一種淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種淺層地下水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是針對鹽堿地區(qū)淺層地下咸水的低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國家，可利用的水資源有限，按照國際標(biāo)準(zhǔn)，我國目前有16個(gè)省區(qū)重度缺水，6個(gè)省區(qū)極度缺水，其中京津冀人均水資源僅為286m3，遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均500m3的極度缺水標(biāo)準(zhǔn)。水分是植物生長的必要條件，充足的水分可以保證植物的正常生長不受影響。植物主要通過根系吸收土壤中的水分，以維持自身的生理功能。
[0003]由于水資源的短缺，目前對于非常規(guī)水資源的開發(fā)力度逐漸加大，諸如地下咸水、海水、雨水等非常規(guī)水資源都成為了緩解缺水問題的主要選擇。在濱海地區(qū)，仍然有大量的地下咸水沒有得到利用，而地下水礦化度過高也是造成該地區(qū)次生鹽堿化的重要原因。以天津市為例，天津市約80%的平原地區(qū)都有地下咸水區(qū)，其中礦化度在l-5g/L的地下水共有2.28億m3，其儲量大、一般埋深較淺，因而具有較大的開發(fā)利用價(jià)值。
[0004]目前農(nóng)業(yè)上采用電熱、太陽能加熱等技術(shù)加熱土壤，這一類型的加熱方式主要在于提高表層土壤的溫度，主要用于育苗、除蟲、反季節(jié)種植，并不涉及淺層地下水的淡化利用。公開號為CN204168836U的發(fā)明專利公開了一種用于果樹種植棚的土壤加熱裝置，包括了包含有與地面接觸并且用于支撐作用的平板、與平板轉(zhuǎn)動式聯(lián)接的鉆頭、設(shè)置在鉆頭上的通液管、設(shè)置在通液管與加熱源體之間的連接嘴，鉆頭轉(zhuǎn)動在土壤中鉆出成孔并且把通液管植入到土壤中，加熱源體的熱能通過通液管釋放，以此來達(dá)到加熱土壤的目的。該裝置利用外部熱源加熱表層土壤用于農(nóng)業(yè)種植，并不涉及地下咸水的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)中地下咸水沒有得到利用的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，包括裝置本體，所述裝置本體包括箱體，箱體兩側(cè)設(shè)有地下水位調(diào)節(jié)槽，箱體兩側(cè)靠近底部位置開有水位調(diào)節(jié)孔與地下水位調(diào)節(jié)槽相通，箱體內(nèi)水位調(diào)節(jié)孔區(qū)域高度內(nèi)填充有細(xì)沙層，細(xì)沙層以上是土壤層，在細(xì)沙層上方的土壤層埋設(shè)有加熱線，加熱線附近設(shè)置有溫度探測器，加熱線與溫度探測器分別通過電線與溫控開關(guān)相連接，加熱線上方埋設(shè)有數(shù)據(jù)采集探針，數(shù)據(jù)采集探針與數(shù)據(jù)收集器相連。
[0007]所述水位調(diào)節(jié)孔由直徑5mm的小孔組成，水位調(diào)節(jié)孔距底面總高度為5cm。
[0008]所述加熱線采用U型鋪設(shè)方式埋設(shè)，在U型的拐角處加設(shè)有固定元件，所述溫度探測器設(shè)置于加熱線U型區(qū)域內(nèi)。
[0009]所述溫控開關(guān)具有數(shù)顯功能。
[0010]所述數(shù)據(jù)采集探針為三個(gè)，分別安放在距離加熱線垂直高度20Cm，40Cm，60Cm處。
[0011]所述加熱線由碳纖維材料制造而成，碳纖維材料外部覆蓋有絕緣保護(hù)層、PVC保護(hù)套。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明裝置通過室內(nèi)模擬鹽堿土地下咸水在低溫蒸發(fā)條件下水鹽運(yùn)移，其低溫蒸發(fā)方式是溫度探測器探測加熱線溫度，反饋到溫度控制器，溫度控制器閉合或斷開來控制加熱線工作，從而達(dá)到將加熱溫度控制在一定范圍內(nèi)，達(dá)到低溫蒸發(fā)的目的。由于直接在地下水與土壤界面間進(jìn)行低溫蒸發(fā)，熱量直接作用于蒸發(fā)區(qū)域，減少了能量傳遞消耗，直接提高了界面溫度，有更好的蒸發(fā)效果。因加熱線工作溫度較低，發(fā)熱功率也較低，每天運(yùn)行所需電量也就較少，整套裝置每天總耗電量不到I度電，總體運(yùn)行成本較低。根據(jù)數(shù)據(jù)采集探針得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在裝置運(yùn)行期間，土壤水勢(表征土壤含水量)增加幅度明顯。本發(fā)明裝置模擬了濱海鹽堿地區(qū)淺層地下咸水以低溫蒸發(fā)的方式進(jìn)行淡化，淡化后的水蒸氣向土壤上層運(yùn)動凝結(jié)，進(jìn)一步為土壤表層植物利用，在實(shí)驗(yàn)室階段證實(shí)其可行性，為濱海鹽堿地區(qū)的生態(tài)需水提供新的途徑。
【附圖說明】
[0013]圖1是淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是箱體和地下水位調(diào)節(jié)槽立體圖；
[0015]圖3是圖1縱剖面圖；
[0016]其中:I地下水位調(diào)節(jié)槽、2加熱線、3數(shù)據(jù)采集探針、4土壤、5數(shù)據(jù)收集器、6普通電線、7外接電源、8溫控開關(guān)、9溫度探測器、10水位調(diào)節(jié)孔、11箱體。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明的裝置本體采用0.5cm厚的有機(jī)玻璃搭建，尺寸為:長X寬X高=0.7X0.5X 0.Sm。箱體兩側(cè)靠近底部位置開有水位調(diào)節(jié)孔與地下水位調(diào)節(jié)槽相通，水位調(diào)節(jié)孔總體高度為5cm，由直徑5mm的小孔組成。本裝置通過地下水位調(diào)節(jié)槽與水位調(diào)節(jié)孔實(shí)現(xiàn)對地下水位的模擬。裝置在室內(nèi)現(xiàn)場組裝，加熱設(shè)備、數(shù)據(jù)采集探針跟隨土壤裝填逐層進(jìn)行安放。
[0019]為了準(zhǔn)確模擬濱海地區(qū)淺層地下咸水運(yùn)移規(guī)律，本裝置內(nèi)部所填細(xì)沙、土壤取自濱海新區(qū)中新生態(tài)城區(qū)域內(nèi)；取土后對土壤進(jìn)行烘干，研碎，篩分;在土箱底部首先裝填細(xì)沙，裝填高度為5cm，與水位調(diào)節(jié)孔總高度一致。
[0020]將加熱線埋設(shè)在細(xì)沙層上方，加熱線由碳纖維材料制造而成，碳纖維材料外部覆蓋有絕緣保護(hù)層、PVC保護(hù)套，具有耐酸堿、防水的特性;根據(jù)土箱規(guī)格，本裝置所需加熱線總長度為2.1m，加熱線在土箱內(nèi)呈U型鋪設(shè)。加熱線與溫控開關(guān)之間用普通電線連接。在加熱線的U型區(qū)域中放置溫度探測器，探測加熱線的溫度。
[0021]完成細(xì)沙和加熱線的埋設(shè)之后，向土箱內(nèi)裝填篩分完畢的土壤，在填充過程中一邊填土一邊夯實(shí)。在土壤裝填過程中，將數(shù)據(jù)采集探針安放在距離加熱線垂直高度20cm，40cm，60cm處。裝填完畢后，往兩側(cè)地下水位調(diào)節(jié)槽加入6g/L的氯化鈉溶液，在實(shí)驗(yàn)過程中保持兩側(cè)地下水位為5cm，即與調(diào)節(jié)孔高度一致。
[0022]完成上述步驟后，將溫控開關(guān)連至外接220V電源，設(shè)定溫控開關(guān)上限溫度(此例中設(shè)為60°C)，開啟加熱開關(guān)，加熱線開始工作，溫控開關(guān)具有數(shù)顯功能，可以實(shí)時(shí)顯示溫度探測器探測到的溫度；當(dāng)探測到的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度(60°C)時(shí)，溫控開關(guān)中的加熱開關(guān)斷開，加熱線停止工作。根據(jù)溫控開關(guān)顯示的溫度，此時(shí)溫度探測器探測到的土壤溫度仍然會有升高。在加熱線停止工作一段時(shí)間后，溫度探測器探測到的溫度低于預(yù)設(shè)下限溫度(本例中的下限溫度設(shè)為57°C)，加熱開關(guān)閉合，加熱線重新開始工作。在裝置運(yùn)行期間，反復(fù)操作上述步驟，加熱線的溫度則被控制在設(shè)定溫度(57-60°C)范圍內(nèi)。本例中加熱線每天工作時(shí)間為8h，達(dá)到運(yùn)行時(shí)間就手動將加熱開關(guān)關(guān)閉，即加熱線停止工作。
[0023]本例中的數(shù)據(jù)采集探針每隔1min讀取一次數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)會存儲在數(shù)據(jù)收集器中，存儲在數(shù)據(jù)收集器中的數(shù)據(jù)可以通過連接計(jì)算機(jī)的方式讀取，用于實(shí)驗(yàn)分析。
[0024]土壤中埋設(shè)的加熱線、溫控開關(guān)、溫度探測器均由河北廊坊暖貝爾電熱科技有限公司生產(chǎn)。
[0025]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，包括裝置本體，其特征在于，所述裝置本體包括箱體，箱體兩側(cè)設(shè)有地下水位調(diào)節(jié)槽，箱體兩側(cè)靠近底部位置開有水位調(diào)節(jié)孔與地下水位調(diào)節(jié)槽相通，箱體內(nèi)水位調(diào)節(jié)孔區(qū)域高度內(nèi)填充有細(xì)沙層，細(xì)沙層以上是土壤層，在細(xì)沙層上方的土壤層埋設(shè)有加熱線，加熱線附近設(shè)置有溫度探測器，加熱線與溫度探測器分別通過電線與溫控開關(guān)相連接，加熱線上方埋設(shè)有數(shù)據(jù)采集探針，數(shù)據(jù)采集探針與數(shù)據(jù)收集器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水位調(diào)節(jié)孔由直徑5mm的小孔組成，水位調(diào)節(jié)孔距底面總高度為5cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加熱線采用U型鋪設(shè)方式埋設(shè)，在U型的拐角處加設(shè)有固定元件，所述溫度探測器設(shè)置于加熱線U型區(qū)域內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫控開關(guān)具有數(shù)顯功能。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集探針為三個(gè)，分別安放在距離加熱線垂直高度20cm，40cm，60cm處。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加熱線由碳纖維材料制造而成，碳纖維材料外部覆蓋有絕緣保護(hù)層、PVC保護(hù)套。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種淺層地下咸水低溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置，包括裝置本體，所述裝置本體包括箱體，箱體兩側(cè)設(shè)有地下水位調(diào)節(jié)槽，箱體兩側(cè)靠近底部位置開有水位調(diào)節(jié)孔與地下水位調(diào)節(jié)槽相通，箱體內(nèi)水位調(diào)節(jié)孔區(qū)域高度內(nèi)填充有細(xì)沙層，細(xì)沙層以上是土壤層，在細(xì)沙層上方的土壤層埋設(shè)有加熱線，加熱線附近設(shè)置有溫度探測器，加熱線與溫度探測器分別通過電線與溫控開關(guān)相連接，加熱線上方埋設(shè)有數(shù)據(jù)采集探針，數(shù)據(jù)采集探針與數(shù)據(jù)收集器相連。本發(fā)明裝置模擬了濱海鹽堿地區(qū)淺層地下咸水以低溫蒸發(fā)的方式進(jìn)行淡化，淡化后的水蒸氣向土壤上層運(yùn)動凝結(jié)，進(jìn)一步為土壤表層植物利用，在實(shí)驗(yàn)室階段證實(shí)其可行性，為濱海鹽堿地區(qū)的生態(tài)需水提供新的途徑。
【IPC分類】A01B77/00, B09C1/00
【公開號】CN105532105
【申請?zhí)枴緾N201510930145
【發(fā)明人】趙林, 梁玉杰, 陳藝中, 崔元彰
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月11日