CN105699120A - 土壤饱和含水量的测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土壤饱和含水量的测定装置，为解决现有技术中存在的土壤饱和含水量测定装置的测定精度低的技术问题。该测定装置包括：环刀装置；内装设环刀装置的恒定水位水箱，恒定水位水箱的侧面上开设有出水口，出水口与环刀装置的顶端平齐；循环水箱，其水位液面低于出水口，循环水箱连接有进水管道，进水管道的末端沿恒定水位水箱与环刀装置之间的间隙进入恒定水位水箱的箱体内，且进水管道的末端低于环刀装置；装设在进水管道上的驱动泵体，使用时，通过驱动泵体驱动循环水箱中的循环水，进入恒定水位水箱中的循环水由环刀装置的底部进入环刀装置，当恒定水位水箱的水位到达出水口时，循环水通过出水口返回所述循环水箱。

Description

土壤饱和含水量的测定装置

技术领域

本发明涉及土壤含水量测定技术领域，尤其是涉及一种土壤饱和含水量的测定装置。

背景技术

在水资源的形成、转化与消耗过程中,土壤水是不可缺少的成分；在植物生态系统中,土壤水是农业和生态环境中各种植被赖以生存的基础；从生态系统的组成结构来看，土壤水是维持陆地生态系统营养链的纽带，具有重要的资源价值，也是世界上使用最为方便的淡水资源。土壤水在土壤中受到各种力的作用，由于各种力的不同作用，土壤水形成了具有不同水分物理特性的吸湿水、膜状水、毛管水及重力水。目前，用来描述土壤水的指标主要包括基于形态学特征的含水量指标以及基于能量学观点的水势指标。其中，饱和含水量是指土壤的孔隙全部充满水时土壤的含水量。从能量学观点来看，此时土壤水吸力的pF值等于零；从形态水分来看，此时它包含了土壤中所有的吸湿水、薄膜水、毛管水及重力水，因此，饱和含水量可以表征土壤的最大持水能力，常用来反应土壤的水源涵养功能。若需了解土壤的储水性能，则需对土壤的饱和含水量进行测定。

测定土壤饱和含水量的方法有两种，一种是依据土壤总孔隙度进行测定，这一方法的原理依据为：土壤饱和含水量是水充满土壤的孔隙时其所占的体积大小，该体积大小与土壤总孔隙度的含义一致。在计算方式上，土壤总孔隙度的数值可通过土壤密度及土粒密度获得。在实际操作中，土壤密度一般通过环刀法对原状土壤进行采集并测定而获得，土粒密度取为常数，一般采用2.65。然而，由于不同土壤成分存在差异，土粒密度采用统一的常数，在计算土壤孔隙度时，势必存在相应的误差。具体地，在饱和水和毛管水的测定和计算中，不能忽略束缚水所占的重量，土壤中束缚水的密度大于lg/cm³,在贴近土粒处可高达1.7g/cm³，按平均量计算，1g束缚水占据的体积为0.776cm³。因此,饱和水的克数不能视为毫升数，若将该克数视为毫升数,则总孔隙度和毛管孔隙度的测定将存在不可接受的误差,并且，测定值高于实际值。若直接把土壤总孔隙度看作土壤饱和含水量，则相当于将土壤水看作自由水，而实际上，在土壤总孔隙中，由于基膜存在吸力，会有更多的水占据总孔隙的空间。因此，利用土壤总孔隙度来代替土壤饱和含水量，所获得的测定结果有偏小的趋势。综上，由于土壤水吸力受土壤粘粒及有机质的影响较大，在测定土壤饱和含水量时需考虑土壤的特殊性质。

因此，现有技术中，经常采用另一种方法对土壤水的饱和含水量进行测定，该方法是对原状土壤进行浸水处理，用烘干法直接测定。具体步骤如下：首先使用环刀进行土壤取样，待取出环刀后，小心地进行修整，切除多余的部分并补满残缺部分，盖好环刀的上盖及装有滤纸的下盖，该下盖上开设有通孔。测定时，去掉环刀的上盖，将带有下盖的环刀放入高度大于10cm的塑料盒中，小心加水至环刀高度的1/3处，待水分升至土壤表层后，再加水至环刀上沿处，水通过底部滤纸进入环刀中的土壤，环刀内的土壤逐渐充满水，维持24小时或更长时间(根据研究的土质情况确定)，待环刀土样充分浸水后，小心将其取出，擦除外围的水分。进行浸水处理后，可将环刀直接称重后放入干砂表面，也可以直接取样测定环刀中土壤的水分含量。对于直接测定环刀内土壤饱和含水量，一般是取其一部分进行烘干。具体的过程为：称取空铝盒总重，记为W0；将进过浸水处理的环刀小心取出后，从环刀中取其中部分土样，放入铝盒中，并在天平上进行称量，记为W1；将铝盒盖半掩在铝盒上，将其放入105℃烘箱中，待烘干8-12h或达到恒重后，将铝盒取出盖好铝盒，放入干燥器冷却至室温并再次进行称量，记重W2，根据失水在土壤烘干中的比例进行计算，公式为：待测土样饱和含水量(C)％＝(W1-W2)/(W2-W0)×100％。

上述利用浸水法测定土壤饱和含水量的过程中，存在以下不足之处：

一、环刀内土壤存在部分损失的问题

理想状况下，水应该只从环刀下盖的通孔进入环刀内部，而下盖内部的滤纸则会阻挡内部土壤漏出环刀；而实际操作中，由于环刀下盖与环刀的接触并不紧密，尤其是粘土质土壤，会在浸泡过程中从下盖与环刀的缝隙中部分流出；另外，人工向水箱加水过程中，过快或角度不好都会造成水飞溅入环刀，存在将环刀中土样冲出的现象。

二、难以始终保持环刀土面与水位一致

整个浸水过程即指环刀内土壤的水逐渐饱和的过程，如果环刀外部的水位下降，环刀内部的水位也会随之下降，重力水流失；在实际操作中，浸水过程仅加水一两次，当水面至环刀上表面的边缘，毛管水的不断上升会导致水位的下降，尤其是在大量环刀同时浸水，更容易出现水面下降的现象。此外，整个浸水过程耗时24小时或更长的时间，期间水箱内水的蒸发同样会导致水位下降；在多个环刀同时浸泡的容器中，取出环刀亦会使水位下降，最终导致剩余环刀中的重力水流出。因此，浸水过程需要始终确保环刀外部的水位始终处于环刀顶部边缘的位置。依靠人工浇水需要不时地观察水位，加水过程难以控制，即难以始终保持环刀土面与水位一致。

三、烘干水分的测定欠准确

从环刀中取出待测定土壤，测定其中的土壤饱和含水量，由于烘干过多待测土壤所需时间较多，因此，一般只取出部分土样进行称量和烘干。从水箱中取出环刀后，土壤中的水分在重力作用下不断从底部滤纸漏出，造成土壤的水分含量在垂直方向上存在分异性，若仅取其上部区域、下部区域或中间区域的土壤进行测定，则测定结果会偏离实际的土壤水分含量。由于颗粒较粗的土壤的保水性能低，如果局限在环刀的中上部取样，由于重力水的下移，势必会导致中上部土壤水分的降低。因此，这一误差在颗粒较粗的土壤中尤其明显。即使把环刀里面的土壤均倒出来经混匀后，再取样进行水分含量测定，但由于重力水以及部分毛管水聚集在混合后的土体下部，难以再进行收集，从而影响水分含量的测定。整体环刀土壤进行烘干，但也存在烘干时间过长的问题。

综上所述，由于现有技术的土壤饱和含水量的测定装置在测定饱和含水量的过程中存在以上三大问题，导致最终的土壤饱和含水量的测定值与实际值之间的误差较大，即测量精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤饱和含水量的测定装置，以解决现有技术中存在的土壤饱和含水量测定装置的测定精度低的技术问题。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种土壤饱和含水量的测定装置，包括：

环刀装置；

内装设所述环刀装置的恒定水位水箱，所述恒定水位水箱的侧面上开设有出水口，所述出水口与所述环刀装置的顶端平齐；

循环水箱，其水位液面低于所述出水口，所述循环水箱连接有进水管道，所述进水管道的末端沿所述恒定水位水箱与所述环刀装置之间的间隙进入所述恒定水位水箱的箱体内，且所述进水管道的末端低于所述环刀装置；

装设在所述进水管道上的驱动泵体，使用时，通过所述驱动泵体驱动所述循环水箱中的循环水，进入所述恒定水位水箱中的循环水由所述环刀装置的底部进入所述环刀装置，当所述恒定水位水箱的水位到达所述出水口时，循环水通过所述出水口返回所述循环水箱。

作为上述技术方案的进一步改进，所述恒定水位水箱的底部装设有水平放置的搁置板，所述搁置板上开设有多个第一穿水孔，所述环刀装置装设在所述搁置板上。

进一步地，所述进水管道的末端低于所述搁置板。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环刀装置为多个，单个所述环刀装置包括：

本体，为圆筒型结构，所述本体的轴线垂直所述搁置板，使用时，将所述环刀装置装设于所述恒定水位水箱中后，所述本体的顶端与所述出水口平齐；

上盖体，装设在所述本体的上端，所述上盖体与所述本体之间装设有第一密封件；

下盖体，装设在所述本体的下端，所述下盖体与所述本体之间装设有第二密封件，所述第二密封件的上方装设有过滤件，所述下盖体上开设有多个第二穿水孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环刀装置还包括圆筒型挡水环，所述挡水环套设在所述本体上，所述挡水环的顶端高于所述本体的顶端，使用时，待拆除所述上盖体之后，在所述本体上装设所述挡水环。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挡水环套设在所述本体的上部区域，所述挡水环的下部区域与所述本体之间套设有紧固件；

进一步地，所述紧固件的上部区域为金属材质、下部区域为橡胶材质。

作为上述技术方案的进一步改进，所述上盖体的外周上、所述挡水环的外周上均装设有多个底座，所述底座上均连接有塔扣，多个所述底座均匀排布。

进一步地，所述下盖体的外周上装设有多个挂钩，多个所述挂钩均匀排布；

进一步地，多个所述底座与多个所述挂钩相互匹配且一一对应。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一密封件、所述第二密封件均为环状结构，所述第二密封件的内环边缘上设置有“十”字形分布的定位凸起，所述定位凸起向所述第二密封件的中心延伸。

作为上述技术方案的进一步改进，所述测定装置还包括微型取土器，所述微型取土器包括：

取土环，其下端开口为取土口，所述取土环的上部区域的环壁上开设有两个第一贯穿孔，两个所述第一贯穿孔位于同一条经线的两端，所述取土环的下部区域的环壁外侧设置有沿所述取土环的圆周方向延伸的半圆形的第一凸起；

穿设在所述取土环中的活塞结构，伸入所述取土环的所述活塞结构的活塞轴的末端开设有第二贯穿孔，所述第二贯穿孔与所述第一贯穿孔匹配；

取土器盖体，其上设置有一下沉凹槽，所述凹槽的内壁上设置有沿所述凹槽的圆周方向延伸的半圆形的第二凸起，所述凹槽的底部装设有第三密封件，使用时，所述取土器盖体装设在所述环刀装置中，所述取土器盖体装设在所述过滤件的上方、位于所述第二密封件的内环内，所述取土器盖体的外周与所述第二密封件的内环边缘间隔设定距离，所述取土器盖体的外周与所述定位凸起接触连接，，待所述环刀装置完成浸水过程之后，使所述取土环深入所述环刀装置内，通过第一凸起与所述第二凸起的匹配，从所述环刀装置内提取所述取土器下盖体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述恒定水位水箱的底部装设有多个定位脚架，所述搁置板固定在多个所述定位脚架上。

进一步地，单个所述定位脚架的支撑点位于相邻的所述第一穿水孔构成区域的中心。

作为上述技术方案的进一步改进，所述循环水箱位于所述出水口的下方，所述循环水箱与所述出水口通过出水管道连接。

进一步地，所述出水管道的横截面形状与所述出水口的形状相同。

本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，用于土壤饱和含水量测定过程中的浸水程序，使用本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，需先使用环刀装置在户外进行土壤摄取，按要求摄取的土壤后，将环刀装置装设在恒定水位水箱的箱体内，保持环刀装置的顶端与恒定水位水箱的出水口平齐，启动驱动泵体，泵体将循环水箱中的循环水驱动至恒定水位水箱，恒定水位水箱中的水由环刀装置的底部进入环刀装置，由下至上逐渐渗透环刀装置内的土壤，浸水过程中，在环刀装置的内部水位与外部水位平齐之前，环刀装置内部的水位低于环刀装置外部的水位，待内部水位到达装置顶端时，外部水位相应到达出水口的位置，驱动泵体持续驱动，循环水继续进入恒定水位水箱，由于出水口的存在，恒定水位水箱的水位便不再改变，环刀装置的内部水位与外部水位保持一致，在此基础上，土壤的浸水过程持续进行，环刀装置内的土壤逐渐饱和，直至整个浸水过程完成。

现有技术中，环刀内土壤水逐渐饱和的过程中，如果环刀外部的水位下降，环刀内部的水位也会随之下降，重力水流失；在实际操作中，浸水过程仅加水一两次，毛管水的不断上升导致水位的下降。另外，整个浸水过程耗时24小时或更长时间，期间水箱内水的蒸发同样会导致水位下降；在多个环刀同时浸泡的容器中，取出环刀亦会使水位下降，最终导致剩余环刀中的重力水流出。因此，浸水过程需要始终确保环刀外部的水位始终处于环刀顶部边缘的位置。依靠人工浇水需要不时地观察水位，加水过程难以控制，即难以始终保持环刀土面与水位一致。

相比于现有技术，本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，可通过选用不同功率的泵体灵活控制进水管道的进水量，以替代人工浇水及人工控制水位的方式，实现在环刀装置的内部水位与外部水位保持一致的条件下完成土壤的浸水过程，防止位于环刀装置内上部区域的土壤的重力水的流失，保证整个浸水过程的加水操作持续不间断地进行，防止毛管水的不断上升而导致水位下降的问题出现；浸水过程完成后提取待测定土壤样品时，保持驱动泵体的开启，当从多个环刀装置的若干个中提取土壤样品时，本发明亦可保证提取过程中，恒定水位水箱的水位保持不变，最终防止提取过程中剩余环刀装置的土壤重力水的流失。综上，本发明通过设置具有恒定水位的水箱，有效解决了土壤浸水过程中由于水位下降而导致的一系列问题，使环刀装置内土壤的浸水过程在恒定水位条件下进行，饱和过程持续稳定，所获得的土壤样品的饱和含水量稳定，最终所测得的饱和含水量的数值更加趋近于真实值，即精度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的环刀装置的上盖体、本体、下盖体的组合示意图；

图2为本发明实施例提供的环刀装置的挡水环、本体、下盖体的组合示意图；

图3为本发明实施例提供的土壤饱和含水量的测定装置在浸水程序中的示意图；

图4为发明实施例提供的取土器的示意图。

附图标记：

1-环刀装置，2-恒定水位水箱，3-循环水箱，4-驱动泵体，5-搁置板；6-定位脚架，7-取土器；

11-本体，12-上盖体，13-下盖体，14-第一密封件，15-第二密封件，16-过滤件，17-挡水环，18-紧固件；

21-出水口，22-出水管道，23-进水管道；

51-第一穿水孔；

71-取土环，72-活塞结构，73-取土器盖体，74-第三密封件；

121-底座，122-搭扣；131-挂钩，132-第二穿水孔；151-定位凸起；

711-第一贯穿孔，712-第一凸起，721-第二贯穿孔，731-凹槽，732-第二凸起。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的环刀装置的上盖体、本体、下盖体的组合示意图；图2为本发明实施例提供的环刀装置的挡水环、本体、下盖体的组合示意图；图3为本发明实施例提供的土壤饱和含水量的测定装置在浸水程序中的示意图；参照图1至图3所示，本发明实施例提供的土壤饱和含水量的测定装置，包括：

多个环刀装置1；

内装设所述环刀装置1的恒定水位水箱2，所述恒定水位水箱2的侧面上开设有出水口21，所述出水口21与所述环刀装置1的顶端平齐；

循环水箱3，其水位液面低于所述出水口21，所述循环水箱3连接有进水管道23，所述进水管道23的末端沿所述恒定水位水箱2与所述环刀装置1之间的间隙进入所述恒定水位水箱2的箱体内，且所述进水管道23的末端低于所述环刀装置1。

装设在所述进水管道23上的驱动泵体4，使用时，通过所述驱动泵体4驱动所述循环水箱3中的循环水，进入所述恒定水位水箱2中的循环水由所述环刀装置1的底部进入所述环刀装置1，当所述恒定水位水箱2的水位到达所述出水口21时，循环水通过所述出水口21返回所述循环水箱3。

本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，用于土壤饱和含水量测定过程中的浸水程序，使用本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，需先使用环刀装置在户外进行土壤摄取后，使环刀装置内装设按要求摄取的土壤，将环刀装置装设在恒定水位水箱的箱体内，环刀装置的顶端与恒定水位水箱的出水口平齐，启动驱动泵体，泵体将循环水箱中的循环水驱动至恒定水位水箱，恒定水位水箱中的水由环刀装置的底部进入环刀装置，由下至上逐渐渗透环刀装置内的土壤，浸水过程中，在环刀装置的内部水位与外部水位平齐之前，环刀装置内部的水位低于环刀装置外部的水位，待内部水位到达装置顶端时，外部水位相应到达出水口的位置，驱动泵体持续驱动，循环水继续进入恒定水位水箱，由于出水口的存在，恒定水位水箱的水位便不再改变，环刀装置的内部水位与外部水位保持一致，在此基础上，土壤的浸水过程持续进行，环刀装置内的土壤逐渐饱和，直至整个浸水过程完成。

现有技术中，环刀内土壤水逐渐饱和的过程中，如果环刀外部的水位下降，环刀内部的水位也会随之下降，重力水流失；在实际操作中，浸水过程仅加水一两次，毛管水的不断上升导致水位的下降。另外，整个浸水过程耗时24小时或更长时间，期间水箱内水的蒸发同样会导致水位下降；在多个环刀同时浸泡的容器中，取出环刀亦会使水位下降，最终导致剩余环刀中的重力水流出。因此，浸水过程需要始终确保环刀外部的水位始终处于环刀顶部边缘的位置。依靠人工浇水需要不时地观察水位，加水过程难以控制，即难以始终保持环刀土面与水位一致。

相比于现有技术，本发明提供的土壤饱和含水量的测定装置，可通过选用不同功率的泵体灵活控制进水管道的进水量，以替代人工浇水及人工控制水位的方式，实现在环刀装置的内部水位与外部水位保持一致的条件下完成土壤的浸水过程，防止位于环刀装置内上部区域的土壤的重力水的流失，保证整个浸水过程的加水操作持续不间断地进行，防止毛管水的不断上升而导致水位下降的问题出现；浸水过程完成后提取待测定土壤样品时，保持驱动泵体的开启，当从多个环刀装置的若干个中提取土壤样品时，本发明亦可保证提取过程中，恒定水位水箱的水位保持不变，最终防止提取过程中剩余环刀装置的土壤重力水的流失。综上，本发明通过设置具有恒定水位的水箱，有效解决了土壤浸水过程中由于水位下降而导致的一系列问题，使环刀装置内土壤的浸水过程在恒定水位条件下进行，饱和过程持续稳定，所获得的土壤样品的饱和含水量稳定，最终所测得的饱和含水量的数值更加趋近于真实值，即精度更高。

具体地，恒定水位水箱的材质为塑料、有机玻璃或不锈钢，规格为：长、宽分别40-60厘米，优选为50厘米，高度为20-30厘米，优选为25厘米，循环水箱的材质为塑料，长为50厘米，宽为40厘米，高度为15厘米。并且，所述循环水箱位于所述出水口的下方，所述循环水箱与所述出水口通过出水管道连接，进一步地，所述出水管道的横截面形状与所述出水口的形状相同，以进一步保证恒定水位水箱的水位恒定，出水口可为长方形，出水口的长度为10厘米，宽度为1厘米，距离水箱底面高度为11厘米(此高度是放置搁置板高度与环刀本体高度之和，忽略了环刀下盖体的厚度)；进水管道的横截面可以为方形或圆形，截面面积为100平方厘米，高度为20厘米，且其末端离开水箱底面5厘米，使水从水箱底面缓慢进入环刀装置内，减少水流对环刀装置的冲击。

针对驱动泵体而言，可选用微型驱动泵体，可选用成都气海机电制造有限公司的微型真空水泵WJY1802，流量为每分钟2升水或更小的流量。也可选择上海光正泵阀制造有限公司的DP-60A，DP-100等，泵体的进水口与出水口连接相应管道，进水口所接的硅胶管插入水缸底部，出水口所接的硅胶管插入恒定水位水箱的进水管道中。

另外，现有技术中，环刀下表面的黏土的切除过程，存在切除不平整的现象，导致整个环刀放置于容器中之后，环刀土壤的上表面倾斜；或者，由于环刀下盖与环刀的接触并不紧密，粘土质土壤夹设在下盖与环刀下缘之间，导致环刀放置于容器中处于不平衡状态，最终影响土壤的浸水过程。

基于上述现有技术，继续参照图1至图3所示，本发明中，作为上述技术方案的进一步改进，设置所述恒定水位水箱2的底部装设有水平放置的搁置板5，所述搁置板5上开设有多个第一穿水孔51，所述环刀装置1装设在所述搁置板5上，进一步地，所述进水管道23的末端低于所述搁置板5。如此，通过水平式搁置板可调整环刀装置的放置状态，使环刀装置的上表面为水平面，而不是倾斜面，利于环刀装置的浸水过程；另外，现有技术中，人工向水箱加水过程中，过快或角度不好都会造成水飞溅入环刀，存在将环刀中土样冲出的现象，而本发明中，进水管道的末端低于搁置板，加水的过程中，不会发生水飞溅入环刀而导致环刀装置中土样被冲出的现象。进一步地，所述恒定水位水箱2的底部装设有多个定位脚架6，所述搁置板5固定在多个所述定位脚架6上，单个所述定位脚架6的支撑点位于相邻的所述第一穿水孔51构成区域的中心。

具体地，搁置板的长和宽规格较恒定水位水箱的内壁小1-2厘米，厚0.5厘米。搁置板上的第一穿水孔的直径为4.8厘米，第一穿水孔构成的区域的边缘较环刀装置的下端边缘稍小0.2厘米，相邻第一穿水孔的中心之间的间距为10厘米，其数目为25个；上述定位脚架为16个，界面面积为1平方厘米，可以为圆形、方形，高度5.5厘米。定位脚架的支撑点位于四个第一穿水孔的中心，材质可为有机玻璃或不锈钢。

现有技术中，由于环刀下盖与环刀的接触并不紧密，粘土质土壤会在浸泡过程中从下盖与环刀的缝隙中部分流出，继续参照图1和图3所示，本发明中，设置所述环刀装置1为多个，单个所述环刀装置1包括：本体11，为圆筒型结构，所述本体11的轴线垂直所述搁置板5，使用时，将所述环刀装置1装设于所述恒定水位水箱2中后，所述本体11的顶端与所述出水口21平齐；；上盖体12，装设在所述本体11的上端，所述上盖体12与所述本体11之间装设有第一密封件14，使上盖体与本体之间为密封状态；下盖体13，装设在所述本体11的下端，所述下盖体13与所述本体11之间装设有第二密封件15，所述下盖体13上开设有多个第二穿水孔132，所述下盖体13与所述第二密封件15之间装设有过滤件16，所述过滤件16覆盖多个所述第二穿水孔132，如此下盖体与本体之间为密封状态，浸水过程中，防止下盖体与本体的接触不紧密，导致粘土质土壤在浸泡过程中从下盖体与本体的缝隙中部分流出。

具体地，上盖体上设有一下沉凹槽，其内径为5.1cm、高2cm、厚0.1cm，下沉凹槽的直径与采样本体的上缘直径相吻合，材料为不锈钢或铝制，第一密封件可为厚0.1cm、宽0.3cm、直径为5cm的橡胶圈。下盖体上设有一下沉凹槽，其内径为5.1cm、高2cm、厚0.1cm，下沉凹槽的直径与采样本体的下缘直径相吻合，材料为不锈钢或铝制。第二穿水孔均匀分布在下盖体上，其数目为25个，直径为0.1厘米，使用中通过第二穿水孔向环刀装置内的土壤输送水分。上述过滤件为一层与环刀下盖内径一致的滤纸或农用无纺布，其功能是防止环刀装置内的土壤通过下盖体的第二穿水孔的漏出。第二密封件为厚0.1cm、宽0.3cm、直径5cm的橡胶圈。

现有技术的土壤浸水过程，采用人工方式对环刀进行加水操作，加水过程的力度过大或其它原因，易造成环刀水面波动、冲击环刀顶层土壤，甚至将顶层土壤带出环刀，造成环刀内土壤减少。实际操作中，为防止上述状况的发生，经常采取的措施为：使环刀水平面低于环刀上沿，一般稍低1-2mm，采取该种措施除了导致环刀顶层土壤并不能被充分饱和之外，也不能有效避免水面波动所产生的影响。基于上述现有技术，继续参照图1至图3所示，本发明实施例中，设置所述环刀装置1还包括圆筒型挡水环17，所述挡水环17套设在所述本体11上，所述挡水环17的顶端高于所述本体11的顶端，使用时，待拆除所述上盖体12之后，在所述本体11上装设所述挡水环17，由于挡水环的顶端高于本体的顶端，浸水过程中可使得本体内的水平面与本体的顶端平齐，达到保证顶层土壤被充分饱和的目的，并且，循环水由本体的底部向上渗透，不会出现环刀水面波动以致冲击环刀顶层土壤，甚至将顶层土壤带出环刀而造成环刀内土壤减少的问题。进一步地，所述挡水环17套设在所述本体11的上部区域，所述挡水环17的下部区域与所述本体11之间套设有紧固件18，进一步地，所述紧固件18的上部区域为金属材质、下部区域为橡胶材质，设置紧固件的目的，是为保证挡水环与本体之间紧密接触，防止恒定水位水箱中的水由挡水环与本体在之间的间隙，到达本体的顶端处并进入本体顶层土壤，即防止本体顶层的土壤受到冲击而流失。

具体地，挡水环为金属质或塑料质的空心圆柱体，高4cm左右，厚0.2cm左右，内径为5.2cm。紧固件距离挡水环底端为1cm左右，其外径为5.2cm、内径为4.7厘米，厚0.2cm。

作为上述技术方案的进一步改进，继续参照图1至图3所示，所述上盖体12的外周上装设有多个底座121，多个底座121上均连接有搭扣122，多个所述底座121均匀排布，相应地，所述下盖体13的外周上装设有多个挂钩131，多个所述挂钩131均匀排布，相应地，所述挡水环17的外周上装设有多个所述底座121，多个底座121上均连接有搭扣122，多个所述底座121均匀排布，进一步地，多个所述底座121与多个所述挂钩131相互匹配且一一对应。使用时，可分别将塔扣对应的扣在挂钩上，塔扣可选用上海洛斯乐公司的可调搭扣5619C-115。设置的塔扣的目的，是为进一步保证挡水环与本体之间紧密接触，防止恒定水位水箱中的水由挡水环与本体在之间的间隙，到达本体的顶端处并进入本体顶层土壤，即进一步防止本体顶层的土壤受到冲击而流失。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一密封件14、所述第二密封件15均为环状结构，所述第二密封件15的内环边缘上设置有“十”字形分布的定位凸起151，所述定位凸起15向所述第二密封件151的中心延伸。其中，“十”字形分布的定位凸起向内伸出的长度为0.83cm、直径为0.1cm。

图4为发明实施例提供的取土器的示意图，作为上述技术方案的进一步改进，继续参照图2、图3、图4所示，所述测定装置还包括微型取土器7，所述微型取土器7包括：

取土环71，其下端开口为取土口，所述取土环71的上部区域的环壁上开设有两个第一贯穿孔711，两个所述第一贯穿孔711位于同一条经线的两端，所述取土环71的下部区域的环壁外侧设置有沿所述取土环71的圆周方向延伸的半圆形的第一凸起712；

穿设在所述取土环中的活塞结构72，伸入所述取土环71的所述活塞结构72的活塞轴的末端开设有第二贯穿孔721，所述第二贯穿孔721与所述第一贯穿孔711匹配；

取土器盖体73，其上设置有一下沉凹槽731，所述凹槽731的内壁上设置有沿所述凹槽731的圆周方向延伸的半圆形的第二凸起732，所述凹槽732的底部装设有第三密封件74，使用时，所述取土器盖体73装设在所述环刀装置1中，所述取土器盖体73装设在所述过滤件16的上方、位于所述第二密封件15的内环内，所述取土器盖体73的外周与所述第二密封件15的内环边缘间隔设定距离，所述取土器盖体73的外周与所述定位凸起151接触连接，，待所述环刀装置1完成浸水过程之后，使所述取土环72深入所述环刀装置1内，通过第一凸起712与所述第二凸起732的匹配，从所述环刀装置1内提取所述取土器下盖体73。

上述微型取土器的取土器盖体上不设穿水孔，使用时，其装设位置位于下盖体的中央，将微型取土器的取土环插入本体内土壤的中央，取土环上的第一凸起通过旋转进入取土器盖体上的第二凸起的下方，第一凸起与第二凸起卡合，将取土器从土壤中缓慢拔出，由于取土环从本体的中央垂直进入，取出的待测定土壤样品是一个由上至下延伸的圆柱型，该待测定土壤包含了本体中垂直方向上不同水位层面的土壤，并且，由于取土器盖体上无穿水孔，在取土器提取样品时，所提取的待测定样品的重力水不会流失，土壤的水分含量在垂直方向上不存在分异性，进一步提高最终的测定精度。

进一步地，所述凹槽的底部装设的第三密封件为一个外径2.6cm、内径2.4厘米、垂直方向的厚度为0.1cm的橡胶圈。

具体地，取土环的形状为圆筒型，外径为2.6厘米，内直径为2.5厘米，柱长10cm，其中下方0.3厘米的开口处较锋利，该处厚度为0.05cm左右，取土环的材料为金属质。上述第一凸起设置在距离取土环底部0.5cm的位置处，第一凸起的直径为0.2cm，上述第一贯穿孔设置在距离取土环顶部0.5cm处，直径为0.2厘米。活塞结构包括活塞柄、活塞轴及活塞片，活塞柄的直径为1.5厘米，厚度为0.4厘米，材质为不锈钢或橡胶；与活塞柄相连的活塞轴，长度为12厘米，直径为1.0厘米，主要起延长的功能，在距离活塞轴的底部1cm处，开设上述第二贯穿孔，直径为0.2厘米，活塞轴与取土环的连接可以通过一个长4-5厘米的铁丝或螺栓连接，使用时，将铁丝或螺栓通过取土环一侧的第一贯穿孔、第二贯穿孔、第一贯穿孔，然后将铁丝的两头固定，或用螺丝将螺栓固定；活塞片与活塞轴相连，直径为2.4厘米，稍低于取土环的直径，厚度为1厘米，材质可为塑料或橡胶，其功能是进入取土环，将取土环中的土壤推出，进行烘干。进一步地，取土器盖体的外径为2.75厘米、内径为2.65cm，圆柱高0.6cm，第二凸起距离取土器盖体的底部为0.5cm，直径为0.2厘米。

基于上述测定装置，其使用步骤如下介绍：

一、操作者使用100cm³容积的环刀装置的本体从户外土壤中摄取浸水样品，摄取浸水土壤样品后，将本体两端的土壤削平，盖上内装设有第一密封件的上盖体，依次将过滤件、第二密封件、内装设有第三密封件的取土器盖体装设在下盖体内，再将下盖体装设在本体的下端。

通过旋转，使上盖体的底座与下盖体的挂钩的位置相互对应，并使各个搭扣与挂钩对应扣合，并调节搭扣长度，使上盖体、下盖体与本体之间相互扣紧，以避免运输过程中，由于上盖体、下盖体与本体的结合不紧密而引起的土壤损失。

二、将装设有浸水土壤样品的环刀装置运回测定地点，打开搭扣，拆去上盖体。然后装设挡水环，保持挡水环的顶端高于本体的顶端，并通过旋转，使挡水环的底座与下盖体的挂钩的位置相互对应，扣合搭扣与挂钩，并调节搭扣长度，使挡水环、下盖体与本体之间扣紧。

三、将组装好的环刀装置放入恒定水位水箱中的搁置板上，通过进水管道向恒定水位水箱注水，待恒定水位水箱的水位到达11厘米处时，向循环水箱中注水，使其达到循环水箱的8-10厘米处(循环水箱水面的高度要低于恒定水位水箱水面的高度)。将驱动泵体的进水口硅胶管放入循环水箱的底部，将驱动泵体的出水口硅胶管接入恒定水位水箱的进水管。当环刀装置浸泡4-6小时以后，开启驱动泵体，通过驱动泵体将循环水箱中的水不断驱动至恒定水位水箱中；当恒定水位水箱的水位达到环刀的边缘，即恒定水位水箱的11厘米处，循环水便通过恒定水位水箱的出水口返回循环水箱。向恒定水位水箱注水过程中，由于注水的速度较慢，且水由恒定水位水箱底部进入环刀装置，可减少对环刀装置土壤的冲力。在浸泡环刀装置的过程中，可一直开启水泵，使恒定水位水箱的水位始终保持在11厘米处，即始终保持在出水口的位置处，也可根据水位的变化情况，间断地开启水泵。

四、待环刀装置浸泡达到24小时或更长时间后，将恒定水位水箱中的环刀装置逐个取出时，需保持泵体的开启，以避免水位降低导致环刀装置的重力水向外流出。

五、环刀装置中土壤浸水过夜后，用微型取土器从环刀装置的中央插入，由于取土器的取土环的筒长大于环刀本体和挡水板总高度，为了防止取土时水的扰动冲击内部土壤，取土时挡水环可保持原样，取土前，将螺栓/铁丝穿过第一贯穿孔和第二贯穿孔，以固定取土环与活塞的相对位置。取土环借助活塞的力道深入本体的底部，稍用力将其按下，待取土环与取土器盖体扣合之后，将取土器缓慢拔出。

六、称量空铝盒干重为w0，将拔出的取土器的外壁擦干净，于铝盒上方打开取土器盖体，此过程中，取土器中渗出的土壤悬浊液滴入铝盒，然后拔出连接取土器的活塞与取土环的螺栓或铁丝，用活塞将内部土壤推入铝盒中。称量铝盒，记重为w1，并将铝盒放入烘箱，在105℃烘8-12小时，拿出铝盒，称量为w2，则测得该待测定土壤的饱和含水量为：(w1-w2)/(w2-w0)。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，包括：

环刀装置；

内装设所述环刀装置的恒定水位水箱，所述恒定水位水箱的侧面上开设有出水口，所述出水口与所述环刀装置的顶端平齐；

循环水箱，其水位液面低于所述出水口，所述循环水箱连接有进水管道，所述进水管道的末端沿所述恒定水位水箱与所述环刀装置之间的间隙进入所述恒定水位水箱的箱体内，且所述进水管道的末端低于所述环刀装置；

装设在所述进水管道上的驱动泵体，使用时，通过所述驱动泵体驱动所述循环水箱中的循环水，进入所述恒定水位水箱中的循环水由所述环刀装置的底部进入所述环刀装置，当所述恒定水位水箱的水位到达所述出水口时，循环水通过所述出水口返回所述循环水箱。

2.根据权利要求1所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述恒定水位水箱的底部装设有水平放置的搁置板，所述搁置板上开设有多个第一穿水孔，所述环刀装置装设在所述搁置板上；

所述进水管道的末端低于所述搁置板。

3.根据权利要求2所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述环刀装置为多个，单个所述环刀装置包括：

本体，为圆筒型结构，所述本体的轴线垂直所述搁置板，使用时，将所述环刀装置装设于所述恒定水位水箱中后，所述本体的顶端与所述出水口平齐；

上盖体，装设在所述本体的上端，所述上盖体与所述本体之间装设有第一密封件；

下盖体，装设在所述本体的下端，所述下盖体与所述本体之间装设有第二密封件，所述下盖体上开设有多个第二穿水孔，所述下盖体与所述第二密封件之间装设有过滤件，所述过滤件覆盖多个所述第二穿水孔。

4.根据权利要求3所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述环刀装置还包括圆筒型挡水环，所述挡水环套设在所述本体上，所述挡水环的顶端高于所述本体的顶端，使用时，待拆除所述上盖体之后，在所述本体上装设所述挡水环。

5.根据权利要求4所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述挡水环套设在所述本体的上部区域，所述挡水环的下部区域与所述本体之间套设有紧固件；

所述紧固件的上部区域为金属材质、下部区域为橡胶材质。

6.根据权利要求5所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述上盖体的外周上、所述挡水环的外周上均装设有多个底座，所述底座上均连接有塔扣，多个所述底座均匀排布；

所述下盖体的外周上装设有多个挂钩，多个所述挂钩均匀排布；

多个所述底座与多个所述挂钩相互匹配且一一对应。

7.根据权利要求6所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述第一密封件、所述第二密封件均为环状结构，所述第二密封件的内环边缘上设置有“十”字形分布的定位凸起，所述定位凸起向所述第二密封件的中心延伸。

8.根据权利要求7所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，还包括微型取土器，所述取土器包括：

取土环，其下端开口为取土口，所述取土环的上部区域的环壁上开设有两个第一贯穿孔，两个所述第一贯穿孔位于同一条经线的两端，所述取土环的下部区域的环壁外侧设置有沿所述取土环的圆周方向延伸的半圆形的第一凸起；

穿设在所述取土环中的活塞结构，伸入所述取土环的所述活塞结构的活塞轴的末端开设有第二贯穿孔，所述第二贯穿孔与所述第一贯穿孔匹配；

取土器盖体，其上设置有一下沉凹槽，所述凹槽的内壁上设置有沿所述凹槽的圆周方向延伸的半圆形的第二凸起，所述凹槽的底部装设有第三密封件，使用时，所述取土器盖体装设在所述环刀装置中，所述取土器盖体装设在所述过滤件的上方、位于所述第二密封件的内环内，所述取土器盖体的外周与所述第二密封件的内环边缘间隔设定距离，所述取土器盖体的外周与所述定位凸起接触连接，待所述环刀装置完成浸水过程之后，使所述取土环深入所述环刀装置内，通过第一凸起与所述第二凸起的匹配，从所述环刀装置内提取所述取土器下盖体。

9.根据权利要求8所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述恒定水位水箱的底部装设有多个定位脚架，所述搁置板固定在多个所述定位脚架上；

单个所述定位脚架的支撑点位于相邻的所述第一穿水孔构成区域的中心。

10.根据权利要求9所述的土壤饱和含水量的测定装置，其特征在于，所述循环水箱位于所述出水口的下方，所述循环水箱与所述出水口通过出水管道连接；

所述出水管道的横截面形状与所述出水口的形状相同。