本發(fā)明涉及土壤鹽漬化及其監(jiān)測治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種裝配式含鹽土滲濾試驗系統(tǒng)及其方法。

技術(shù)背景

鹽漬土（鹽堿土）指含有鉀、鈉、鈣、鎂的氯化物、硫酸鹽和重碳酸鹽等鹽分，且含有石膏、芒硝和巖鹽（硫酸鹽或氯化物）等易溶鹽的土壤。沿海的含鹽土的主要是海水浸入到沿岸地區(qū)、內(nèi)陸盆地或洼地中，易溶鹽隨水流由高處帶往低處引起易溶鹽地下水位上升，經(jīng)過毛細(xì)作用和蒸發(fā)作用，鹽分殘留、凝聚而形成。含鹽土具有溶陷性、鹽脹性和腐蝕性，給工程帶來許多危害和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于土壤鹽分的增加使土壤溶液濃度增加，導(dǎo)致滲透壓不斷提高，植物從土壤中吸收水分的能力減小而表現(xiàn)為缺水。如果土壤溶液的滲透壓大于植物細(xì)胞內(nèi)滲透壓，植物就不能吸收土壤中的水分，發(fā)生“生理干旱”而死亡。因而無論從工程方面，還是從植物生長方面，開展土壤滲濾脫鹽或吸附試驗對于鹽漬化評價和鹽漬土監(jiān)測治理均有重要的意義。一種裝配式含鹽土滲濾試驗系統(tǒng)及其方法被提了出來，通過裝配式含鹽土滲濾試驗分析含鹽土的脫鹽過程，揭示脫鹽機(jī)理，對土壤環(huán)境評價和含鹽土砂監(jiān)測治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于方便室內(nèi)開展含鹽土滲濾脫鹽或土（砂）鹽基吸附試驗與理論分析，為土壤鹽漬化評定、鹽漬土治理和脫鹽技術(shù)提供便捷的定量試驗，提供一種裝配式含鹽土滲濾試驗系統(tǒng)及其方法，從而定量揭示含鹽土（砂）滲濾脫鹽過程或土（砂）吸附鹽基離子致鹽漬化的過程，并能在試驗完畢后獲得完整無擾動的試樣供實驗室微觀和細(xì)觀機(jī)理分析。本系統(tǒng)各部件獨立拆裝更換，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)久耐用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，易于推廣。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一、裝配式含鹽土滲濾試驗系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）

包括水壓流量裝置、進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測裝置和滲濾監(jiān)測裝置；進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測裝置包括進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置和出水水質(zhì)監(jiān)測裝置；

其位置和連接關(guān)系是：

水壓流量裝置、進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置、滲濾監(jiān)測裝置和出水水質(zhì)監(jiān)測裝置依次連接。

本系統(tǒng)的工作原理：

本系統(tǒng)通過精細(xì)測定進(jìn)出水水質(zhì)以及試驗過程土體電導(dǎo)率的滲濾脫鹽試驗和鹽分吸附試驗分析含鹽土脫鹽過程或土砂鹽分吸附過程；主要以經(jīng)過電導(dǎo)率測試的純凈水滲透含鹽土或一定含鹽量的溶液滲透洗凈的土砂，定量獲取試驗過程中土體和滲出液鹽分的變化，評價含鹽土的滲濾脫鹽過程或土砂鹽分吸附過程；裝配式滲濾裝置試驗前后土樣的便捷裝卸便于獲取擾動小的試驗后土樣供后期細(xì)觀試驗和機(jī)理分析。

二、裝配式含鹽土滲濾試驗方法（簡稱方法）

本方法包括下列步驟：

①試驗開始前將經(jīng)過實驗室測定初始含鹽量的土砂，按預(yù)計的密實度分組填筑于滲濾器內(nèi)，每個滲濾器根據(jù)需要按相同的密實度，也可以不同；甚至可以根據(jù)不同級配和密實度分別填筑；

②在各段裝填好試樣的滲濾器中間放置圓形多孔板，依次通過法蘭盤螺栓連接成一個整體；

③在反濾前封蓋里裝入反濾料（一般是標(biāo)準(zhǔn)石英砂），然后在反濾前封蓋法蘭盤一側(cè)放置圓形多孔板，通過法蘭盤螺栓與滲濾器連接；同樣的方法在另一端加裝反濾后封蓋；

④組裝水質(zhì)監(jiān)測裝置：將密封塞外套在水質(zhì)監(jiān)測傳感器上，再整體塞入進(jìn)出口水管的開口端使管口密封，確保水質(zhì)監(jiān)測傳感器的測試位置對準(zhǔn)進(jìn)出水口；將塑膠水管連接在進(jìn)出口水管的進(jìn)出水口；

⑤依次連接好進(jìn)水管、水壓調(diào)節(jié)器和數(shù)字流量計，并與組裝好的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置連接，再與反濾前封蓋的進(jìn)水口連接；連接后封蓋的出水口和組裝好的出水水質(zhì)監(jiān)測裝置；

⑥在滲濾器上安裝自動電導(dǎo)率計或時域反射計TDR；

⑦打開進(jìn)水壓力調(diào)節(jié)裝置，控制試驗流量和壓力進(jìn)行含鹽土（砂）滲濾試驗，監(jiān)測試驗過程中進(jìn)水、出水以及滲濾器的電導(dǎo)率傳感器或時域反射計TDR的讀數(shù)；

⑧試驗完成后，逐一拆卸滲濾器，選取每節(jié)試驗后的土（砂）試樣供后期含鹽量測試以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果：

①水壓流量裝置為市售配件，拆裝簡便且易于維護(hù)；

②進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測裝置造型獨特且易于組裝，也便于拆裝更換傳感器，選裝不同類型的傳感器開展針對性的水溶性離子實時監(jiān)測；

③反濾前封蓋既提供了進(jìn)水通道，又是反濾料容器；無縫連接的法蘭盤便于與滲濾器連接和拆卸；

④滲濾器造型簡單美觀，既是滲濾試驗的滲流通道，也是試驗土砂試驗過程中鹽度變化的測試場；管壁可根據(jù)需要設(shè)置不同測試傳感器安裝孔位，滿足試驗的不同測試需求；兩端法蘭盤便于試驗的安裝拆卸，也便于分段試驗、觀測以及試驗后取樣。

總之，本發(fā)明在進(jìn)水壓力控制、流量監(jiān)測、進(jìn)水水質(zhì)測試、土樣滲濾過程水質(zhì)監(jiān)測、出水水質(zhì)監(jiān)測以及試驗后拆卸取樣等各環(huán)節(jié)上具有顯著的有效性和便捷性，能準(zhǔn)確獲得含鹽土滲透過程的鹽分濾出或潔凈土砂對鹽分的吸附能力，對鹽漬土評定和脫鹽改良技術(shù)具有重要的意義；基于分段組合的滲濾器便于分段試驗、觀測以及試驗后取樣，該套滲濾試驗系統(tǒng)和方法對于揭示脫鹽規(guī)律和機(jī)理也具有很強(qiáng)的實用價值；便于拆裝的測試傳感器組合可以滿足不同要求的離子測定，大大地拓展了本發(fā)明的使用范圍；整套系統(tǒng)各部件獨立拆卸組裝更換，結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，經(jīng)久耐用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，易于推廣。

附圖說明

圖1.1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，

圖1.2是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2.1是水質(zhì)監(jiān)測裝置20的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2.2是水質(zhì)監(jiān)測裝置20的爆炸圖；

圖3.1是前封蓋31的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3.2是前圓形多孔板32的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3.3是滲濾器33的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

00—支架；

10—進(jìn)水壓力流量裝置，

11—進(jìn)水管，

12—進(jìn)水壓力調(diào)節(jié)器，

13—數(shù)字流量計；

20—水質(zhì)監(jiān)測裝置，

21—進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置，

211—進(jìn)出口水管，

212—密封塞，

213—水質(zhì)監(jiān)測傳感器；

22—出水水質(zhì)監(jiān)測裝置；

30—滲濾監(jiān)測裝置，

31—反濾前封蓋，

32—前圓形多孔板，

33—滲濾器，

331—第1滲濾器，332—第2滲濾器，……33N—第N滲濾器，

N是自然數(shù)，1≤N≤10；

A—安裝接口；

34—后圓形多孔板，

35—反濾后封蓋，

36—自動電導(dǎo)率計。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明：

一、系統(tǒng)

1、總體

如圖1.1、圖1.2，本系統(tǒng)包括水壓流量裝置10、水質(zhì)監(jiān)測裝置20和滲濾監(jiān)測裝置30；水質(zhì)監(jiān)測裝置20包括進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置21和出水水質(zhì)監(jiān)測裝置22；

其位置和連接關(guān)系是：

水壓流量裝置10、進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置21、滲濾監(jiān)測裝置30和出水水質(zhì)監(jiān)測裝置22依次連接。

2、功能裝置

1）水壓流量裝置10

如圖1.1、1.2，水壓流量裝置10包括依次連接的進(jìn)水管11、水壓調(diào)節(jié)器12和數(shù)字流量計13；

（1）進(jìn)水管11

進(jìn)水管11是市售的橡膠水管，為通用件；

（2）水壓調(diào)節(jié)器12

水壓調(diào)節(jié)器12為減壓閥或微調(diào)控制閥，通用件；

（3）數(shù)字流量計13

數(shù)字流量計13為市售用以監(jiān)測流量的儀器。

2）水質(zhì)監(jiān)測裝置20

如圖1.1，水質(zhì)監(jiān)測裝置20包括結(jié)構(gòu)相同的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置21和出水水質(zhì)監(jiān)測裝置22，分別在設(shè)置在本系統(tǒng)的進(jìn)水端和出水端。

如圖2.1、圖2.2，進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置21由進(jìn)出口水管211、密封塞212和水質(zhì)監(jiān)測傳感器213組成；其位置和連接關(guān)系是：進(jìn)出口水管211的進(jìn)出口連接進(jìn)出塑膠水管，水質(zhì)監(jiān)測傳感器213外套密封塞212后再整體塞入進(jìn)出口水管211的開口端使管口密封。

（1）進(jìn)出口水管211

如圖2.1、圖2.2，進(jìn)出口水管211是一種上端開口下端封閉的、管壁分別設(shè)置有進(jìn)出水口的結(jié)構(gòu)，安裝時水質(zhì)監(jiān)測傳感器213的測試位置對準(zhǔn)進(jìn)出水口，其開口端方便放置水質(zhì)監(jiān)測傳感213，管壁進(jìn)出水口是測試水流的通道。

（2）密封塞212

如圖2.1、圖2.2，密封塞212為圓形中空結(jié)構(gòu)，用于外套在水質(zhì)監(jiān)測傳感器213上并防止測試過程水體滲溢。

（3）水質(zhì)監(jiān)測傳感器213

水質(zhì)監(jiān)測傳感器213為一種圓柱狀的測試傳感器，市售通用件。

3）滲濾監(jiān)測裝置30

如圖1.1、圖1.2、圖3.1～圖3.3，滲濾監(jiān)測裝置30由依次連接的反濾前封蓋31、前圓形多孔板32、滲濾器33、后圓形多孔板34、反濾后封蓋35和自動電導(dǎo)率計36組成；自動電導(dǎo)率計36安裝在滲濾器33上。

（1）反濾前封蓋31和反濾后封蓋35

如圖3.1，反濾前封蓋31和反濾后封蓋35結(jié)構(gòu)相同，是一種帶有進(jìn)出水口和法蘭盤的半球形部件。

反濾前封蓋31的進(jìn)水口用以接入滲透水流，反濾后封蓋35的出水口接流出水，法蘭盤帶固定螺栓位可與滲濾器33緊密連接。

（2）圓形多孔板32

如圖3.3，圓形多孔板32是一種中間均布若干小圓孔，外環(huán)具有固定螺栓位的圓形板；用以攔阻反濾前封蓋31里的反濾料在滲透試驗過程中向土砂方向移動。

（3）滲濾器33

如圖3.3，滲濾器33包括第1滲濾器331、第2滲濾器332、……第N滲濾器33N；每個滲濾器33為一種兩端無縫緊固法蘭盤的管筒，在管筒壁上設(shè)置有自動電導(dǎo)率計36的安裝接口A，還可以根據(jù)試驗需要增加時域反射計TDR探針孔用以監(jiān)測試驗土砂含水量和電導(dǎo)率；

（4）自動電導(dǎo)率計36

自動電導(dǎo)率計36為圓柱狀測試傳感器，市售通用件。

3、本系統(tǒng)的組裝

①試驗開始前將經(jīng)過實驗室測定初始含鹽量的土砂，按預(yù)計的密實度分組填筑于滲濾器33內(nèi)，每個滲濾器33可以根據(jù)需要按相同的密實度，也可以不同；甚至可以根據(jù)不同級配和密實度分別填筑；

②在各段裝填好試樣的滲濾器33中間放置圓形多孔板，依次通過法蘭盤螺栓連接成一個整體；

③在反濾前封蓋31里裝入反濾料（一般是標(biāo)準(zhǔn)石英砂），然后在反濾前封蓋法蘭盤一側(cè)放置前圓形多孔板32，通過法蘭盤螺栓與滲濾器33連接；同樣的方法在另一端加裝后圓形多孔板34和反濾后封蓋35；

④組裝水質(zhì)監(jiān)測裝置：將密封塞212外套在水質(zhì)監(jiān)測傳感器213上，再整體塞入進(jìn)出口水管211的開口端使管口密封，確保水質(zhì)監(jiān)測傳感器213的測試位置對準(zhǔn)進(jìn)出水口；將塑膠水管連接在進(jìn)出口水管211的進(jìn)出水口；

⑤依次連接好進(jìn)水管11、水壓調(diào)節(jié)器12和數(shù)字流量計13，并與組裝好的進(jìn)水水質(zhì)監(jiān)測裝置21連接，再與反濾前封蓋31的進(jìn)水口連接；連接反濾后封蓋35的出水口和組裝好的出水水質(zhì)監(jiān)測裝置22；

⑥在滲濾器33上安裝自動電導(dǎo)率計36或時域反射計TDR；

⑦打開水壓調(diào)節(jié)器12，控制試驗流量和壓力進(jìn)行含鹽土滲濾試驗，監(jiān)測試驗過程中進(jìn)水、出水以及滲濾器33的電導(dǎo)率傳感器或時域反射計TDR的讀數(shù)；

⑧試驗完成后，逐一拆卸本系統(tǒng)，選取每節(jié)試驗后的土試樣供后期含鹽量測試以及細(xì)觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描。