CN102590060B

CN102590060B - 不同坡度土壤稳定入渗仪

Info

Publication number: CN102590060B
Application number: CN201210017768.0A
Authority: CN
Inventors: 夏立忠; 吴永红; 马力; 杨林章
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102590060A

Abstract

不同坡度土壤稳定入渗仪，包括流量计和储水容器，还包括内入渗框、外入渗框和坡面等高水位板，所述内、外入渗框同轴设置、上下贯通，内外框体各面的厚度自上而下由厚变薄，内外框体上均设有出水口，内外框体对应的一个立面均由上下两板嵌合而成，嵌合交接处密封处理，外入渗框相对两面的内侧以及内入渗框相对两面的内外两侧均等间距设有一组凹槽，坡面等高水位板设于凹槽内，相邻坡面等高水位板与内外框闭合。本发明克服了国内外原有测定方法对土壤扰动和不适合坡地土壤测定的缺点，采用内外正方入渗框法，在不同坡度自然土壤剖面条件下，能够分别测定坡地垂直稳定入渗速率和沿坡侧向稳定渗透速率。

Description

不同坡度土壤稳定入渗仪

技术领域

本发明属于土壤入渗测定领域，具体涉及一种用于不同坡度土壤的入渗仪。

背景技术

土壤稳定入渗率是指在土壤水饱和的土体2个不同位置间具有稳定水势差条件下，单位时间产生的水分入渗通过一定厚度土层的量，即入渗速率；进而可采用达西定律计算一定土壤稳定入渗系数，这一指标与土壤质地、结构、土体构型和人为管理措施的影响具有一定的关系，是土壤入渗性质的重要参数之一。目前，该参数测定多采用双环入渗仪法，这种方法在水平地面应用极为简便，可测定一定重力势下饱和土壤的水分垂直下渗稳定入渗速率。但是，它难以测定坡耕地土壤，尤其是坡耕地土壤的稳定入渗性能。采用双环入渗法测定坡地稳定入渗率，首先要局部削平坡地，建立观测平面，对坡地会产生明显的土壤扰动，获得的观测结果无法吻合原有坡地入渗的实际过程。其次，由于人为耕作，多数坡耕地地表土壤结构相对疏松，渗透性好，而表下层由于长期淋溶淀积，土壤结构相对紧实，渗透性较差。一定水头条件下，由于垂直向下方向和沿坡向向下方向水流遇到阻力不同，实际入渗过程中形成不同比例的垂直下渗和沿着土层顺坡侧向渗透。因此，在研究坡地稳定入渗的研究中必须将垂直下渗过程和侧向下渗过程分别测定，而原有双环入渗法根本无法实现这一目标。盘式吸渗仪同样对土壤产生扰动，且不适宜坡地实地测定。

发明内容

解决的技术问题：针对坡耕地耕层和表下层垂直入渗分层差异特点和降雨产生垂直入渗和沿坡向侧渗的现象，本发明提供一种在不同坡度自然土壤剖面条件下，分别测定坡地垂直稳定入渗速率和沿坡侧向稳定渗透速率的土壤稳定入渗仪。

技术方案：不同坡度土壤稳定入渗仪，包括流量计和储水容器，还包括内入渗框、外入渗框和坡面等高水位板，所述内、外入渗框同轴设置、上下贯通，内外框体各面的厚度自上而下由厚变薄，内外框体上均设有出水口，内外框体对应的一个立面均由上下两板嵌合而成，嵌合交接处密封处理，外入渗框相对两面的内侧以及内入渗框相对两面的内外两侧均等间距设有一组凹槽，坡面等高水位板设于凹槽内，相邻坡面等高水位板与内外框闭合。

所述内外框体对应面的正投影图形几何相似。

所述内外框体均为立方体框。

所述内外框体通过十字架金属托柄固定。

所述内外框体各面的厚度由上部2.0～3.0mm向下部0.5～1.5mm过渡。

所述内外框体上的3个立面均为单块不锈钢板，上下两片不锈钢板构成的1个对应立面位于低水势处，下板与相邻板焊接构成一体；上板与相邻板之间通过凹槽插接，上下板交接处采用膨润土密封。

所述凹槽数量为14～29个，间距20mm，长150mm，宽0.8mm。

所述的坡面等高水位板沿内外入渗框上的凹槽等高排列。

所述储水容器通过进水管道由内框体上部注水；流量计分别设于内框进水管道和内框出水口上。

所述坡面等高水位板高150mm，厚0.5mm。

有益效果：本发明克服了国内外原有测定方法对土壤扰动和不适合坡地土壤测定的缺点，采用内外正方入渗框法，在不同坡度自然土壤剖面条件下，能够分别测定坡地土壤垂直稳定入渗速率和沿坡侧向稳定渗透速率。采用等高水位板与内外框闭合，可拟合降雨条件下坡面稳定层流形成的水头和产生的入渗。整体内外框与等高水位板闭合，可以测定坡地土壤垂直入渗速率；将内外框中位于下坡立面的上部框板抽离土层，可测定坡面土壤垂直入渗和表层侧向入渗之和，进而可以计算出坡地侧向入渗速率。通过调节内框进水流量，以形成稳定坡面水头和稳定入渗，当内框出水流量稳定后，即可通过进出流量之差计算入渗速率。

附图说明

图1内外入渗框结构示意图；1 内入渗框、2外入渗框、3上板、4下板、5外入渗框出水口；

图2 测量坡地稳定入渗装置示意图；6储水容器、7进水管道；

图3位于内外框内的等高水位板示意图；8坡面等高水位板；

图4测量坡地稳定入渗率原理图；a排水、b顺坡侧向渗透、c进水、d垂直入渗；

图5等高水位板与入渗框透视图。

具体实施方式

实施例1：

1）内外入渗框

由底边边长分别为300mm、600mm，高为500mm的不锈钢板构成的内外立方框，内外立方框之间通过十字架金属托柄固定。立方框上沿板厚2.5mm,由上而下逐渐减薄，下沿为厚度约1.0mm的薄片刀口，以利于插入土壤。内外框体的3个立面均为单块不锈钢板，对应低水势一面均由上下2片不锈钢板嵌合而成（图1）,下部分别与整个内、外立体框通过焊接构成一体,高度为150mm；上部板块通过位于左右板块竖边、下部板块横边的沟缝插入,交接处采用膨润土防渗透处理，高度为350mm。外框左右板内侧、内框左右板内外侧每隔20mm自顶部向下刻一长150mm、宽0.8mm竖直勾缝。

2）坡面等高水位板

坡面等高水位板由14~29块长598mm、298mm和148mm，宽150mm，厚度0.5mm的薄层不锈钢板组成。等高水位板顺着内外框板面沟缝沿等高线插入土层100~130mm，形成顺坡向排列的坡面等高水位板，各等高水位板出露高度相等，与坡面夹角为坡度角。每相邻等高水位板与内外框闭合。由进水管注水进入最上层等高水位板围隔的空间后，逐渐越过板顶溢出，进入下级等高水位板空间；最终所有等高水位板围隔空间水位均相等，形成沿坡地地面等水势差入渗系统，用于模拟降雨形成的坡面流入渗。

3) 进出水与流量测量系统

进水管道上接供水水池,利用500mm水势差注水。进入内框管道间装置流量计,管道下接最上沿等水势差入渗系统。内框排水管道通过内外框向下排出多余水分，排水口位于右板上口往下150mm位置，排水管安置流量计。外框与内框间等水势差入渗系统采取同样方式进、出多余水分，但不配置流量计（图2）。

实施例2：

1）利用十字架金属托柄将内外框系统垂直水平面、与坡面呈坡度夹角压入土壤，至外框出水口抵贴地面为止。

2) 顺内外框钢板沟槽，安装等高水位板。上下等高水位板之间水平距离、出露高度均相等。根据坡度确定等高水位板之间的距离，平地测定无需等高水位板，随着坡度增加，等高水位板之间水平距离降低，调节等高水位板间距以满足各围隔小单元坡面平均水位可达20mm。用膨润土浆密合板与沟槽，用于防渗。

3）利用水势差由进水管注水，确保各等水势差单元平均水层厚度为20mm后，稳定进水流量，多余水分由排水管输出。记录进、出水流量，当水势差单元平均水层厚度为20mm，且排水流量稳定后，记录排水流量。进水流量与出水流量差值即为围隔观测区域垂直稳定入渗量。

4）将位于下坡内外框上部钢板抽出200mm后固定，调节进水流量，确保各等水势差单元平均水层厚度为20mm，观测出水流量变化，直至稳定后，继续观测，确定进水、出水流量均稳定后，读取进出水流量，两者之差即为顺坡侧向渗透和垂直入渗之和。结合第三步垂直稳定入渗观测结果，即可求算出稳定侧渗量（基本原理见图3）。

实施例3：

不同坡度土壤稳定入渗仪，包括流量计和储水容器6，还包括内入渗框1、外入渗框2和坡面等高水位板8，所述内、外入渗框同轴设置、上下贯通，所述内外框体均为立方体框，内外框体通过十字架金属托柄固定，内外框体各面的厚度自上而下由2.0～3.0mm向0.5～1.5mm过渡，内外框体上均设有出水口，内外框体中三个立面均由单块钢板构成，而位于低水势处的一个对应立面均由上下两板嵌合而成，上下两片板为不锈钢板，下板4与相邻板焊接构成一体；上板3与相邻板之间通过凹槽插接，上下板交接处采用膨润土密封，外入渗框2相对两面的内侧以及内入渗框1相对两面的内外两侧均等间距设有14～29个凹槽，凹槽间距20mm，长150mm，宽0.8mm，坡面等高水位板8设于凹槽内等高排列，相邻坡面等高水位板与内外框闭合。所述储水容器6通过进水管道7由内框体上部注水；流量计分别设于内框进水管道和内框出水口上。所述坡面等高水位板高150mm，厚0.5mm。

Claims

1.不同坡度土壤稳定入渗仪，包括流量计和储水容器（6），其特征在于还包括内入渗框（1）、外入渗框（2）和坡面等高水位板（8），所述内、外入渗框同轴设置、上下贯通，内外框体各面的厚度自上而下由厚变薄，内外框体上均设有出水口，内外框体对应的一个立面均由上下两板嵌合而成，嵌合交接处密封处理，外入渗框（2）相对两面的内侧以及内入渗框（1）相对两面的内外两侧均等间距设有一组凹槽，坡面等高水位板（8）设于凹槽内，相邻坡面等高水位板与内外框闭合；所述内外框体上的3个立面均为单块不锈钢板，上下两片不锈钢板构成的1个对应立面位于低水势处，下板（4）与相邻板焊接构成一体；上板（3）与相邻板之间通过凹槽插接，上下板交接处采用膨润土密封；所述的坡面等高水位板沿内外入渗框上的凹槽等高排列。

2.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述内外框体对应面的正投影图形几何相似。

3.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述内外框体均为立方体框。

4.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述内外框体通过十字架金属托柄固定。

5.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述内外框体各面的厚度由上部2.0～3.0mm向下部0.5～1.5mm过渡。

6.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述凹槽数量为14～29个，间距20mm，长150mm，宽0.8mm。

7.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述储水容器（6）通过进水管道（7）由内框体上部注水；流量计分别设于内框进水管道和内框出水口上。

8.根据权利要求1所述的不同坡度土壤稳定入渗仪，其特征在于所述坡面等高水位板高150mm，厚0.5mm。