Guelph入滲儀在測(cè)定鹽田土壤滲透性上的應(yīng)用_圖文

1、Guel ph入滲儀在測(cè)定鹽田土壤滲透性上的應(yīng)用賀華1,孫之南1,伍倩1,李葉萌1,馬若欣1,康群蘭2,湯聯(lián)虎2(1.天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院,天津300457;2.河北省南堡鹽場(chǎng)生產(chǎn)處,河北唐山063305摘要:文章首次將G ue l ph入滲儀用于鹽田土壤滲透量的測(cè)定。獲得了南堡鹽場(chǎng)一支隊(duì)、二支隊(duì)、五支隊(duì)部分結(jié)晶單元調(diào)節(jié)和蒸發(fā)區(qū)鹽田土壤滲透系數(shù),測(cè)定鹽田鹵水濃度范圍為15.0b Be c22.6b Be c,滲透系數(shù)值基本在0.48mm/d0.29mm/d之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:南堡鹽場(chǎng)鹽田土壤為發(fā)育成熟的鹽田土壤。G ue l ph入滲儀最佳的適用條件是不飽和土壤滲透系數(shù)的測(cè)定,而鹽田

2、蒸發(fā)結(jié)晶池土壤大部分為飽和土壤,因此在應(yīng)用該設(shè)備來測(cè)定鹽田土壤滲透性時(shí)需慎重選擇測(cè)試點(diǎn)。關(guān)鍵詞:Gue l ph入滲儀;鹽田土壤;滲透性中圖分類號(hào):TS341.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1673-6850(200606-0053-04Applicati on of Guel ph Per mea meter i n Deter m i ni ngthe Soil Per m eab ility of Salt PanHE H ua1,SUN Zh-i nan1,WU Q ian1,L IY e-m eng1,MA Ruo-x in1,KANG Qun-lan2,TANG L ian-hu2(1

3、.Co llege ofM arine Science and Eng ineeri n g,T ian ji n University o f Science&Techno logy,T ianji n300457,China;2.D epart m ent o f Production o fNanpuSalt w orks,Tangshan H ebe i Pr ov i n ce063305,Chi n aA bstrac t:In th i s pape r,Gue l ph per m ea m eter is used fo r the first ti m e to d

4、eter m i ne t he so ilper m eab ility of salt pan.T aking Nnapu salt w orks as an exa m ple,the parti a l crystalliza tion m odu l esregulati on and evaporati on zone o f N o.1tea m,N o.2tea m,N o.5team salt pans w ere se l ected to de-ter m i ne the so il permeability.The concentrati on o f t he br

5、 i ne i n the salt wo rks i s15.0b Be c22.6bBe c,and t he va l ue of coeffic i ent is be t w een0.48mm/d and0.29mm/d.T he resu lts of expe ri m enti ndicate t hat the so il of sa lt pan i n N anpu sa lt works i s m ature.T he best applicab le cond iti ons o fG uelph permeame ter i s to m easure the

6、per m eation coeffic i ent of t he non-saturated so i,l but most o ft he evapo ration and crystalliza tion so il i n salt pan are saturated,so the test po i nt should be ca refu ll ycho sen i n t he app licati on of t he equ i p m en t i n dete r m ini ng t he so il per m eab ility of salt pan.K ey

7、word s:G ue l ph per m ea m e ter;sa lt pan so i;l permeability5運(yùn)行效果驗(yàn)證通過一段時(shí)間的檢測(cè),對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真地分析總結(jié),該臺(tái)渦街流量計(jì)存在的問題得以基本解決(見表2。目前這套儀表運(yùn)行良好,基本上滿足計(jì)量精度的要求。表2測(cè)量數(shù)據(jù)次數(shù)12356789101112131415測(cè)量數(shù)值(t15.5515.3215.3715.2114.8315.6516.7315.6616.7715.4515.7516.4415.7615.46理論數(shù)值(t15.3215.1115.0815.6715.1415.4316.5415.3217.8015

8、.1315.2317.1516.2115.84誤差(%1.51.3 1.9 2.92.01.41.22.2 5.7 2.1 3.44.12.72.36結(jié)束語影響渦街流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度及運(yùn)行穩(wěn)定性的因素是多方面的,本文是通過處理該故障的全過程起拋磚引玉的作用。1 前言鹽田鹵水滲透是日曬制鹽過程非常重視的問題。在制鹵結(jié)晶過程中,土壤的滲透損失不僅將造成噸鹽耗原料海水量的成倍增加,而且隨著高濃鹵水的滲透,同時(shí)損失了鹵水的有效蒸發(fā)量,使鹽田單位面積產(chǎn)量降低,消耗增大,嚴(yán)重影響鹽田的經(jīng)濟(jì)效益。因此,因地制宜地采取防滲措施,減少滲透損失,是提高海鹽單產(chǎn)、增加經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。為科學(xué)考察防滲效果,必須首先解

9、決鹽田土壤滲透性的測(cè)定方法。在這方面我國鹽業(yè)科技人員進(jìn)行過長期的實(shí)驗(yàn)探索工作,設(shè)計(jì)并制造了一些設(shè)備和方法14,取得一些實(shí)驗(yàn)成果,但至今尚未獲得令人滿意的結(jié)果。通過調(diào)研,獲知Gue l p h 入滲儀(美國,該儀器輕便,操作簡便,測(cè)量時(shí)不對(duì)原土產(chǎn)生破壞,測(cè)定數(shù)據(jù)精確、快速。因此,首次嘗試將其用于鹽田不飽和土壤滲透系數(shù)的測(cè)定。測(cè)滲地點(diǎn)選擇在河北省南堡鹽場(chǎng)一、二、五支隊(duì)。收稿日期:2006-07-06作者簡介:賀華(1977-,男,制鹽科學(xué)與工程專業(yè)博士研究生;孫之南(1943-,女,教授,主要從事制鹽與鹽田資源開發(fā)利用的研究。2 Guelph 入滲儀測(cè)定原理2.1 滲透原理土的滲透性,即土中自由水

10、流動(dòng)的難易程度,是土的重要性質(zhì)之一5。土壤的滲透性用滲透系數(shù)的大小來表示。滲透系數(shù)是在層流狀態(tài)下,滲透速度與滲流的水力坡降之比。其嚴(yán)格的物理意義為水力坡度等于1時(shí),水透過土的滲透速度,在鹽田土壤學(xué)中一般用符號(hào)/K 0表示,單位為mm /d 或c m /s 。滲透系數(shù)也稱土壤透水率,對(duì)于一定條件下某土壤來說,其值接近常數(shù)。影響鹽田土壤滲透性的主要因素是鹵水濃度、水溫、土的粒徑、顆粒級(jí)配、土的孔隙比、飽和度等等5。一般用10e 時(shí)的數(shù)據(jù)來表示透水率的大小,記作K 10。Guelph 入滲儀是一種以M ariotte 原理制作的/定位0入滲儀。該儀器應(yīng)用恒定水頭原理,測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)原位土壤的滲透系數(shù)。測(cè)定

11、深度為土壤表層之下15c m 75c m 。將入滲儀置于鉆孔內(nèi),水從入滲儀的儲(chǔ)水管經(jīng)支撐管緩慢流入鉆孔并滲入土壤中,至某一時(shí)刻達(dá)到飽和狀態(tài),儲(chǔ)水管中水流的下降速率也將達(dá)到一個(gè)恒定值(可測(cè)量出。根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù),以及鉆孔直徑和鉆孔內(nèi)水位,可以計(jì)算出土壤的滲透系數(shù)。2.2 計(jì)算公式根據(jù)測(cè)定原理,Guelph 入滲儀提供了測(cè)定溫度下滲透系數(shù)的計(jì)算方法,其計(jì)算公式為:K t =(0.0041(Y (R 2-(0.0054(Y (R 1在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定鹽田土壤滲透性時(shí),由于入滲儀中注入的是淡水,因此測(cè)定的數(shù)據(jù)是淡水的滲透系數(shù),而欲獲得的鹽田土壤的滲透系數(shù)需進(jìn)行溫度和濃度的訂正。溫度訂正:計(jì)算溫度T=10e 下

12、淡水的滲透系數(shù)K 10:K 10=K t /(0.7+0.03t濃度訂正:計(jì)算不同鹵水粘度下的滲透系數(shù)K fs :K b l0=K 10G w10/G b10在進(jìn)行鹵水粘度測(cè)定時(shí),采用密度與波美比重間關(guān)系式進(jìn)行換算:d=144.15/(144.3-b Be c 式中:Y 儲(chǔ)水管常數(shù),當(dāng)只有內(nèi)部儲(chǔ)水管被選擇使用時(shí)的管內(nèi)截面積,Y =2.18c m 2;R 1/2當(dāng)?shù)谝换虻诙€(gè)水頭被建立時(shí),儲(chǔ)水管中水下降的穩(wěn)態(tài)速率,c m /s ;d t 溫度下鹵水的密度,g /c m 3;K t t 溫度下淡水的滲透系數(shù),c m /s ;G w1010e 時(shí)淡水的粘度,Pa #s ;G b1010e 時(shí)鹵水的粘

13、度,Pa #s ;K 1010e 時(shí)淡水的滲透系數(shù),c m /s ;K b1010e 時(shí)鹵水的滲透系數(shù),c m /s 。3 實(shí)驗(yàn)儀器Gue l p h 2800K I 型入滲儀(見圖1、梅特勒托利多DE51型密度計(jì)、烏式粘度計(jì)、恒溫槽、溫度計(jì)、秒表。4 實(shí)驗(yàn)步驟4.1 現(xiàn)場(chǎng)鹽田土壤滲透性的測(cè)定(見圖2、圖34.1.1 洞的準(zhǔn)備在打洞之前,必須對(duì)土壤狀況進(jìn)行考察,使所選地點(diǎn)能夠代表所要研究的土壤。然后用土壤鉆頭和平整鉆頭打一個(gè)直徑6c m,深度約38c m 的洞。 圖1 Guelph 2800KI 型入滲儀圖2 觀測(cè)示意圖圖3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)4.1.2 安裝入滲儀將儲(chǔ)水管、空氣管和支撐管完全連接好,放

14、低進(jìn)入三腳架中。一旦底部空氣管入口末端被固定好,放低并設(shè)置好洞的高度指示器,夾緊儲(chǔ)水管的帽子。洞的水頭指示器上的/00刻度將在距離儲(chǔ)水管帽子頂端5mm 下。4.1.3 注水拔出儲(chǔ)水管帽子中的皮塞。調(diào)節(jié)儲(chǔ)水管的閥門使凹槽向上。內(nèi)管與外管是連通的。注入適量的水,裝滿后關(guān)好開關(guān),上面注水孔用橡膠管罩上并夾緊。將三腳架中心對(duì)準(zhǔn)打好的孔,慢慢把入滲儀放入打好的孔中。調(diào)節(jié)三腳架讓測(cè)量儀器高度合適。 4.1.4 讀數(shù)通過觀測(cè)儲(chǔ)水管中水流下降的速率,選擇合適的儲(chǔ)水管。一旦選擇合適的儲(chǔ)水管(內(nèi)外兩管結(jié)合或內(nèi)管,不要隨意改變閥門狀況。(1測(cè)量在第一高度H 1時(shí)的滲透流量提升空氣管直到高度指示器指示H 1=5c m

15、,讀數(shù)塞底部與刻度水平。標(biāo)注記錄選擇儲(chǔ)水管中水平面的刻度。用連續(xù)間歇讀數(shù)差除以時(shí)間間隔即可得到水的下降速率。儲(chǔ)水管水流的下降速率表明了從入滲儀流出進(jìn)入土壤的水的滲透速率。當(dāng)滲透速率穩(wěn)定時(shí),連續(xù)讀取并記錄三個(gè)相同的數(shù)值。(2測(cè)量在第二高度H 2時(shí)的滲透流量握住上部空氣管緩慢提升上部空氣管直到高度指示器指示H 2=10c m,讀數(shù)方法同上。最后測(cè)定儲(chǔ)水管中的水溫T 。4.2 室內(nèi)鹵水密度的測(cè)度在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),利用梅特勒托利多DE 51型密度計(jì)測(cè)定鹵水密度,每個(gè)樣品作平行樣取平均值。4.3 室內(nèi)鹵水粘度的測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),恒溫槽設(shè)定溫度10e ,利用烏式粘度計(jì)測(cè)量鹵水粘度,每個(gè)樣品作平行樣取平均值。5 實(shí)

16、驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理本次測(cè)定過程所得現(xiàn)場(chǎng)淡水滲透系數(shù)、鹵水密度、粘度測(cè)定結(jié)果如表1、表2、表3所示。表1 現(xiàn)場(chǎng)淡水滲透系數(shù)的測(cè)定結(jié)果序號(hào)測(cè)量地點(diǎn)溫度(e 滲透系數(shù)(mm /d1#二支隊(duì)五工區(qū)三工段76號(hào)灘北蒸一東埝8.0 1.28732#二支隊(duì)五工區(qū)三工段76號(hào)灘2段調(diào)節(jié)池北埝8.00.64353#二支隊(duì)八工區(qū)十五工段115號(hào)灘第二調(diào)節(jié)池北埝8.00.43984#二支隊(duì)八工區(qū)十五工段115號(hào)灘北蒸一南埝9.00.64355#五支隊(duì)二工區(qū)7號(hào)灘第五趕鹵池西北角埝8.00.87846#五支隊(duì)二工區(qū)7號(hào)灘第四、五調(diào)節(jié)池中埝10.00.51497#五支隊(duì)三工區(qū)13號(hào)灘第四、五趕鹵池中埝9.01.28738#一

17、支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘南起第一調(diào)節(jié)池東埝7.08.5985*9#一支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘第六調(diào)節(jié)池北埝 3.20.643510#一支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘第一蒸發(fā)池東埝6.0 1.287111#一支隊(duì)一工區(qū)四工段7號(hào)灘第六調(diào)節(jié)池北埝(鹵井埝 4.00.6435* 與鹽田經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,測(cè)定結(jié)果偏高。表2 室內(nèi)鹵水密度測(cè)定結(jié)果(T=10e 樣品編號(hào)一次測(cè)量(g /c m 3二次測(cè)量(g/c m 3平均值(g /c m 3波美度(b B e c 1#1.12361.12361.123616.012#1.12671.12671.126716.363#1.13511.13521.135217.314#1.12321.

18、12321.123215.965#1.17181.17181.171821.296#1.13401.13411.134017.197#1.14571.14571.145718.488#1.15801.15801.158019.829#1.14541.14561.145518.4610#1.11461.11461.114614.9711#1.18421.18421.184222.57表3 室內(nèi)鹵水粘度測(cè)定結(jié)果(T=10e 樣品編號(hào)水的流出時(shí)間t 1(s鹵水的流出時(shí)間t 2(s粘度(mPa #s1#45.060.6 1.97932#45.061.62.01763#45.064.5 2.12834#

19、45.061.11.9949續(xù)表3樣品編號(hào)水的流出時(shí)間t1(s鹵水的流出時(shí)間t2(s粘度(mPa#s5#45.074.52.5377 6#45.063.42.0900 7#45.066.62.2180 8#45.070.72.3799 9#45.066.42.2110 10#45.059.51.9278 11#45.081.02.7883注:10e下水的性質(zhì)G水=1.3077mPa#s;Q水=0.9997g/c m3由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理,得鹽田土壤滲透系數(shù)結(jié)果如表4所示。表4鹽田土壤滲透系數(shù)的測(cè)定結(jié)果序號(hào)測(cè)量地點(diǎn)波美度(b B e c滲透系數(shù)(mm/d1#二支隊(duì)五工區(qū)三工段76號(hào)灘北蒸一東埝16.0

20、10.9049 2#二支隊(duì)五工區(qū)三工段76號(hào)灘2段調(diào)節(jié)池北埝16.360.44373#二支隊(duì)八工區(qū)十五工段115號(hào)灘第二調(diào)節(jié)池北埝17.310.28754#二支隊(duì)八工區(qū)十五工段115號(hào)灘北蒸一南埝15.960.4349 5#五支隊(duì)二工區(qū)7號(hào)灘第五趕鹵池西北角埝21.290.4815 6#五支隊(duì)二工區(qū)7號(hào)灘第四、五調(diào)節(jié)池中埝17.190.3221 7#五支隊(duì)三工區(qū)13號(hào)灘第四、五趕鹵池中埝18.480.7825 8#一支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘南起第一調(diào)節(jié)池東埝19.825.1920* 9#一支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘第六調(diào)節(jié)池北埝18.460.4781 10#一支隊(duì)三工區(qū)35號(hào)灘第一蒸發(fā)池東埝14.970.9

21、91711#一支隊(duì)一工區(qū)四工段7號(hào)灘第六調(diào)節(jié)池北埝(鹵井埝22.570.3681 *與鹽田經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,測(cè)定結(jié)果偏高。6結(jié)論(1首次將Guelph入滲儀應(yīng)用到鹽田土壤滲透性的測(cè)定中。Guelph入滲儀最佳的適用條件是不飽和土壤滲透系數(shù)的測(cè)定,而鹽田蒸發(fā)池土壤大部分為飽和土壤,因此本次測(cè)定是在部分結(jié)晶單元調(diào)節(jié)池和蒸發(fā)池的池埝上完成的。(2本次測(cè)定鹵水濃度范圍為15.0b B e c22.6b Be c,滲透系數(shù)值除8#的滲透系數(shù)為5.1920mm/d外,其余值都在0.99mm/d0.29mm/d之間,64%的滲透系數(shù)值在0.48mm/d0.29mm/d之間,較好地反映了成熟鹽田土壤滲透情況,測(cè)定

22、結(jié)果表明南堡鹽場(chǎng)鹽田土壤為發(fā)育成熟的鹽田土壤。(3采用Guelph入滲儀測(cè)定鹽田土壤滲透系數(shù)基本可行。但由于池埝的自然熟化、壓實(shí)程度、修整和損壞情況等均有所不同,因而在測(cè)定選點(diǎn)和判斷測(cè)定數(shù)據(jù)能否較準(zhǔn)確地代表池底滲透情況的問題上,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,慎重確定。參考文獻(xiàn)1張玉平.介紹一種新型測(cè)滲儀J.海湖鹽與化工,1993,22(3:13-15.2劉洪.X W ZL鹽田測(cè)滲儀的研制J.海湖鹽與化工,1994,23(5:6-8.3李振亮.負(fù)壓直讀式鹽田測(cè)滲儀的研制J.海湖鹽與化工,1997,26(2;1-3.4王玉杰,周秀云,姜秉嚴(yán),李寶起.活塞型點(diǎn)測(cè)滲儀的研究J.海湖鹽與化工,1997,26(4:6-8.5三木五三郎主編,陳世杰譯.日本土工試驗(yàn)法M.北京:中國鐵道出版社,1985.392-439.