CN108106980A - 泥炭饱和导水率测定方法及测定装置 - Google Patents

泥炭饱和导水率测定方法及测定装置 Download PDF

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吕军
姚艳玲
董彦民
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change

Abstract

本发明公开了一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，它包括：冬季在冰冻泥炭层中钻取圆柱形泥炭样品，冷冻保存；将泥炭样品放在一个圆柱形筒内的中央，在圆柱形筒筒壁与泥炭样品之间添加加热后融化的石蜡，冷却后泥炭样品固定在圆柱形筒中；在圆柱形筒底设置过滤层，向圆柱形筒内加水，测定导水率。解决传统的大体积测定泥炭导水率方法存在的样品容易变形、炭样品与箱体因接触不紧实引起的“边缘效应”的问题。

Description

泥炭饱和导水率测定方法及测定装置
技术领域
本发明属于生态系统测试技术领域，具体涉及一种泥炭饱和导水率的室内精确测定方法以及测定装置。
技术背景
泥炭地这一复杂生态系统主要由植被、水、泥炭三部分组成，水是这一生态系统的关键环节，它衔接地表植被与泥炭，是泥炭和地表植被之间的“桥梁”。泥炭地水文过程分为地上和地下两部分，两者之间关系密切，入渗是联系地表和地下水文运动过程的关键，而泥炭饱和导水率就是衡量泥炭地水分入渗速率和规模的指标。大量研究证实，泥炭饱和导水率受泥炭类型、孔隙度、分解程度、有机质以及人为干扰等多种因素的影响。作为泥炭地水文过程的重要子过程，饱和导水率的精确测定与否直接决定水文模型的正确性，同时对认识水分-植被-土壤的对应的响应机制至关重要。由于泥炭主要由不同分解程度的植物残体组成，植物纤维含量高，具有疏松易断的特征，因而取样过程中极易发生扰动变形，造成理想的原状泥炭样品很难获得。而科学研究的精确性要求必须有原状的泥炭样品作为研究载体，且样品量往往要求很大，取样过程中轻微扰动可能会带来研究结果的巨大差异，样品量的多寡则会影响研究结果的代表性。
传统的大体积泥炭样品的取样主要是人为开挖泥炭剖面，这一方法的主要缺陷是样品容易变形且会造成样品不同层位的交叉污染，同时样品的轻微变形都会严重影响泥炭物理性质。对泥炭的饱和导水率测定而言，传统的大体积测定方法是将样品至于同规格的箱体内，施加以倾斜角度和水头。这一实验方法忽略了泥炭样品与箱体因接触不紧实引起的“边缘效应”，大量会从两者之间的缝隙流出，造成测量值与实际值相差数个数量级。
因此，一种精确的饱和导水率测定方法和与之配套的大体积原状泥炭样品的采集方法已成为泥炭物理性质研究领域的迫切需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的大体积测定泥炭导水率方法存在的样品容易变形、炭样品与箱体因接触不紧实引起的“边缘效应”的问题，提供一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法及测定装置。
一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，它包括：
1）冬季在冰冻泥炭层中钻取圆柱形泥炭样品，冷冻保存；
2）将泥炭样品放在一个圆柱形筒内的中央，在圆柱形筒筒壁与泥炭样品之间添加加热后融化的石蜡，冷却后泥炭样品固定在圆柱形筒中；
3）在圆柱形筒底设置过滤层，向圆柱形筒内加水，测定导水率；
步骤2）所述的泥炭样品室温下在筒内自然消融，泥炭样品表层消融0.8-1.2cm后，再加入石蜡；
步骤3）所述的加水，是在泥炭样品完全融化后，再加水；
步骤3）所述的测定导水率，是在渗水流速率稳定后，再测定导水率；
步骤3）所述的测定导水率，圆柱形筒内的水位高度应稳定在同一高度。
泥炭饱和导水率测定装置，它包括：筒1、底座、基座2、集水筒4、过滤材料；所述的底座分两部分，中央为泥炭样品部11，设有密布的出水孔，周围为石蜡部12；石蜡部12为环形，底座设置在基座2上，集水筒4放在底座的下方；筒1放在底座上；过滤材料放在泥炭样品部11上；
所述的底座固定在基座2上，集水漏斗3设在底座的下方，泥炭样品筒1放在底座上。
所述的底座下部设有集水漏斗3。
所述的泥炭饱和导水率测定装置，还设有注水装置8，所述的注水装置8设有水位限位开关9。
所述的泥炭饱和导水率测定装置，还设有固定架，注水装置8通过固定架固定在基座上，所述的固定架高度可调。
所述的泥炭饱和导水率测定装置，还包括一个泥炭样品盖；
所述的泥炭样品盖为一圆形板，其直径≧泥炭样品5直径，小于泥炭样品筒1内径；当其泥炭样品盖大于泥炭样品5直径时，周围设若干豁口。
本发明提供了一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法及测定装置，1）冬季在冰冻泥炭层中钻取圆柱形泥炭样品，冷冻保存；
2）将泥炭样品放在一个圆柱形筒内的中央，在圆柱形筒筒壁与泥炭样品之间添加加热后融化的石蜡，冷却后泥炭样品固定在圆柱形筒中；
3）在圆柱形筒底设置过滤层，向圆柱形筒内加水，测定导水率；
本发明提供了一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，它包括：冬季在冰冻泥炭层中钻取圆柱形泥炭样品，冷冻保存；将泥炭样品放在一个圆柱形筒内的中央，在圆柱形筒筒壁与泥炭样品之间添加加热后融化的石蜡，冷却后泥炭样品固定在圆柱形筒中；在圆柱形筒底设置过滤层，向圆柱形筒内加水，测定导水率。解决传统的大体积测定泥炭导水率方法存在的样品容易变形、炭样品与箱体因接触不紧实引起的“边缘效应”的问题。
本发明与传统方法相比，一方面满足了精确测定泥炭饱和导水率的要求，避免了“边缘效应”带来的测量误差，极大的提高了测量精度，实际测量精度可达±0.1mm/s。另一方面，实验装置能满足大体积泥炭样品的测定要求，使实验结果更具代表性。此外，首次创造性的使用冰心钻钻取大体积泥炭样品，由于泥炭在冰冻状态，样品不受外力干扰，不发生物理形变。
附图说明
图1为泥炭饱和导水率测定装置示意图。
1、筒，2、基座、3、集水漏斗、4、集水筒，5、泥炭样品、6、水层、7、石蜡，8、注水装置，9、水位限位开关，11、底座泥炭样品部，12、底座石蜡部。
具体实施方式
实施例1泥炭饱和导水率测定装置
请参见图1，泥炭饱和导水率测定装置，它包括：筒1、底座、基座2、集水漏斗3、集水筒4、泥炭样品5、水6、石蜡7、注水装置8、水位限位开关9、过滤材料；所述的底座分两部分，中央为泥炭样品部11，设有密布的出水孔，周围为石蜡部12；石蜡部12为环形，底座设置在基座2上，其下部设有集水漏斗3，集水筒4放在集水漏斗3的下方；筒1放在底座上；过滤材料放在泥炭样品部11上；水位限位开关9
所述的底座固定在基座2上，集水漏斗3设在底座的下方，泥炭样品筒1放在底座上；
所述的过滤材料为纱布；
所述的泥炭饱和导水率测定装置还注水装置8通过固定架固定在基座上，所述的固定架高度可调；
所述的泥炭样品盖为一圆形板，其直径≧泥炭样品5直径，小于泥炭样品筒1内径；当其圆形板大于泥炭样品5直径时，周围设若干豁口。
实施例2 泥炭饱和导水率测定
1、在冬季使用马达式冰芯钻钻取大体积的圆柱形泥炭样品（直径20cm），放在冰箱内保存；
2、用角磨机将泥炭样品高度40cm，截面削平；在底座上铺上过滤材料，把冷冻的泥炭样品5放在过滤过滤材料上，底座的中央位置，泥炭样品筒1放在底座上，将泥炭样品盖盖在泥炭样品5的上截面上；
3、石蜡升温至100℃使其融化；
4、在室温条件下使样品在筒1内自然消融，样品表层消融的厚度以1cm为宜，待样品融化约1cm后，将稍加冷却的液态石蜡倒入泥炭样品5与筒1间的缝隙中，此过程必须一次填充完成，在注入石蜡7的过程中要避免石蜡5滴入样品表层横截面，以免引起测量误差；石蜡5填充高度与样品6高度平齐，误差控制在0.5cm以内；
5、石蜡5凝固，拿下泥炭样品盖；泥炭样品完全融化，此时，泥炭样品应是被石蜡紧密密封住的；
6、调解注水装置固定架，至水位限位开关9在泥炭上方5cm，将往钢筒1内注蒸馏水至泥炭完全饱和，在出水口放置集水筒4承接下渗水流，此过程一般持续时间为2小时。
7、渗水流速率稳定后更换集水筒4，打开计时器开始计时，计时过程中，水位高度必须一致稳定在同一高度；计时时间持续30分钟，再更换集水筒4，重复集水3次，每次30分钟；利用量筒计算单位时间内下渗水流量。

Claims (10)

1.一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，它包括：
1）冬季在冰冻泥炭层中钻取圆柱形泥炭样品，冷冻保存；
2）将泥炭样品放在一个圆柱形筒内的中央，在圆柱形筒筒壁与泥炭样品之间添加加热后融化的石蜡，冷却后泥炭样品固定在圆柱形筒中；
3）在圆柱形筒底设置过滤层，向圆柱形筒内加水，测定导水率。
2.根据权利要求1所述的一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，其特征在于：步骤2）所述的泥炭样品室温下在圆柱形筒内自然消融，泥炭样品表层消融0.8-1.2cm后，再加入石蜡。
3.根据权利要求1或2所述的一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，其特征在于：步骤3）所述的加水，是在泥炭样品完全融化后，再加水；步骤3）所述的测定导水率，是在渗水流速率稳定后，再测定导水率。
4.根据权利要求1所述的一种大体积泥炭饱和导水率的测定方法，其特征在于：步骤3）所述的测定导水率，圆柱形筒内的水位高度应稳定在同一高度。
5.泥炭饱和导水率测定装置，它包括：筒（1）、底座、基座（2）、集水筒（4）、过滤材料；所述的底座分两部分，中央为泥炭样品部（11），设有密布的出水孔，周围为石蜡部（12）；石蜡部（12）为环形，底座设置在基座（2）上，集水筒（4）放在底座的下方；筒（1）放在底座上；过滤材料放在泥炭样品部（11）上；所述的底座固定在基座（2）上，集水漏斗（3）设在底座的下方，泥炭样品筒（1）放在底座上。
6.根据权利要求5所述的泥炭饱和导水率测定装置，其特征在于：底座下部设有集水漏斗（3）。
7.根据权利要求6所述的泥炭饱和导水率测定装置，其特征在于：还设有注水装置（8），所述的注水装置（8）设有水位限位开关（9）。
8.根据权利要求7所述的泥炭饱和导水率测定装置，其特征在于：还设有固定架，注水装置（8）通过固定架固定在基座上，所述的固定架高度可调。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的泥炭饱和导水率测定装置，其特征在于：还包括一个泥炭样品盖。
10.根据权利要求9所述的泥炭饱和导水率测定装置，其特征在于：所述的泥炭样品盖为一圆形板，其直径≧泥炭样品5直径，小于泥炭样品筒1内径；当其泥炭样品盖大于泥炭样品5直径时，周围设若干豁口。
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