CN103063820B - 一种野外原位测量土壤水动力参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种野外原位测量土壤水动力参数的方法及专用装置，其特点是测量系统由供水管1和入渗室2连接而成，并且入渗室的半径大于供水管的半径，从而提高了入渗过程的观测精度；本发明依据连续降水头垂直入渗原理对土壤的饱和导水率和湿润锋吸力进行求解，简化了土壤水动力参数的测量过程，节省了测量时间和成本，不仅在技术上能够实现，而且设备价格大大降低，易于推广应用。
Description
技术领域：
本发明涉及土壤水分运移参数测量技术领域，特别涉及一种野外原位测量土壤水动力参数的方法及专用装置。
背景技术：
土壤水是土壤污染物和工业化学物质传输的主要载体，因此有关土壤水动力参数的获取和掌握对于了解和治理土壤水和地表水污染是非常关键的。土壤作为作物生长的场所，土壤水分入渗特性直接影响着灌溉质量和灌溉效率，最终影响到作物的生长发育和水资源的利用效率。土壤水动力参数是影响土壤水分循环过程的主要参数，如何快速准确确定一直土壤物理学领域研究的热点问题。目前测量土壤水动力参数的方法很多，包括单环入渗法、双环入渗法、恒定水头井法（圭尔夫入渗）、圆盘负压入渗法、人工降雨法等，这些方法利用一维入渗原理或者多维入渗原理求解，因大多数方法需要稳定入渗条件而导致测量过程漫长、费时费力和测量效率低下等亟待解决的问题。
发明内容：
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种野外原位测量土壤水动力参数的方法。
本发明的另一目的提供一种野外原位测量土壤水动力参数的方法的专用装置。
本发明主要解决现有的测量土壤水动力参数的技术方法测量过程漫长、费时费力和测量效率低下等问题。
本发明的技术方案是：一种野外原位测量土壤水动力参数的方法，其特殊之处在于包括以下步骤：
a选好测试地点，将入渗室部分打入到土壤当中，向供水管加满水；
b打开控制开关向入渗室供水，在供水过程中如有气体被封闭在入渗室内可通过排气孔向外排气，入渗室被水充满后立即记录此时供水管内水位距离地面的距离H0，开始计时同时观测供水管内水位随时间的变化过程，等水位降低到供水管的最低位置时，观测过程结束；
c依据水量平衡原理，根据供水管内的水位随时间的变化过程的结果，可计算出不同时刻的入渗率i(t)和累积入渗量I（t），以i ( t)为因变量1/ I (t)为自变量建立二者之间的线性关系关系，得到该线性关系的斜率A和截距B，根据其物理意义，截距B代表了Ks (1-k (θs-θi))，斜率A代表了Ks (θs-θi) (H 0+ Sf)，据此可得到湿润锋吸力Sf=A(1-k (θs-θi))/B/(θs-θi)-H 0,饱和导水率Ks=B/(1-k (θs-θi)),在上述公式中θs代表了土壤的饱和含水率，θi代表了土壤的初始含水率，k代表了入渗室与供水管横截面积的比值，H0表示入渗室被水充满后时供水管内水位距离地面的距离。
本发明的一种野外原位测量土壤水动力参数的方法的专用装置，其特殊之处在于，专用装置包括供水管和入渗室两大部分，所述供水管通过入渗室上部的螺丝孔与入渗室紧密的联在一起，供水管的下端设置有一控制开关；所述入渗室的上部设排气孔，入渗室的上部有一对把手；所述入渗室的半径R大于供水管的半径r，且二者的比值R/r大于等于2。
进一步，所述的入渗室为下端开放上端封闭的圆筒形容器，其下端的开放端的边缘有锐利的斜面。
进一步，所述的供水管为透明的圆柱形管，在其管壁上有一刻度尺。
本发明所述的一种野外原位测量土壤水动力参数的方法及专用装置与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，1、利用连续降水头一维垂直入渗方法测量土壤水动力参数理论依据充分，测量时间缩短，用水量减少，提高了测量的效率；2、通过对测量专用装置的设计，设定入渗室的半径R大于供水管的半径r二倍以上，可大大提高供水管内水位降落观测的精度，观测精度提高四倍以上，从而提高了土壤水动力参数的测量精度；3、专用装置结构简单，使用和管理维修方便，成本低易于推广使用。
附图说明：
图1是本发明的专用装置的结构示意图。
图面说明：
1供水管、2入渗室、3螺丝孔、4控制开关、5排气孔、6把手、7刻度尺、8地面。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述；以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1，参见图1，加工制成供水管1和入渗室2，入渗室2为一端开放一端封闭的不锈钢或其他硬质材质的圆筒形容器，其开放端的边缘有较锐利的斜面，以利于尽量减少扰动的将其打入土中，供水管1为透明的圆柱形塑料管，在其管壁外贴有一刻度尺7，用于对供水管1内水位的观测，为了提高测量的精度，入渗室2的半径R应当大于供水管1的半径r，且二者的比值R/r大于等于2；将供水管1通过入渗室2上部的螺丝孔3与入渗室2紧密的联在一起，在供水管1的下端安装一控制开关4，用于对水的控制；在入渗室2的上部安装一用可松紧的螺帽控制的排气孔5，用于供水时对封闭在入渗室2内空气的排除；在入渗室2的上部四周安装有一对把手6，用于把入渗室2打（压）入地面8的土内。
上述装置安装好后，选好测试地点，将入渗室2部分打入地面8的土壤当中，然后利用容器向供水管1加满水；打开控制开关4向入渗室2供水，在供水过程中如有气体被封闭在入渗室2内可通过排气孔5向外排气，入渗室2被水充满后立即记录此时供水管1内水位距离地面的距离H0，开始计时同时观测供水管1内水位随时间的变化过程，等水位降低到供水管1的最低位置时，观测过程结束；依据水量平衡原理，根据供水管1内的水位随时间的变化过程的结果，可计算出不同时刻的入渗率i(t)和累积入渗量I（t），以i ( t)为因变量1/ I (t)为自变量建立二者之间的线性关系关系，得到该线性关系的斜率A和截距B，根据其物理意义，截距B代表了Ks (1-k (θs-θi))，斜率A代表了Ks (θs-θi) (H 0+ S f)，据此可得到湿润锋吸力Sf=A(1-k (θs-θi))/B/(θs-θi)-H 0,饱和导水率Ks=B/(1-k (θs-θi)),在上述公式中θs代表了土壤的饱和含水率，θi代表了土壤的初始含水率，k代表了入渗室2与供水管1横截面积的比值，H0表示入渗室2被水充满后时供水管1内水位距离地面的距离。
Claims (3)
1.一种野外原位测量土壤水动力参数的方法，其特征在于包括以下步骤：
a选好测试地点，将入渗室部分打入到土壤当中，向供水管加满水；
b打开控制开关向入渗室供水，在供水过程中如有气体被封闭在入渗室内可通过排气孔向外排气，入渗室被水充满后立即记录此时供水管内水位距离地面的距离H0，开始计时同时观测供水管内水位随时间的变化过程，等水位降低到供水管的最低位置时，观测过程结束；
c依据水量平衡原理，根据供水管内的水位随时间的变化过程的结果，可计算出不同时刻的入渗率i(t)和累积入渗量I（t），以i ( t)为因变量1/ I (t)为自变量建立二者之间的线性关系关系，得到该线性关系的斜率A和截距B，根据其物理意义，截距B代表了Ks (1-k (θs-θi))，斜率A代表了Ks (θs-θi) (H 0+ Sf)，据此可得到湿润锋吸力Sf=A(1-k (θs-θi))/B/(θs-θi)-H 0,饱和导水率Ks=B/(1-k (θs-θi)),在上述公式中θs代表了土壤的饱和含水率，θi代表了土壤的初始含水率，k代表了入渗室与供水管横截面积的比值，H0表示入渗室被水充满后时供水管内水位距离地面的距离；
上述方法采用的专用装置，包括供水管（1）和入渗室（2）两大部分，所述供水管（1）通过入渗室（2）上部的螺丝孔（3）与入渗室（2）紧密的联在一起，供水管（1）的下端设置有一控制开关（4）；所述入渗室（2）的上部设排气孔（5），入渗室（2）的上部有一对把手（6）；所述入渗室（2）的半径R大于供水管（1）的半径r，且二者的比值R/r大于等于2。
2.根据权利要求1所述的一种野外原位测量土壤水动力参数的方法，其特征在于，所述的入渗室（2）为下端开放上端封闭的圆筒形容器，其下端的开放端的边缘有锐利的斜面。
3.根据权利要求1所述的一种野外原位测量土壤水动力参数的方法，其特征在于，所述的供水管（1）为透明的圆柱形管，在其管壁上有一刻度尺（7）。
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