CN103616495B - 一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其包括降雨组件、支架、用于容置待模拟的土壤的透明箱体。箱体的侧面开设有若干取样孔，底部开设有若干排水孔。支架包括底座、框体、角度调整组件。角度调整组件包括两个定位杆及支撑杆，两个定位杆相对设置在底座上，每个定位杆开设有预定间隔的若干定位孔。支撑杆通过穿过两个定位杆上的两个定位孔而横架于两个定位杆上，箱体安装在框体内，框体的一端铰接在底座的一端上，框体的另一端由支撑杆支撑。降雨组件包括降雨仪、将降雨仪固定在支架上空的安装架，降雨仪包括水管、两个水表，水管开设有若干出水孔，水管的两端均与水源连接，两个水表安装在该水管的两端。

Description

一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种模拟装置，尤其涉及一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，在未来相当长时间内，煤炭作为主体能源的地位不变。煤炭的大规模开采，促进了经济发展，但同时带来了一系列环境问题。因煤矿开采造成的土地沉陷、地表水土流失、煤矸石占压土地、地下水流失严重影响了矿区生态环境。煤炭开采导致地面沉陷，形成不同程度的坡度，导致土壤中养分因为坡度倾角不同而运移，影响土地质量。因而，有必要研究在降雨条件下，不同沉陷幅度对土壤养分运移的影响，并探究其运移规律，这在地质环境综合整治、工业固体废弃物填充复垦、沉陷地水域资源化利用和生态重建工程中有重要指导意义。

发明内容

本发明提供一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其探究不同沉陷幅度条件下沉陷区地表土壤养分运移规律，借助该模拟装置可以分析不同沉陷幅度条件下沉陷地的土地质量，给出较好的施肥建议，有效指导矿区土地复垦工作。

本发明是这样实现的，一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其包括降雨组件、支架、透明箱体；该箱体用于容置待模拟的土壤，该箱体的侧面开设有若干取样孔，该箱体的底部开设有若干排水孔；该支架包括底座、框体、角度调整组件，该角度调整组件包括两个定位杆以及一个支撑杆，该两个定位杆相对设置在该底座上，每个定位杆开设有预定间隔的若干定位孔，该支撑杆通过穿过该两个定位杆上的两个定位孔而横架于该两个定位杆上，该箱体安装在该框体内，该框体的一端铰接在该底座的一端上，而使该框体的另一端能相对该底座旋转，且该框体的另一端由该支撑杆支撑；该降雨组件包括降雨仪、将该降雨仪固定在该支架上空的安装架，该降雨仪包括水管、两个水表，该水管开设有若干出水孔，该水管的两端均与水源连接，该两个水表安装在该水管的两端。

作为上述方案的进一步改进，该水管为pvc管。

作为上述方案的进一步改进，该水管的两端分别通过软管与该水源连接。

作为上述方案的进一步改进，该水管呈方波形状。

作为上述方案的进一步改进，该支撑杆为钢筋。

作为上述方案的进一步改进，该若干取样孔均匀布局在该箱体的侧面上。

作为上述方案的进一步改进，该箱体为玻璃箱。

作为上述方案的进一步改进，该底座的底部安装有若干轮子。

本发明的有益效果是：（1）与现有技术相比，目前还未有研究充填开采与非充填开采条件下土壤养分的运移规律的具体措施，本发明为一套模拟充填开采与非充填开采条件下土壤养分运移规律的模型，不仅研究了探究两种开采方式土壤养分运移规律的方法，而且予以了具体的实施装置；（2）把支架、降雨组件、箱体分开，方便在箱体中装填土壤、便于模型的拆卸及清洗；（3）支架底部设置可以制动的轮子，方便模型的移动、停止；（4）降雨组件降雨均匀、稳定，能很好的模拟自然界中的降雨。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式提供的模拟土壤养分运移规律的模拟装置的结构示意图。

图2为图1中模拟土壤养分运移规律的模拟装置的箱体结构示意图。

图3为图1中模拟土壤养分运移规律的模拟装置的支架结构示意图。

图4为图1中模拟土壤养分运移规律的模拟装置的降雨组件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的模拟土壤养分运移规律的模拟装置包括降雨组件14、支架15、透明箱体1。

1.箱体1

箱体1用于容置待模拟的土壤，该箱体1的侧面开设有若干取样孔12，该箱体1的底部开设有若干排水孔（图未示）。

箱体1选用玻璃箱，在本实施方式中，箱体1采用有机玻璃箱，箱体1部分材质是有机玻璃，其透明材质有利于观察箱体1内充填物质情况。箱体1长85cm，宽18cm，高50cm，其侧壁设置有取样孔12，取样孔12直径1.7cm。可以利用土壤溶液抽取器从取样孔12采集土壤溶液样品，利用小型采样器采集土壤样品，底部设置有该排水孔。该若干取样孔12均匀布局在该箱体1的侧面上，以便能取样均匀。

2.支架15

支架15包括底座16、框体2、角度调整组件17。角度调整组件17包括两个定位杆3以及一个支撑杆5。两个定位杆3相对设置在该底座16上，每个定位杆3开设有预定间隔的若干定位孔4，该支撑杆5通过穿过该两个定位杆3上的两个定位孔4而横架于该两个定位杆3上，支撑杆5可选用钢筋。

箱体1安装在该框体2内，该框体2的一端铰接在该底座16的一端上，而使该框体2的另一端能相对该底座16旋转，且该框体2的另一端由该支撑杆5支撑。这样，框体2与底座16的相对位置可以由角度调整组件17的支撑杆5进行调整，只要将支撑杆5穿插的定位孔4的高度改变，即可改变框体2与底座16的角度。

在本实施方式中，支架15部分材质是不锈钢，抬高框体2自由端的高度来改变框体2的倾斜角度，设置不同的坡度，模拟矿区由于采煤沉陷造成不同的倾斜坡面。框体2长90cm、宽22cm、高45cm，其尺寸与箱体1相匹配。底座16长90cm、宽22cm，其尺寸与框体2互相匹配，底座16四角底部可安装有四个轮子6，便于支架15自由移动，当然轮子6的数量可以为三个或者更多，只要能便于支架15自由移动即可。

3.降雨组件14

降雨组件14包括降雨仪、将该降雨仪固定在该支架15上空的安装架11。该降雨仪包括：水管10；两个水表7、8。该水管10下方设置若干均匀针孔作为出水孔（图未示），该水管10的两端均与水源（图未示）连接，该两个水表7、8安装在该水管10的两端。

简而言之，降雨组件14包括降雨雨滴装置（即该降雨仪）、降雨装置支架（即安装架11）、降雨量记录装置（即两个水表7、8）。在本实施方式中，降雨装置支架材质为不锈钢，长1.55米，宽0.25米，高1.2米，降雨装置支架尺寸与箱体1及支架15部分匹配。雨滴装置置于降雨装置支架上，用扎带固定。在本实施方式中，雨滴装置为pvc管，其下方设置均匀针孔构成出水孔，两端分别通过软管9与水源连接。降雨量记录装置的两个水表7、8置于降雨雨滴装置两端，记录两端的进水量，从而计算降雨量。该装置降雨量为4mm/min，降雨面积为0.16m²，其尺寸与箱体1及支架15部分相匹配，克服了现有降雨装置降雨均匀度低、喷射面积不稳定的问题。优选地，该水管10呈方波形状，以便降雨能更均匀的分布。

实施时箱体1放入支架15的框体2中，将已经装有箱体1的支架15部分放在降雨装置正下方，设置支架15倾角为0度时，可以模拟充填开采（没有塌陷现象、地面平坦）地面土壤养分运移规律；设置支架15倾角大于0度时，可以模拟非充填开采（地面塌陷、形成一定倾角的坡面）地面土壤养分运移规律。

具体实施步骤如下。

1.将箱体1放入支架部分的框体2中，向箱体1填装土壤，按一定的容重压实。

2.填装土壤完成后，缓缓抬起框体2的一端，当框体2略高于模型角度设置部分（即定位杆3）上的定位孔4时，将钢筋（即支撑杆5）穿过支架15两侧的定位杆3上的小孔4，缓缓将框体2放置在钢筋上。若已知框体2倾斜角度，可以通过三角函数计算框体2抬起的高度，即定位孔4的位置。本发明中，通过定位孔4设置有三个角度：15°、30°、45°，其他的角度可依照此方法设计。模型倾角为0°时，模拟充填开采条件下，地面平坦，未发生沉陷时土壤养分运移情况。模型倾角大于0°模拟因非充填开采造成地面沉陷时，土壤养分运移规律。本发明根据淮北市五沟矿非充填开采条件下，地表沉陷造成地面倾斜的坡地大小来确定模型倾角的大小，所设置的角度分别为15°、30°、45°。

3.完成模型倾角的设置后，将支架15移到降雨装置正下方。记下水表7、8的读数，打开与软管9相连的水源的阀门，水流流经pvc管，Pvc管下方扎有均匀小孔，开始进行降雨，降雨范围为箱体部分的面积0.16m²。经过设定时间，记录水表7、8读数，计算降雨量。

4.降雨结束，每隔一定时间通过取样孔12取样，测定土壤中养分含量。取样结束，移去降雨装置，挖出填装在箱体1中的土壤，从框体2中取出箱体1，清洗准备下次试验。

5.取出的土壤样品风干、磨细、过1mm土壤筛，分别采用碱解扩散法/钼锑抗法/乙酸铵浸提法、重铬酸钾氧化滴定法测定各采样点土壤中铵态氮、速效磷、有效钾、有机质的含量获得不同采样点土壤养分含量变化规律，对矿区因塌陷造成的不同坡度的土地质量进行评价，正确指导矿区采煤沉陷地的治理工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：其包括降雨组件、支架、透明箱体；该箱体用于容置待模拟的土壤，该箱体的侧面开设有若干取样孔，该箱体的底部开设有若干排水孔，该若干取样孔均匀布局在该箱体的侧面上；该支架包括底座、框体、角度调整组件，该角度调整组件包括两个定位杆以及一个支撑杆，该两个定位杆相对设置在该底座上，每个定位杆开设有预定间隔的若干定位孔，该支撑杆通过穿过该两个定位杆上的两个定位孔而横架于该两个定位杆上，该箱体安装在该框体内，该框体的一端铰接在该底座的一端上，而使该框体的另一端能相对该底座旋转，且该框体的另一端由该支撑杆支撑；该降雨组件包括降雨仪、将该降雨仪固定在该支架上空的安装架，该降雨仪包括水管、两个水表，该水管开设有若干出水孔，该水管的两端均与水源连接，该两个水表安装在该水管的两端。

2.如权利要求1所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该水管为pvc管。

3.如权利要求1或2所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该水管的两端分别通过软管与该水源连接。

4.如权利要求1或2所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该水管呈方波形状。

5.如权利要求1所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该支撑杆为钢筋。

6.如权利要求1所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该箱体为玻璃箱。

7.如权利要求1所述的模拟土壤养分运移规律的模拟装置，其特征在于：该底座的底部安装有若干轮子。