Guelph入滲儀在測定鹽田土壤滲透性上的應用_圖文

1、Guel ph入滲儀在測定鹽田土壤滲透性上的應用賀華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.天津科技大學海洋科學與工程學院,天津300457;2.河北省南堡鹽場生產(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定。獲得了南堡鹽場一支隊、二支隊、五支隊部分結晶單元調(diào)節(jié)和蒸發(fā)區(qū)鹽田土壤滲透系數(shù),測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。實驗結果表明:南堡鹽場鹽田土壤為發(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)的測定,而鹽田

2、蒸發(fā)結晶池土壤大部分為飽和土壤,因此在應用該設備來測定鹽田土壤滲透性時需慎重選擇測試點。關鍵詞:Gue l ph入滲儀;鹽田土壤;滲透性中圖分類號:TS341.1文獻標識碼:B文章編號: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運行效果驗證通過一段時間的檢測,對測量的數(shù)據(jù)進行認真地分析總結,該臺渦街流量計存在的問題得以基本解決(見表2。目前這套儀表運行良好,基本上滿足計量精度的要求。表2測量數(shù)據(jù)次數(shù)12356789101112131415測量數(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結束語影響渦街流量計測量準確度及運行穩(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,嚴重影響鹽田的經(jīng)濟效益。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)濟效益的有效措施。為科學考察防滲效果,必須首先解

9、決鹽田土壤滲透性的測定方法。在這方面我國鹽業(yè)科技人員進行過長期的實驗探索工作,設計并制造了一些設備和方法14,取得一些實驗成果,但至今尚未獲得令人滿意的結果。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,測量時不對原土產(chǎn)生破壞,測定數(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)的測定。測滲地點選擇在河北省南堡鹽場一、二、五支隊。收稿日期:2006-07-06作者簡介:賀華(1977-,男,制鹽科學與工程專業(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 入滲儀測定原理2.1 滲透原理土的滲透性,即土中自由水

10、流動的難易程度,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。其嚴格的物理意義為水力坡度等于1時,水透過土的滲透速度,在鹽田土壤學中一般用符號/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、顆粒級配、土的孔隙比、飽和度等等5。一般用10e 時的數(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。該儀器應用恒定水頭原理,測定現(xiàn)場原位土壤的滲透系數(shù)。測定

11、深度為土壤表層之下15c m 75c m 。將入滲儀置于鉆孔內(nèi),水從入滲儀的儲水管經(jīng)支撐管緩慢流入鉆孔并滲入土壤中,至某一時刻達到飽和狀態(tài),儲水管中水流的下降速率也將達到一個恒定值(可測量出。根據(jù)這些測量數(shù)據(jù),以及鉆孔直徑和鉆孔內(nèi)水位,可以計算出土壤的滲透系數(shù)。2.2 計算公式根據(jù)測定原理,Guelph 入滲儀提供了測定溫度下滲透系數(shù)的計算方法,其計算公式為:K t =(0.0041(Y (R 2-(0.0054(Y (R 1在現(xiàn)場測定鹽田土壤滲透性時,由于入滲儀中注入的是淡水,因此測定的數(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)需進行溫度和濃度的訂正。溫度訂正:計算溫度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在進行鹵水粘度測定時,采用密度與波美比重間關系式進行換算:d=144.15/(144.3-b Be c 式中:Y 儲水管常數(shù),當只有內(nèi)部儲水管被選擇使用時的管內(nèi)截面積,Y =2.18c m 2;R 1/2當?shù)谝换虻诙€水頭被建立時,儲水管中水下降的穩(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 時淡水的粘度,Pa #s ;G b1010e 時鹵水的粘

13、度,Pa #s ;K 1010e 時淡水的滲透系數(shù),c m /s ;K b1010e 時鹵水的滲透系數(shù),c m /s 。3 實驗儀器Gue l p h 2800K I 型入滲儀(見圖1、梅特勒托利多DE51型密度計、烏式粘度計、恒溫槽、溫度計、秒表。4 實驗步驟4.1 現(xiàn)場鹽田土壤滲透性的測定(見圖2、圖34.1.1 洞的準備在打洞之前,必須對土壤狀況進行考察,使所選地點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直徑6c m,深度約38c m 的洞。 圖1 Guelph 2800KI 型入滲儀圖2 觀測示意圖圖3 現(xiàn)場試驗4.1.2 安裝入滲儀將儲水管、空氣管和支撐管完全連接好,放

14、低進入三腳架中。一旦底部空氣管入口末端被固定好,放低并設置好洞的高度指示器,夾緊儲水管的帽子。洞的水頭指示器上的/00刻度將在距離儲水管帽子頂端5mm 下。4.1.3 注水拔出儲水管帽子中的皮塞。調(diào)節(jié)儲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,裝滿后關好開關,上面注水孔用橡膠管罩上并夾緊。將三腳架中心對準打好的孔,慢慢把入滲儀放入打好的孔中。調(diào)節(jié)三腳架讓測量儀器高度合適。 4.1.4 讀數(shù)通過觀測儲水管中水流下降的速率,選擇合適的儲水管。一旦選擇合適的儲水管(內(nèi)外兩管結合或內(nèi)管,不要隨意改變閥門狀況。(1測量在第一高度H 1時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。標注記錄選擇儲水管中水平面的刻度。用連續(xù)間歇讀數(shù)差除以時間間隔即可得到水的下降速率。儲水管水流的下降速率表明了從入滲儀流出進入土壤的水的滲透速率。當滲透速率穩(wěn)定時,連續(xù)讀取并記錄三個相同的數(shù)值。(2測量在第二高度H 2時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。最后測定儲水管中的水溫T 。4.2 室內(nèi)鹵水密度的測度在實驗室內(nèi),利用梅特勒托利多DE 51型密度計測定鹵水密度,每個樣品作平行樣取平均值。4.3 室內(nèi)鹵水粘度的測定在實驗室內(nèi),恒溫槽設定溫度10e ,利用烏式粘度計測量鹵水粘度,每個樣品作平行樣取平均值。5 實

16、驗數(shù)據(jù)及處理本次測定過程所得現(xiàn)場淡水滲透系數(shù)、鹵水密度、粘度測定結果如表1、表2、表3所示。表1 現(xiàn)場淡水滲透系數(shù)的測定結果序號測量地點溫度(e 滲透系數(shù)(mm /d1#二支隊五工區(qū)三工段76號灘北蒸一東埝8.0 1.28732#二支隊五工區(qū)三工段76號灘2段調(diào)節(jié)池北埝8.00.64353#二支隊八工區(qū)十五工段115號灘第二調(diào)節(jié)池北埝8.00.43984#二支隊八工區(qū)十五工段115號灘北蒸一南埝9.00.64355#五支隊二工區(qū)7號灘第五趕鹵池西北角埝8.00.87846#五支隊二工區(qū)7號灘第四、五調(diào)節(jié)池中埝10.00.51497#五支隊三工區(qū)13號灘第四、五趕鹵池中埝9.01.28738#一

17、支隊三工區(qū)35號灘南起第一調(diào)節(jié)池東埝7.08.5985*9#一支隊三工區(qū)35號灘第六調(diào)節(jié)池北埝 3.20.643510#一支隊三工區(qū)35號灘第一蒸發(fā)池東埝6.0 1.287111#一支隊一工區(qū)四工段7號灘第六調(diào)節(jié)池北埝(鹵井埝 4.00.6435* 與鹽田經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比,測定結果偏高。表2 室內(nèi)鹵水密度測定結果(T=10e 樣品編號一次測量(g /c m 3二次測量(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)鹵水粘度測定結果(T=10e 樣品編號水的流出時間t 1(s鹵水的流出時間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樣品編號水的流出時間t1(s鹵水的流出時間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由實測數(shù)據(jù)整理,得鹽田土壤滲透系數(shù)結果如表4所示。表4鹽田土壤滲透系數(shù)的測定結果序號測量地點波美度(b B e c滲透系數(shù)(mm/d1#二支隊五工區(qū)三工段76號灘北蒸一東埝16.0

20、10.9049 2#二支隊五工區(qū)三工段76號灘2段調(diào)節(jié)池北埝16.360.44373#二支隊八工區(qū)十五工段115號灘第二調(diào)節(jié)池北埝17.310.28754#二支隊八工區(qū)十五工段115號灘北蒸一南埝15.960.4349 5#五支隊二工區(qū)7號灘第五趕鹵池西北角埝21.290.4815 6#五支隊二工區(qū)7號灘第四、五調(diào)節(jié)池中埝17.190.3221 7#五支隊三工區(qū)13號灘第四、五趕鹵池中埝18.480.7825 8#一支隊三工區(qū)35號灘南起第一調(diào)節(jié)池東埝19.825.1920* 9#一支隊三工區(qū)35號灘第六調(diào)節(jié)池北埝18.460.4781 10#一支隊三工區(qū)35號灘第一蒸發(fā)池東埝14.970.9

21、91711#一支隊一工區(qū)四工段7號灘第六調(diào)節(jié)池北埝(鹵井埝22.570.3681 *與鹽田經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比,測定結果偏高。6結論(1首次將Guelph入滲儀應用到鹽田土壤滲透性的測定中。Guelph入滲儀最佳的適用條件是不飽和土壤滲透系數(shù)的測定,而鹽田蒸發(fā)池土壤大部分為飽和土壤,因此本次測定是在部分結晶單元調(diào)節(jié)池和蒸發(fā)池的池埝上完成的。(2本次測定鹵水濃度范圍為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,測定

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