本發(fā)明涉及一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置。

背景技術(shù)：

土壤凍融作用和水熱交換，貫穿于寒區(qū)的產(chǎn)流、入滲和蒸散發(fā)過程，是寒區(qū)水循環(huán)研究的核心環(huán)節(jié)。凍結(jié)和半凍結(jié)土壤和巖層中固態(tài)含水量的存在，改變了土壤液態(tài)水分—土壤水勢關(guān)系(土壤水分特征曲線)，改變了土壤—巖石層的實際水力傳導(dǎo)率，最終改變了液態(tài)水分的運移方向、運移長度、運移速率和運移量。過去一般進(jìn)行認(rèn)為凍土是相對隔水層，但是各國研究者在不同時期利用各種不同方法調(diào)查研究了凍土的存在對土壤中水力傳導(dǎo)率和土壤滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)凍土并非完全隔水層，液態(tài)水分能夠在非飽和凍土層中遷移。凍土消融作用對土壤壤中流的貢獻(xiàn)是多少，以及凍土水文特征的演變規(guī)律，現(xiàn)有的技術(shù)往往經(jīng)過水文模擬技術(shù)，將融雪模擬作為水文模型的一部分。然而，缺乏定量檢測凍土消融過程中對土壤壤中流的影響，及其作用機(jī)理。為此，迫切需要研發(fā)一種快速、簡便準(zhǔn)確模擬凍土土壤壤中流的實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置，通過模擬降水入滲補給、凍土消融作用與地下水毛管上升補給土壤水的過程，進(jìn)一步推導(dǎo)出土壤水水分來源的類型，其推算結(jié)果誤差小，且便于操作。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置，包括：降雨模擬裝置，所述降雨模擬裝置將示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗原狀土柱中；土柱模擬裝置，所述土柱模擬裝置包括有機(jī)玻璃圓柱體以及所述有機(jī)玻璃圓柱體內(nèi)的試驗原狀土柱和砂礫石層，所述試驗原狀土柱與所述砂礫石之間設(shè)置有土工布，在所述試驗原狀土柱的不同高度和底部布置有多個采集孔，在所述有機(jī)玻璃圓柱體的底部設(shè)置集水槽；地下水模擬裝置，所述地下水模擬裝置包括馬氏瓶和導(dǎo)管，所述導(dǎo)管一端連接到所述馬氏瓶且另一端連接到所述土柱模擬裝置的所述砂礫石層，將示蹤劑溶液通過毛管上升補給給所述試驗原狀土柱；制冷裝置；以及加熱裝置。

優(yōu)選地，所述土柱作為一種近自然狀態(tài)的土壤形態(tài)。

優(yōu)選地，所用示蹤劑不被土壤顆粒吸附。

檢測時，所述降雨模擬裝置將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到所述試驗原狀土柱中，以模擬降水積水入滲補給土壤水；所述地下水模擬裝置將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補給土壤水，直至所述試驗原狀土柱中的土壤水達(dá)到飽和狀態(tài)，然后靜置以處于近自然狀態(tài)；所述制冷裝置使所述試驗原狀土柱完全凍結(jié)，形成凍土；所述加熱裝置加熱所述試驗原狀土柱，以模擬凍土融化過程；所述降雨模擬裝置將第三種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗原狀土柱中，并在所述試驗原狀土柱的不同高度及底部的多個采集孔收集水樣；通過測定采集水樣中示蹤劑的含量與種類，解析土壤中水分的來源。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過模擬降水入滲補給與地下水毛管上升補給土壤水的過程，解析出凍土土壤水水分來源類型。并且，本發(fā)明通過測量水樣中示蹤劑的含量推導(dǎo)出凍土土壤水的來源類型。

附圖說明

在下文中將參照附圖更完全地描述本發(fā)明的一些示例實施例；然而，本發(fā)明可以以不同的形式體現(xiàn)，不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限于本文所提出的實施例。相反，附圖與說明書一起例示本發(fā)明的一些示例實施例，并用于解釋本發(fā)明的原理和方面。

在圖中，為了例示清楚，尺寸可能被夸大。貫穿全文，相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為利用根據(jù)本發(fā)明的基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置的而實現(xiàn)的凍土壤中流水源類型檢測方法的流程圖。

其中，1：降雨模擬裝置；2：土柱模擬裝置；2-1：試驗原狀土柱；2-2：有機(jī)玻璃圓柱體；2-3：土工布；2-4：砂礫石；2-5：包氣帶；3：地下水模擬裝置；3-1：馬氏瓶；3-2：導(dǎo)管；4：采集孔；6：制冷裝置；7：加熱裝置；8：集水槽。

具體實施方式

在下面的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的某些示例性實施例簡單地通過例示的方式被示出和描述。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的那樣，所描述的實施例可以以各種不同的方式修改，所有這些都不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，圖和描述將被視為在本質(zhì)上是例示性的，而不是限制性的。

下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的基于示蹤技術(shù)的壤中流水齡解析的試驗裝置。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：

降雨模擬裝置1，降雨模擬裝置1將示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗原狀土柱2-1中；

土柱模擬裝置2，土柱模擬裝置2包括有機(jī)玻璃圓柱體2-2以及有機(jī)玻璃圓柱體內(nèi)的試驗原狀土柱2-1和砂礫石層2-4，試驗原狀土柱2-1與砂礫石2-4之間設(shè)置有土工布2-3，在試驗原狀土柱2-1的不同高度和底部布置有多個采集孔4，在有機(jī)玻璃圓柱體2的底部設(shè)置集水槽8；

地下水模擬裝置3，地下水模擬裝置3包括馬氏瓶3-1和導(dǎo)管3-2，導(dǎo)管3-2一端連接到馬氏瓶3-1且另一端連接到土柱模擬裝置2的砂礫石層2-4，將示蹤劑溶液通過毛管上升補給給試驗原狀土柱2-1；

制冷裝置6，制冷裝置6用于使試驗原狀土柱2-1完全凍結(jié)，形成凍土；以及

加熱裝置7，加熱裝置7用于加熱試驗原狀土柱2-1，以模擬凍土融化過程。

檢測時，降雨模擬裝置1將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗原狀土柱2-1中，以模擬降水積水入滲補給土壤水；地下水模擬裝置3將第二種示蹤劑溶液通過毛管上升補給土壤水，直至試驗原狀土柱2-1中的土壤水達(dá)到飽和狀態(tài)，然后靜置以處于近自然狀態(tài)；制冷裝置6使試驗原狀土柱2-1完全凍結(jié)，形成凍土；加熱裝置7加熱試驗原狀土柱2-1，以模擬凍土融化過程；降雨模擬裝置1將第三種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到試驗原狀土柱2-1中，并在試驗原狀土柱2-1的不同高度及底部的多個采集孔4收集水樣；通過測定采集水樣中示蹤劑的含量與種類，解析土壤中水分的來源。

優(yōu)選地，試驗原狀土柱來源于采樣地點采集的原狀土樣，該試驗原狀土柱作為一種近自然狀態(tài)的土壤形態(tài)。

優(yōu)選地，試驗所用示蹤劑不被土壤顆粒吸附。

如圖2中所示，一種基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測方法，該方法包括以下步驟：

s1：從采樣地點采集原狀土樣做成試驗原狀土柱；

s2：取3種示蹤劑分別加入水中，并制成溶液；

s3：將第一種示蹤劑溶液以人工降雨的形式入滲到所述土柱中，以模擬降水積水入滲補給土壤水，用第二種示蹤劑溶液模擬地下水系統(tǒng)，通過毛管上升補給土壤水，直至所述土柱中的土壤水達(dá)到飽和狀態(tài)，然后靜置以處于近自然狀態(tài)；

s4：使所述土柱完全凍結(jié)，形成凍土；

s5：加熱所述土柱，模擬凍土融化過程；

s6：將第三種示蹤劑溶液同樣以人工降雨的形式入滲到所述土柱中，并在所述土柱不同高度及底部采集水樣；

s7：通過測定采集水樣中示蹤劑的含量與種類，解析土壤中水分的來源。

本發(fā)明所采用的基于示蹤技術(shù)的凍土壤中流水源類型檢測裝置，簡單易于操作，通過模擬降水入滲補給與地下水毛管上升補給土壤水的過程，解析出凍土土壤水水分來源類型。并且，本發(fā)明通過測量水樣中示蹤劑的含量推導(dǎo)出凍土土壤水的來源類型。