CN106033046B - 一种土壤饱和导水率自动测定装置 - Google Patents

一种土壤饱和导水率自动测定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤饱和导水率自动测定装置，包括供水装置、渗透装置、渗出水接收测量装置和底座，供水装置安装在底座上，在供水装置上设有进水口与出水口；渗透装置包括上环刀、下环刀、多孔板与漏斗，上环刀与供水装置相连，多孔板安装在下环刀的底部，上环刀与下环刀连接后固定在漏斗上，在底座上设置有自动升降架，漏斗固定在自动升降架上；渗出水接收测量装置包括至少三个相同容量的量筒和定时转动盘，定时转动盘可设定转动时间，每转动一次使一个量筒置于漏斗正下方。本发明具有结构简单、操作方便的特点，它可以自动实现进水和接渗透水的功能，自动化程度高，提高测量结果的精确度，且操作方法简单、造价低廉，便于推广应用。

Description

一种土壤饱和导水率自动测定装置
技术领域
本发明涉及一种土壤参数测定的测量装置，特别是涉及一种土壤饱和导水率的自动测定装置。
背景技术
土壤中的水含量及其运移特征影响土壤肥力，对植物生长起着决定性的作用，确定其相关参数是合理灌溉、改善植物根区环境、提高农业生产的基础。这其中，土壤饱和导水率尤为重要，它是土壤重要的物理性质之一，它是计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程的一个重要土壤参数，也是水文模型中的重要参数，它的准确与否严重影响模型的精度。土壤饱和导水率是土壤被水饱和时，单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量，它是土壤质地、容重、孔隙分布特征的函数，饱和导水率由于土壤质地、容重、孔隙分布以及有机质含量等的空间变量的影响其空间变异强烈，其中孔隙分布特征对土壤饱和导水率的影响最大。确定饱和导水率的三类方法主要为：按公式计算，实验室测定和田间现场测定。
现阶段主要采用实验室测定的方法，在实验室测定土壤的饱和导水率时，用环刀取原状土样，浸水后，在单位水压梯度下，根据达西定律，求得通过垂直于水流方向的单位土壤截面积的水流速度，测量过程中需记录温度、水头高度、时间及对应的渗出水量等。目前，大部分实验室内土壤饱和导水率测定装置结构复杂，自动化程度低，人为工作量大，测量结果与真实值之间出现较大偏差，测量结果的精确度不高。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供了一种结构简单、操作方便的土壤饱和导水率自动测定装置，它可以自动实现进水和接渗透水的功能，自动化程度高，提高测量结果的精确度，且操作方法简单、造价低廉，便于推广应用。
为了实现以上技术方案，本发明的技术方案如下，它包括供水装置、渗透装置、渗出水接收测量装置和底座，供水装置安装在底座上，在供水装置上设有进水口与出水口；渗透装置包括上环刀、下环刀、多孔板与漏斗，上环刀通过软管与供水装置上的出水口相连，上环刀与下环刀之间通过橡皮圈密封连接，多孔板安装在下环刀的底部，上环刀与下环刀连接后固定在漏斗上，在底座上设置有自动升降架，漏斗固定在自动升降架上；渗出水接收测量装置包括至少三个相同容量的量筒和定时转动盘，在定时转动盘上均匀设置有安装孔，量筒固定在安装孔内，定时转动盘可设定转动时间，每转动一次使一个量筒置于漏斗正下方。
进一步的，在供水装置的进水口上设置有自动进水开关，当水位下降到预设值时，自动进水开关开启，水自动从进水口进入供水装置，在出水口与上环刀之间的软管上设置有控制阀门。
进一步的，所述的供水装置为马氏瓶。
本发明所述装置进行测定时的操作步骤如下：(1)将装有原状土壤的下环刀与上环刀连接后安装在漏斗上，并固定；(2)将上环刀通过软管与供水装置1出水口相连接，同时盖紧供水装置1顶部的橡皮塞；(3)根据渗水的快慢设定定时转动盘的时间，定时转动盘每转动一次使一个量筒置于漏斗的正下方；(4)开启软管上的控制阀门，使供水装置中的水进入环刀内的原状土壤中，测定开始；(5)当连续三次以上在相同的时间间隔内，量筒中承接的水量相同时，测定结束；(6)测定完毕后，将上环刀、下环刀、量筒等取下，清洗干净，并将装置内的残余水倒掉；(7)统计相关数值，根据达西定律，计算出土壤饱和导水率。
根据饱和状态下多孔介质的达西定律，土壤饱和导水率的计算公式为：
式中：Ks为饱和导水率，cm/min；
Q为稳态条件下通过土壤的流量，cm3/min；
L为水流通过土壤的直线长度，mm；
A为水流通过土壤时的横截面积，cm2；
ΔH为总水势差，cm；
其中，量水部件即量筒的上下横截面相等，所以，
式中：h为测定时刻量水部件内水面的高度，cm；
a为量水部件内的横截面积，cm2；
t为测定时间，min。
综合上面两式，土壤饱和导水率的计算公式为：
根据相应的实验数值即可以测出待测定土壤的土壤饱和导水率。
由于采用了以上技术方案，本发明具有结构简单、操作方便的特点，它可以自动实现进水和接渗透水的功能，自动化程度高，提高测量结果的精确度，且操作方法简单、造价低廉，便于推广应用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他的目的、特征和优点。下面参照附图对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中渗出水就收测量装置的结构示意图；
附图中附图说明如下：1.供水装置；2.底座；3.上环刀；4.下环刀；5.多孔板；6.漏斗；7.软管；8.自动升降架；9.定时转动盘；10.量筒；11.自动进水开关；12.控制阀门。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括供水装置1、渗透装置、渗出水接收测量装置和底座2，供水装置1安装在底座2上，在供水装置1上设有进水口与出水口；渗透装置包括上环刀3、下环刀4、多孔板5与漏斗6，上环刀3通过软管7与供水装置1上的出水口相连接，上环刀3与下环刀4之间通过橡皮圈密封连接，多孔板5安装在下环刀4的底部，上环刀3与下环刀4连接后固定在漏斗6上，在底座2上设置有自动升降架8，漏斗6固定在自动升降架8上；渗出水接收测量装置包括至少三个相同容量的量筒10和定时转动盘9，在定时转动盘9上均匀设置有安装孔，量筒10固定在安装孔内，定时转动盘9可设定转动时间，每转动一次使一个量筒10置于漏斗6正下方。
本发明所述装置进行测定时的操作步骤如下：(1)将装有原状土壤的下环刀4与上环刀3连接后安装在漏斗6上，并固定；(2)将上环刀3通过软管7与供水装置1出水口连接，同时盖紧供水装置1顶部的橡皮塞；(3)根据渗水的快慢设定定时转动盘9的时间，定时转动盘9每转动一次使一个量筒10置于漏斗的正下方；(4)开启软管7上的控制阀门12，使供水装置1中的水进入环刀内的原状土壤中，测定开始；(5)当连续三次以上在相同的时间间隔内，量筒10中承接的水量相同时，测定结束；(6)测定完毕后，将上环刀3、下环刀4、量筒10等取下，清洗干净，并将装置内的残余水倒掉；(7)统计相关数值，根据达西定律，计算出土壤饱和导水率。
根据饱和状态下多孔介质的达西定律，土壤饱和导水率的计算公式为：
式中：Ks为饱和导水率，cm/min；
Q为稳态条件下通过土壤的流量，cm3/min；
L为水流通过土壤的直线长度，mm；
A为水流通过土壤时的横截面积，cm2；
ΔH为总水势差，cm；
其中，量水部件即量筒10的上下横截面相等，所以，
式中：h为测定时刻量水部件内水面的高度，cm；
a为量水部件内的横截面积，cm2；
t为测定时间，min。
综合上面两式，土壤饱和导水率的计算公式为：
根据相应的实验数值即可以测出待测定土壤的土壤饱和导水率。
如图1所示，在供水装置1的进水口上设置有自动进水开关11，当水位下降到预设值时，自动进水开关11开启，水自动从进水口进入供水装置1，在出水口与上环刀3之间的软管7上设置有控制阀门12。
设置自动进水开关11可以实现自动化控制装置的进水量，在测定之前预先设定好水位点，当供水装置1中的水位下降到预设的水位点时，控制阀门12关闭，自动进水开关11开启，水从外界进入供水装置1以满足测定要求，从而实现自动化操作；控制阀门12用于控制水流进入环刀内的原状土壤，开启控制阀门12，水流即从供水装置1中进入环刀内的土壤中。
如图1所示，所述的供水装置1为马氏瓶。马氏瓶可以保证出水口的水流稳定，保持流速恒定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种土壤饱和导水率自动测定装置，包括供水装置(1)、渗透装置、渗出水接收测量装置和底座(2)，其特征在于：供水装置(1)安装在底座(2)上，在供水装置(1)上设有进水口与出水口；渗透装置包括上环刀(3)、下环刀(4)、多孔板(5)与漏斗(6)，上环刀(3)通过软管(7)与 供水装置(1)上的出水口相连接，上环刀(3)与下环刀(4)之间通过橡皮圈密封连接，多孔板(5)安装在下环刀(4)的底部，上环刀(3)与下环刀(4)连接后固定在漏斗(6)上，在底座(2)上设置有自动升降架(8)，漏斗(6)固定在自动升降架(8)上；渗出水接收测量装置包括至少三个相同容量的量筒(10)和定时转动盘(9)，在定时转动盘(9)上均匀设置有安装孔，量筒(10)固定在安装孔内，定时转动盘(9)设定转动时间，每转动一次使一个量筒(10)置于漏斗(6)正下方；
在供水装置(1)的进水口上设置有自动进水开关(11)，在出水口与上环刀(3)之间的软管(7)上设置有控制阀门(12)；当水位下降到预设值时，自动进水开关(11)开启，控制阀门(12)关闭，水自动从进水口进入供水装置(1)；控制阀门(12)用于控制水流进入上环刀(3)，开启控制阀门(12)，水流即从供水装置(1)中进入上环刀(3)；
所述的供水装置(1)为马氏瓶。
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