CN113219154A - 一种模拟高寒冻土融区的实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的涉及一种模拟高寒冻土融区的实验系统，所述系统包括：箱体装置，其包括箱体，所述箱体内装填有试验土体；温控装置，包括温控箱，所述温控箱内放置所述箱体，所述温控装置用于控制所述箱体内的温度；供水装置，用于向所述箱体内输入溶液；所述供水装置包括：供水管道，所述供水装置设置在所述温控箱的外部，且所述供水装置通过所述供水管道穿设至温控箱内并连通于所述箱体；监测装置，设置在所述箱体内的试验土体内，所述监测装置用于监测所述试验土体的温度。本发明具有可直观观测高寒地区地下水、地表水及冻土地下冰融水等多元水的赋存、循环、演化规律状态，为实际的研究提供了有力参考，可广泛应用于高寒水循环试验设备技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及高寒水循环试验设备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种模拟高寒冻土融区的实验系统。
背景技术
多年冻土是连续两年以上温度为0℃以下的冻土，是高寒地区水文条件关键控制因素，对多种尺度的水文循环及生态环境都具有控制作用，同时冻土对气候变化较为敏感脆弱。融区是控制多年冻土分布格局的关键因素，也是地下水的补给、排泄及赋存重要场所。受气候暖湿化的影响，冻土融区存在数量增加、面积扩张的演化趋势。要了解地下水、地表水及冻土地下冰融水等多元水的赋存、循环、演化规律，就必须首先查清多年冻土融区分布规律和发育过程及趋势，尤其是广泛分布的河流侵蚀融区的在气候影响下的演变过程，这是深入研究多年冻土区水循环的基础性关键科学问题。因此本发明提供一种模拟实验装置，模拟河流侵蚀作用、辐射升温条件下融区演化过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟高寒冻土融区的实验系统。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种模拟高寒冻土融区的实验系统，所述系统包括：
箱体装置，其包括箱体，所述箱体内装填有试验土体；
温控装置，包括温控箱，所述温控箱内放置所述箱体，所述温控装置用于控制所述箱体内的温度；
供水装置，用于向所述箱体内输入溶液；所述供水装置包括：
供水管道；
所述供水装置设置在所述温控箱的外部，且所述供水装置通过所述供水管道穿设至温控箱内并连通于所述箱体；
监测装置，设置在所述箱体内的试验土体内，所述监测装置用于监测所述试验土体的温度。
优选地，所述试验土体位于所述箱体的顶面设置一条凹陷于所述试验土体的水槽，所述供水管路连通所述水槽。
优选地，所述装置还包括，辐射装置，设置在所述温控箱内位于所述箱体的正上方，所述辐射装置用于辐射升温，模拟气温上升过程。
优选地，渗水收集装置，用于收集所述箱体内的渗漏液体，所述渗水收集装置包括：
收集管路，设置在所述箱体的底部，并连通所述箱体。
优选地，所述试验土体由冰积砾石、压砂土以及纯水冻结而成。
优选地，所述监测系统包括多个温度传感器，间隔设置在所述试验土体内。
优选地，所述水槽包括：
第一端；
第二端；
所述供水管路包括：
进水管，其两端连通于所述供水装置与所述水槽的所述第一端之间；
出水管，其两端连通于所述供水装置与所述水槽的所述第二端之间；
所述供水装置朝所述水槽的所述第一端通入所述溶液，所述供水装置通过设置在所述水槽的所述第二端的所述出水管收集所述溶液。
优选地，所述供水装置包括：进水恒温器，设置在所述进水管上，用于调节进水温度。
优选地，所述供水装置包括：第一流量计和第二流量计，所述第一流量计设置在所述进水管上，所述第二流量计设置在所述出水管上。
优选地，所述供水装置包括：回水泵，所述回水泵设置在所述出水管上，用于从所述出水管端控制所述溶液的流量。
优选地，所述溶液包含水以及防冻液。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明的一种模拟高寒冻土融区的实验系统，以模拟高寒地区的冻土环境为基础，建立了试验体系，利用供水装置模拟冻土在融区的渗透、补给和排泄来源，结合监测装置直观地监测冻土内在各模拟装置的结合下，冻土内部，即试验土体内部的温度变化，进而为广泛分布的河流侵蚀融区在气候影响下的演变过程提供有力参考。具体包括：箱体装置，用于装填试验土体，即冻土，温控装置，包括用于将箱体装置包含在内的温控箱，用于控制箱体装置内的试验土体的温度，进而保持形成冻土环境，在通过供水装置供水，模拟地表水流对于冻土融区侵蚀的影响，通过进水管和出水管配合设置在试验土体上的水槽，当溶液从进水管流出至出水管后，计算出水管的出水流量，既能直观地监测出渗至冻土融区或冻土融化进入“河流”的水量，进而为深入研究多年冻土区水循环的基础性关键科学问题提供了有力参照，以及通过本发明可以很好地模拟河流冲蚀条件下冻土融区发育过程，分析冻土退化过程中温度场、融区冰-水转化量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明模拟高寒冻土融区的实验系统的整体结构示意图；
图2为本发明模拟高寒冻土融区的实验系统的整体结构侧视图；
附图标记说明：1、箱体装置，2、温控装置，3、供水装置，4、监测装置，5、渗水收集装置，6、辐射装置，7、水槽，8、进水管，9、出水管，10、第一流量计，11、进水恒温器，12、第二流量计，13、回水泵，14、试验土体，15、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示，本发明的一种模拟高寒冻土融区的实验系统，所述系统包括：箱体装置1、温控装置2、供水装置3、监测装置4，箱体装置1箱体，用于装填有试验土体14，该试验土体14即为冻土；温控装置2包括温控箱，温控箱内放置箱体，温控装置2用于控制箱体内的温度，用于维持冻土的低温环境，控温范围为-10℃到20℃，精度在0.01℃。冻土由冰积砾石、亚砂土、粉质粘土及其系列配置土样组成初始含水率为10～20％，为-4～-6℃的冻结状态，供水装置3用于向所述箱体内输入溶液，通过供水管道连通于箱体，朝箱体内输入溶液，溶液包含水以及防冻液组成，监测装置4设置在所述箱体内的试验土体14内，用于监测所述试验土体14的温度。
在上述技术方案中，供水装置3通过向箱体内通入溶液，溶液流经冻土的表体，在通过出水管9路回收流过冻土表体的溶液体积来直观监测，当水流经过冻土融区时的赋存、循环、演化规律，即渗水量、以及溢出水量，以及上述水流增减的方式和规律温度变化等。
在另一种技术方案中，所述试验土体14位于所述箱体的顶面设置一条凹陷于所述试验土体14的水槽7，所述供水管路连通所述水槽7，水槽7用于通过溶液，将进水管8和出水管9分别设置在水槽7的两端，以出水管9的水量为最终结算体积，与通过进水管8的水量相比较即可直观监测渗至试验土体14或试验土体14进入水槽7的水量。
在另一种技术方案中，所述装置还包括，辐射装置6，设置在所述温控箱内位于所述箱体的正上方，所述辐射装置6用于辐射升温，模拟气温上升过程。
在另一种技术方案中，渗水收集装置5，用于收集所述箱体内的渗漏液体，所述渗水收集装置5包括：收集管路，设置在所述箱体的底部，并连通所述箱体，该收集管路包含多条收集管，用于收集渗流的溶液，参与到水流损失的计算中，渗水管路的出口节段上还设置有第三流量计。
在另一种技术方案中，所述试验土体14由冰积砾石、亚砂土、粉质粘土以及纯水冻结而成。
在另一种技术方案中，所述监测系统包括多个温度传感器15，间隔设置在所述试验土体14内，温度传感器15包含多个，均匀分布在试验土体14的内部，以使能够更加转确地测算容易流过水槽7时试验土体14内的温度变化，每一温度传感器15均通过导线连接外部的PC端，用于显示温度。
在另一种技术方案中，所述水槽7包括：第一端和第二端；
所述供水管路包括：进水管8，其两端连通于所述供水装置3与所述水槽7的所述第一端之间；出水管9，其两端连通于所述供水装置3与所述水槽7的所述第二端之间；
所述供水装置3朝所述水槽7的所述第一端通入所述溶液，所述供水装置3通过设置在所述水槽7的所述第二端的所述出水管9收集所述溶液。
在另一种技术方案中，所述供水装置3包括：进水恒温器11，设置在所述进水管8上，用于调节进水温度。
在另一种技术方案中，所述供水装置3包括：第一流量计10和第二流量计12，所述第一流量计10设置在所述进水管8上，所述第二流量计12设置在所述出水管9上，通过第一流量计10和第二流量计12来初始的进入水量以及流出箱体后的最终水量。
在另一种技术方案中，所述供水装置3包括：回水泵13，所述回水泵13设置在所述出水管9上，用于从所述出水管9端控制所述溶液的流量，其中，供水装置是封闭回路，由回水泵13控制流量，进水前有进水恒温器11控制水温。
在另一种技术方案中，所述溶液包含水以及防冻液，且防冻液也可采用包含浓度为5-15％的乙二醇溶液的水，或其他防冻液，以避免溶液在低温流通水槽7的过程中发生冻结。
进一步地，箱体由透明材质制备，可直观地观察实验过程中箱体内部的环境变化，具体可采用钢化玻璃。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述系统包括：
箱体装置，其包括箱体，所述箱体内装填有试验土体；
温控装置，包括温控箱，所述温控箱内放置所述箱体，所述温控装置用于控制所述箱体内的温度；
供水装置，用于向所述箱体内输入溶液；所述供水装置包括：
供水管道；
所述供水装置设置在所述温控箱的外部，且所述供水装置通过所述供水管道穿设至温控箱内并连通于所述箱体；
监测装置，设置在所述箱体内的试验土体内，所述监测装置用于监测所述试验土体的温度。
2.根据权利要求1所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述试验土体位于所述箱体的顶面设置一条凹陷于所述试验土体的水槽，所述供水管路连通所述水槽。
3.根据权利要求1所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述装置还包括，辐射装置，设置在所述温控箱内位于所述箱体的正上方，所述辐射装置用于辐射升温，模拟气温上升过程。
4.根据权利要求1所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，渗水收集装置，用于收集所述箱体内的渗漏液体，所述渗水收集装置包括：
收集管路，设置在所述箱体的底部，并连通所述箱体。
5.根据权利要求1所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述试验土体由冰积砾石、亚砂土、粉质粘土以及纯水冻结而成。
6.根据权利要求1所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述监测系统包括多个温度传感器，间隔设置在所述试验土体内。
7.根据权利要求2所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述水槽包括：
第一端；
第二端；
所述供水管路包括：
进水管，其两端连通于所述供水装置与所述水槽的所述第一端之间；
出水管，其两端连通于所述供水装置与所述水槽的所述第二端之间；
所述供水装置朝所述水槽的所述第一端通入所述溶液，所述供水装置通过设置在所述水槽的所述第二端的所述出水管收集所述溶液。
8.根据权利要求7所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述供水装置包括：进水恒温器，设置在所述进水管上，用于调节进水温度。
9.根据权利要求7所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述供水装置包括：第一流量计和第二流量计，所述第一流量计设置在所述进水管上，所述第二流量计设置在所述出水管上。
10.根据权利要求7所述的模拟高寒冻土融区的实验系统，其特征在于，所述供水装置包括：回水泵，所述回水泵设置在所述出水管上，用于从所述出水管端控制所述溶液的流量。
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