发明的另一个的目的是在于提供了一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置，该装置不仅采用玻璃作为主体材料，而且过滤填充物都为耐腐蚀材料，圆锥形过滤器能较好的模拟土柱下垫面效果，渗漏液测量装置为二级桶测量系统且位于土体外部，易于观测和维护，使得装置的长期性和所得的样品可靠性提高。该装置制作简易，操作简单，能长期使用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的方法，具体包括以下步骤：

(1)首先根据土柱的底面积确定渗漏液收集面积，再来设计过滤器。本方法中过滤器形状设计为圆锥体，主体由玻璃整体铸成，渗漏液过滤器底面为收集面积。

(2)在土柱安放下垫面的中间位置，开挖与圆锥过滤器形状一致、但高度大于圆锥过滤器3-5cm的圆锥槽，圆锥过滤器底面朝上水平安放后进行填充过滤层，然后在上面覆盖3-5cm的土层，对覆盖的土层进行压实且保持与下垫平面相平，进行模拟土柱和下垫面的土壤接触界面，对圆锥过滤器底面面积内的土柱渗漏液全部收集。

(3)利用原状土柱布设时形成的地形落差，开槽把导水管引出土柱下垫平面，使导水管另一端露出土体外，设置渗漏水测量装置整体低于导水管水平面5-8cm，渗漏水经过圆锥过滤器过滤后通过导水管直接流入测量系统，使得渗漏水的整个流动过程完全依靠重力作用运移。

(4)收集渗漏液时首先打开测量桶通气孔进行通气，隔固定时间进行记录测量桶刻度；取样时，首先用玻璃棒穿过一级桶通气孔搅匀水样，再打开取样管阀门进行取样；当二级桶满刻度后，打开排水管及取样管阀门进行排水，排水完毕后关上排水管及取样管阀门。到此全部完成一次渗漏液的收集、测量工作。可一直循环本步骤直至完成实验期内渗漏液的全部收集、测量工作。本方法可获得单位时间内土柱渗漏液量的准确数据及用于室内测试分析的可靠水样。

一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置，它包括圆锥过滤器、导水管、测量装置三部分；圆锥过滤器包括圆锥体、细沙过滤层、石英砂过滤层、小玻璃珠过滤层、大玻璃珠过滤层、尼龙隔网、PVC孔板、集液腔；测量装置包括软管、通气孔、一级桶、二级桶、输水管、取样管、排水管和阀门。其连接关系是：圆锥过滤器通过导水管连接测量装置中的一级桶，形成一个渗漏液收集测量整体系统；圆锥过滤器圆锥体内部有四层填充物，从上至下依次为细沙过滤层、石英砂过滤层、小玻璃珠(3-4mm)过滤层、大玻璃珠(5-6mm)过滤层，层与层之间用尼龙隔网相隔，大玻璃珠过滤层与集液腔由PVC孔板相隔，集液腔的下端与导水管连接，连接处用塑钢胶泥密封、固定；导水管内用大玻璃珠填充，软管连接导水管另一端后垂入一级桶桶底，一级桶通过输水管与二级桶在满刻度处连接，两个通气孔分别位于一级桶和二级桶的顶端，取样管连接在一级桶桶底侧壁，排水管连接在二级桶桶底侧壁。两个阀门分别安装在取样管和排水管上。测量系统各部件连接处均用PVC胶密封。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、该装置对土柱没有扰动，下垫面及渗漏液收集装置上方是真实的泥土垫面，接近田间状况的土壤环境。

2、该装置简化了土柱安放和渗漏液收集装置埋设的施工难度，解决了测渗面积与集渗设施的矛盾。

3、渗漏水过滤器主体材料为玻璃整体铸成，使得装置的长期性和所得的样品可靠性提高。

4、过滤层减少了收集系统中的淤泥，减少计量误差，而填充玻璃珠的导水管减少渗漏水在运输过程中过多空气对渗漏水质的影响。

5、渗漏液在整个运移过程中完全依靠重力作用，后期操作、维护简便。

附图说明

图1为一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置的主视图。

图2为图1的圆锥过滤器的剖视图。

图3为图1的测量装置剖视图

其中：1-圆锥过滤器(自制，一般普通技术人员均可制备)，2-导水管，3-测量装置(主要由一级桶、二级桶、输水管、排水管、取样管等部件组成，具体构造见图3)，4-圆锥体，5-细沙过滤层，6-石英砂过滤层，7-小玻璃珠过滤层，8-大玻璃珠过滤层，9-尼龙隔网，10-PVC孔板，11-集液腔，12-软管，13a-通气孔、13b-通气孔、14a-一级桶，14b-二级桶，15-输水管，16a-取样管，16b-排水管，17a-阀门(市场均有购置，普通)，17b-阀门(市场均有购置，普通)。

具体实施方式

实施例1：

一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的方法，其步骤是：

A、圆锥过滤器由玻璃整体铸成(一般普通技术人员均可制备)，高25-30cm，底面直径为35-50cm，为渗漏液收集面积。在土柱安放下垫平面中间位置，开挖与圆锥过滤器形状一致、高度大于圆锥过滤器3-5cm的圆锥槽，圆锥过滤器底面朝上水平安放，对底面面积内的土柱渗漏液全部收集。

B、圆锥体内部分层填充细沙(粒径范围为0.5-0.8mm)、石英砂(粒径范围为1-2mm)、小玻璃珠(粒径范围为3-4mm)和大玻璃珠(粒径范围为5-6mm)，层高为5-8cm，层与层之间有两层100目的尼龙纱网(孔径0.149mm)相隔，在细沙上面覆盖3-5cm的土层，压实保持与下垫平面相平，对渗漏水进行层层过滤。

C、集水腔(内径为25mm)一端以带孔的pvc板(孔径为1.5mm)与圆锥过滤层相隔，一端与导水管(外径25mm)相接，使渗漏水经过集水腔直接流入导水管。导水管内填充大玻璃珠(粒径范围为5-6mm)，开槽把导水管引出土柱下垫平面，使导水管另一端露出土体外，连接渗漏水测量装置。

D、渗漏水测量装置低于导水管水平面5cm，是由两个刻度桶(体积为25L的塑料桶)组成的二级测量系统，用PPR管(外径24mm)连通两桶，两桶连通处为两桶满刻度处(25L)。

E、软管(内径25mm)连接导水管引渗漏水进入一级桶底部，一级桶渗漏水满刻度后经塑料管进入二级桶。收集渗漏液时，打开刻度桶顶部的通气管进行通气，隔单位时间进行记录测量桶刻度；取样时，首先用玻璃棒穿过通气口搅匀水样，再打开一级桶底部侧壁的取样管阀门进行取样；当二级桶满刻度后，打开二级桶底部侧壁的排水管及一级桶的取样管的阀门进行排水，排水完毕后关上排水管及取样管的阀门。到此全部完成一次渗漏液的收集、测量工作，可一直循环本步骤直至完成实验期内渗漏液的全部收集、测量工作。获得了用于测试分析的水样和单位时间内的渗漏液量。

实施例2：

下面结合图1，图2和图3对本发明进一步详细描述：

根据图1，图2和图3可知。一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置，它由圆锥过滤器1、导水管2、测量装置3三个主体部分组成，圆锥过滤器1由圆锥体4、细沙过滤层5、石英砂过滤层6、小玻璃珠(3-4mm)过滤层7、大玻璃珠(5-6mm)过滤层8、尼龙隔网9、PVC孔板10、集液腔11组成，测量装置3由软管12、第一通气孔13a、第二通气孔13b、一级桶14a、二级桶14b、输水管15、取样管16a、排水管16b、第一阀门17a、第二阀门17b组成。细沙、石英砂、小玻璃珠和大玻璃珠粒径依次为＜0.84mm、1-2mm、3-4mm和5-6mm，层高为5cm，层与层之间有两层100目的尼龙纱网相隔。圆锥过滤器上方缓冲层填实土壤，模拟土壤界面，缓冲原状土柱吊装时与圆锥过滤器之间的压力。

其连接关系是：圆锥过滤器1通过导水管2连接测量装置3中的一级桶14a，形成一个渗漏液收集测量整体系统。圆锥过滤器1的主体圆锥体4内部有4层填充物，从上至下依次为细沙过滤层5、石英砂过滤层6、小玻璃珠过滤层7、大玻璃珠过滤层8，层与层之间用尼龙隔网9相隔，大玻璃珠过滤层8与集液腔11由PVC孔板10相隔，集液腔11的下端与导水管2连接，连接处用塑钢胶泥密封、固定，导水管2内用大玻璃珠过滤层8填充，软管12连接导水管2后垂入一级桶14a桶底，一级桶14a通过输水管15与二级桶14b在满刻度处连接，通气孔13a、通气孔13b分别位于一级桶14a和二级桶14b的顶端，取样管16a连接在一级桶14a桶底侧壁，排水管16b连接在二级桶14a桶底侧壁。第一阀门17a和第二阀门17b分别安装在取样管16a和排水管16b上。测量装置3各部件连接处用PVC胶密封。

Claims (3)

1.一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的方法，其步骤是：

（1）根据土柱的底面积确定渗漏液收集面积，设计过滤器，过滤器形状设计为圆锥体，主体由玻璃整体铸成，渗漏液过滤器底面为收集面积；

（2）在土柱安放下垫面的中间位置，开挖与圆锥过滤器形状一致、高度大于圆锥过滤器3-5cm的圆锥槽，圆锥过滤器底面朝上水平安放后进行填充过滤层，在上面覆盖3-5cm的土层，对覆盖的土层进行压实与下垫平面相平，进行模拟土柱和下垫面的土壤接触界面，对圆锥过滤器底面面积内的土柱渗漏液全部收集；

（3）利用原状土柱布设时形成的地形落差，开槽把导水管引出土柱下垫平面，使导水管另一端露出土体外，设置渗漏水测量装置整体低于导水管水平面5-8cm，渗漏水经过圆锥渗漏过滤器过滤后通过导水管直接流入测量系统，使得渗漏水的整个流动过程完全依靠重力作用运移；

（4）收集渗漏液时首先打开测量桶通气孔进行通气，隔固定时间进行记录测量桶刻度；取样时，首先用玻璃棒穿过一级桶通气孔搅匀水样，再打开取样管阀门进行取样；二级桶满刻度后，打开排水管及取样管阀门进行排水，排水完毕后关上排水管及取样管阀门，到此全部完成一次渗漏液的收集、测量工作，一直循环本步骤直至完成实验期内渗漏液的全部收集、测量工作。

2.权利要求1所述的一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置，它包括由圆锥过滤器（1）、导水管（2）、测量装置（3），其特征在于：圆锥过滤器（1）由圆锥体（4）、细沙过滤层（5）、石英砂过滤层（6）、小玻璃珠过滤层（7）、大玻璃珠过滤层（8）、尼龙隔网（9）、PVC孔板（10）、集液腔（11）组成，测量装置（3）由软管（12）、第一通气孔（13a）、第二通气孔（13b）、一级桶（14a）、二级桶（14b）、输水管（15）、取样管（16a）、排水管（16b）和第一阀门（17a）、第二阀门（17b）组成，圆锥过滤器（1）通过导水管（2）连接测量装置（3）中的一级桶（14a），形成一个渗漏液收集测量整体系统，圆锥过滤器（1）的圆锥体（4）内部有四层填充物，从上至下依次为细沙过滤层（5）、石英砂过滤层（6）、小玻璃珠过滤层（7）、大玻璃珠过滤层（8），层与层之间用尼龙隔网（9）相隔，大玻璃珠过滤层（8）与集液腔（11）由PVC孔板（10）相隔，集液腔（11）的下端与导水管（2）连接，连接处用塑钢胶泥密封、固定，导水管（2）内用大玻璃珠过滤层（8）填充，软管连接导水管（2）后垂入一级桶（14a）桶底，一级桶（14a）通过输水管（15）与二级桶（14b）在满刻度处连接，第一通气孔（13a）、第二通气孔（13b）分别位于一级桶（14a）和二级桶（14b）的顶端，第一取样管（16a）连接在一级桶（14a）桶底侧壁，排水管（16b）连接在二级桶（14a）桶底侧壁，第一阀门17a和第二阀门（17b）分别安装在第一取样管（16a）和第二排水管（16b）上。

3.权利要求2所述的一种稻田大型原状土柱渗漏液收集测量的装置，其特征在于：所述的测量装置（3）各部件连接处用PVC胶密封，集液腔（11）下端与导水管（2）连接处用塑钢胶泥密封、固定。

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