Guelph入渗仪在测定盐田土壤渗透性上的应用_图文

1、Guel ph入渗仪在测定盐田土壤渗透性上的应用贺华1,孙之南1,伍倩1,李叶萌1,马若欣1,康群兰2,汤联虎2(1.天津科技大学海洋科学与工程学院,天津300457;2.河北省南堡盐场生产处,河北唐山063305摘要:文章首次将G ue l ph入渗仪用于盐田土壤渗透量的测定。获得了南堡盐场一支队、二支队、五支队部分结晶单元调节和蒸发区盐田土壤渗透系数,测定盐田卤水浓度范围为15.0b Be c22.6b Be c,渗透系数值基本在0.48mm/d0.29mm/d之间。实验结果表明:南堡盐场盐田土壤为发育成熟的盐田土壤。G ue l ph入渗仪最佳的适用条件是不饱和土壤渗透系数的测定,而盐田

2、蒸发结晶池土壤大部分为饱和土壤,因此在应用该设备来测定盐田土壤渗透性时需慎重选择测试点。关键词:Gue l ph入渗仪;盐田土壤;渗透性中图分类号:TS341.1文献标识码:B文章编号: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运行效果验证通过一段时间的检测,对测量的数据进行认真地分析总结,该台涡街流量计存在的问题得以基本解决(见表2。目前这套仪表运行良好,基本上满足计量精度的要求。表2测量数据次数12356789101112131415测量数值(t15.5515.3215.3715.2114.8315.6516.7315.6616.7715.4515.7516.4415.7615.46理论数值(t15.3215.1115.0815.6715.1415.4316.5415.3217.8015

8、.1315.2317.1516.2115.84误差(%1.51.3 1.9 2.92.01.41.22.2 5.7 2.1 3.44.12.72.36结束语影响涡街流量计测量准确度及运行稳定性的因素是多方面的,本文是通过处理该故障的全过程起抛砖引玉的作用。1 前言盐田卤水渗透是日晒制盐过程非常重视的问题。在制卤结晶过程中,土壤的渗透损失不仅将造成吨盐耗原料海水量的成倍增加,而且随着高浓卤水的渗透,同时损失了卤水的有效蒸发量,使盐田单位面积产量降低,消耗增大,严重影响盐田的经济效益。因此,因地制宜地采取防渗措施,减少渗透损失,是提高海盐单产、增加经济效益的有效措施。为科学考察防渗效果,必须首先解

9、决盐田土壤渗透性的测定方法。在这方面我国盐业科技人员进行过长期的实验探索工作,设计并制造了一些设备和方法14,取得一些实验成果,但至今尚未获得令人满意的结果。通过调研,获知Gue l p h 入渗仪(美国,该仪器轻便,操作简便,测量时不对原土产生破坏,测定数据精确、快速。因此,首次尝试将其用于盐田不饱和土壤渗透系数的测定。测渗地点选择在河北省南堡盐场一、二、五支队。收稿日期:2006-07-06作者简介:贺华(1977-,男,制盐科学与工程专业博士研究生;孙之南(1943-,女,教授,主要从事制盐与盐田资源开发利用的研究。2 Guelph 入渗仪测定原理2.1 渗透原理土的渗透性,即土中自由水

10、流动的难易程度,是土的重要性质之一5。土壤的渗透性用渗透系数的大小来表示。渗透系数是在层流状态下,渗透速度与渗流的水力坡降之比。其严格的物理意义为水力坡度等于1时,水透过土的渗透速度,在盐田土壤学中一般用符号/K 0表示,单位为mm /d 或c m /s 。渗透系数也称土壤透水率,对于一定条件下某土壤来说,其值接近常数。影响盐田土壤渗透性的主要因素是卤水浓度、水温、土的粒径、颗粒级配、土的孔隙比、饱和度等等5。一般用10e 时的数据来表示透水率的大小,记作K 10。Guelph 入渗仪是一种以M ariotte 原理制作的/定位0入渗仪。该仪器应用恒定水头原理,测定现场原位土壤的渗透系数。测定

11、深度为土壤表层之下15c m 75c m 。将入渗仪置于钻孔内,水从入渗仪的储水管经支撑管缓慢流入钻孔并渗入土壤中,至某一时刻达到饱和状态,储水管中水流的下降速率也将达到一个恒定值(可测量出。根据这些测量数据,以及钻孔直径和钻孔内水位,可以计算出土壤的渗透系数。2.2 计算公式根据测定原理,Guelph 入渗仪提供了测定温度下渗透系数的计算方法,其计算公式为:K t =(0.0041(Y (R 2-(0.0054(Y (R 1在现场测定盐田土壤渗透性时,由于入渗仪中注入的是淡水,因此测定的数据是淡水的渗透系数,而欲获得的盐田土壤的渗透系数需进行温度和浓度的订正。温度订正:计算温度T=10e 下

12、淡水的渗透系数K 10:K 10=K t /(0.7+0.03t浓度订正:计算不同卤水粘度下的渗透系数K fs :K b l0=K 10G w10/G b10在进行卤水粘度测定时,采用密度与波美比重间关系式进行换算:d=144.15/(144.3-b Be c 式中:Y 储水管常数,当只有内部储水管被选择使用时的管内截面积,Y =2.18c m 2;R 1/2当第一或第二个水头被建立时,储水管中水下降的稳态速率,c m /s ;d t 温度下卤水的密度,g /c m 3;K t t 温度下淡水的渗透系数,c m /s ;G w1010e 时淡水的粘度,Pa #s ;G b1010e 时卤水的粘

13、度,Pa #s ;K 1010e 时淡水的渗透系数,c m /s ;K b1010e 时卤水的渗透系数,c m /s 。3 实验仪器Gue l p h 2800K I 型入渗仪(见图1、梅特勒托利多DE51型密度计、乌式粘度计、恒温槽、温度计、秒表。4 实验步骤4.1 现场盐田土壤渗透性的测定(见图2、图34.1.1 洞的准备在打洞之前,必须对土壤状况进行考察,使所选地点能够代表所要研究的土壤。然后用土壤钻头和平整钻头打一个直径6c m,深度约38c m 的洞。 图1 Guelph 2800KI 型入渗仪图2 观测示意图图3 现场试验4.1.2 安装入渗仪将储水管、空气管和支撑管完全连接好,放

14、低进入三脚架中。一旦底部空气管入口末端被固定好,放低并设置好洞的高度指示器,夹紧储水管的帽子。洞的水头指示器上的/00刻度将在距离储水管帽子顶端5mm 下。4.1.3 注水拔出储水管帽子中的皮塞。调节储水管的阀门使凹槽向上。内管与外管是连通的。注入适量的水,装满后关好开关,上面注水孔用橡胶管罩上并夹紧。将三脚架中心对准打好的孔,慢慢把入渗仪放入打好的孔中。调节三脚架让测量仪器高度合适。 4.1.4 读数通过观测储水管中水流下降的速率,选择合适的储水管。一旦选择合适的储水管(内外两管结合或内管,不要随意改变阀门状况。(1测量在第一高度H 1时的渗透流量提升空气管直到高度指示器指示H 1=5c m

15、,读数塞底部与刻度水平。标注记录选择储水管中水平面的刻度。用连续间歇读数差除以时间间隔即可得到水的下降速率。储水管水流的下降速率表明了从入渗仪流出进入土壤的水的渗透速率。当渗透速率稳定时,连续读取并记录三个相同的数值。(2测量在第二高度H 2时的渗透流量握住上部空气管缓慢提升上部空气管直到高度指示器指示H 2=10c m,读数方法同上。最后测定储水管中的水温T 。4.2 室内卤水密度的测度在实验室内,利用梅特勒托利多DE 51型密度计测定卤水密度,每个样品作平行样取平均值。4.3 室内卤水粘度的测定在实验室内,恒温槽设定温度10e ,利用乌式粘度计测量卤水粘度,每个样品作平行样取平均值。5 实

16、验数据及处理本次测定过程所得现场淡水渗透系数、卤水密度、粘度测定结果如表1、表2、表3所示。表1 现场淡水渗透系数的测定结果序号测量地点温度(e 渗透系数(mm /d1#二支队五工区三工段76号滩北蒸一东埝8.0 1.28732#二支队五工区三工段76号滩2段调节池北埝8.00.64353#二支队八工区十五工段115号滩第二调节池北埝8.00.43984#二支队八工区十五工段115号滩北蒸一南埝9.00.64355#五支队二工区7号滩第五赶卤池西北角埝8.00.87846#五支队二工区7号滩第四、五调节池中埝10.00.51497#五支队三工区13号滩第四、五赶卤池中埝9.01.28738#一

17、支队三工区35号滩南起第一调节池东埝7.08.5985*9#一支队三工区35号滩第六调节池北埝 3.20.643510#一支队三工区35号滩第一蒸发池东埝6.0 1.287111#一支队一工区四工段7号滩第六调节池北埝(卤井埝 4.00.6435* 与盐田经验数据相比,测定结果偏高。表2 室内卤水密度测定结果(T=10e 样品编号一次测量(g /c m 3二次测量(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 室内卤水粘度测定结果(T=10e 样品编号水的流出时间t 1(s卤水的流出时间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续表3样品编号水的流出时间t1(s卤水的流出时间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下水的性质G水=1.3077mPa#s;Q水=0.9997g/c m3由实测数据整理,得盐田土壤渗透系数结果如表4所示。表4盐田土壤渗透系数的测定结果序号测量地点波美度(b B e c渗透系数(mm/d1#二支队五工区三工段76号滩北蒸一东埝16.0

20、10.9049 2#二支队五工区三工段76号滩2段调节池北埝16.360.44373#二支队八工区十五工段115号滩第二调节池北埝17.310.28754#二支队八工区十五工段115号滩北蒸一南埝15.960.4349 5#五支队二工区7号滩第五赶卤池西北角埝21.290.4815 6#五支队二工区7号滩第四、五调节池中埝17.190.3221 7#五支队三工区13号滩第四、五赶卤池中埝18.480.7825 8#一支队三工区35号滩南起第一调节池东埝19.825.1920* 9#一支队三工区35号滩第六调节池北埝18.460.4781 10#一支队三工区35号滩第一蒸发池东埝14.970.9

21、91711#一支队一工区四工段7号滩第六调节池北埝(卤井埝22.570.3681 *与盐田经验数据相比,测定结果偏高。6结论(1首次将Guelph入渗仪应用到盐田土壤渗透性的测定中。Guelph入渗仪最佳的适用条件是不饱和土壤渗透系数的测定,而盐田蒸发池土壤大部分为饱和土壤,因此本次测定是在部分结晶单元调节池和蒸发池的池埝上完成的。(2本次测定卤水浓度范围为15.0b B e c22.6b Be c,渗透系数值除8#的渗透系数为5.1920mm/d外,其余值都在0.99mm/d0.29mm/d之间,64%的渗透系数值在0.48mm/d0.29mm/d之间,较好地反映了成熟盐田土壤渗透情况,测定

22、结果表明南堡盐场盐田土壤为发育成熟的盐田土壤。(3采用Guelph入渗仪测定盐田土壤渗透系数基本可行。但由于池埝的自然熟化、压实程度、修整和损坏情况等均有所不同,因而在测定选点和判断测定数据能否较准确地代表池底渗透情况的问题上,应结合现场实际情况,慎重确定。参考文献1张玉平.介绍一种新型测渗仪J.海湖盐与化工,1993,22(3:13-15.2刘洪.X W ZL盐田测渗仪的研制J.海湖盐与化工,1994,23(5:6-8.3李振亮.负压直读式盐田测渗仪的研制J.海湖盐与化工,1997,26(2;1-3.4王玉杰,周秀云,姜秉严,李宝起.活塞型点测渗仪的研究J.海湖盐与化工,1997,26(4:6-8.5三木五三郎主编,陈世杰译.日本土工试验法M.北京:中国铁道出版社,1985.392-439.