CN109444016A - 一种简易土壤入渗速率测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易土壤入渗速率测定装置及测定方法，简易土壤入渗速率测定装置包括支架、量筒和第一环，所述第一环与所述支架的内侧固定连接，所述第一环与所述量筒可拆卸连接，所述第一环的上端封闭且开设有入流口，所述第一环通过所述入流口与所述量筒连通，所述第一环配套有若干个不同直径的所述量筒，从而使量筒和第一环之间的转换系数可变，即测量精度可变，以满足各种不同区域土壤的测量需求，并减少实验误差。
Description
技术领域
本发明涉及土壤测量装置技术领域，特别是涉及一种简易土壤入渗速率测定装置及测定方法。
背景技术
土壤入渗过程的测定是研究“大气水-降水-土壤水-地下水”循环机理的基础工作，入渗速率是衡量土壤入渗能力重要的物理指标。在人类活动的影响下，不同土地利用方式导致土壤入渗能力存在显著的差异性。因此需要针对不同类型原状土壤、回填土壤及植被条件进行入渗模拟实验。然而不同类型土壤入渗速率差异较大(砂土的稳定入渗速率约120mm/h，壤土的稳定入渗速率约40mm/h，黏土的稳定入渗速率约10mm/h)，传统入渗装置采用马氏瓶进行供水测量，量程固定，测量灵活性较差，不能满足不同类型土壤的测量精度需求，易造成较大误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易土壤入渗速率测定装置及测定方法，以解决上述现有技术存在的问题，使测量精度可变，满足各种不同区域土壤的测量需求，减少实验误差。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种简易土壤入渗速率测定装置，包括支架、量筒和第一环，所述第一环与所述支架的内侧固定连接，所述第一环与所述量筒可拆卸连接，所述第一环的上端封闭且开设有入流口，所述第一环通过所述入流口与所述量筒连通，所述第一环配套有若干个不同直径的所述量筒。
进一步的，所述入流口处设有固定螺母，所述量筒通过所述固定螺母与所述第一环螺纹连接。
进一步的，所述支架的外侧固定连接有第二环，所述第二环的外侧固定连接有限位环，所述限位环用于限制所述第一环和所述第二环插入土壤中的位置。
进一步的，所述第一环和所述第二环的下端均设有倾斜的锐角刀口。
进一步的，所述支架上固定设置有计时器。
进一步的，所述支架内侧的上端设有扶持架，所述扶持架与所述量筒触接。
进一步的，所述支架的顶端设有橡胶把手。
进一步的，所述第一环的直径大于所述量筒的直径。
本发明还提供了一种简易土壤入渗速率测定方法，包括以下步骤：
1)调查待测区不同类型土壤特性，预估所述待测区土壤入渗速率变化范围，结合测量精度要求选择量筒直径和第一环直径；
2)备好实验用水；
3)设置计时器，重置计时器到“00:00”；
4)将第一环和第二环的锐角刀口放置在所述待测区，在所述锐角刀口上均喷涂硅喷剂；
5)向下推动橡胶把手，同时轻轻地来回转动支架，使所述第一环和所述第二环更容易插入土壤中，直到限位环与土壤表面接触为止；
6)同时向所述量筒内和所述第二环内倒入所述实验用水，直到所述第二环内填满所述实验用水，同时所述量筒内液体高度到达刻度起始点；
7)按下所述计时器开始按钮立即启动计时器，开始实验；
8)读数，当所述实验用水渗入土壤时，所述量筒内的液面不断下降，每隔1min读取并记录所述量筒液面读数；直到发现每个读数间差值基本相等，即达到稳定下渗状态时停止读数；
9)如果所述量筒到达刻度区最底部时，仍没有达到稳定下渗状态，按下所述计时器暂停键，重复步骤6)-8)后继续读数，并在监测记录上记录加水时间；
10)移开简易土壤入渗速率测定装置，将所述简易土壤入渗速率测定装置左右轻微转动，同时将所述简易土壤入渗速率测定装置抬离地面，慢慢拨出以免干扰土壤表面；
11)实验结束后，清洗和干燥所述锐角刀口。
进一步的，同一个所述待测区内重复实验，减小实验随机误差。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明用于测量读数的量筒可以根据不同类型土壤入渗速率和实验精度要求可拆卸更换不同直径的量筒，由水量平衡原理计算得到第一环入渗高度与量筒液面下降读数之间的转换系数，通过量筒液面读数放大第一环中实际入渗高度，数据精度大大提高，不仅能够准确记录土壤入渗过程不同阶段的连续变化过程，而且能够得到最终饱和状态下准确的稳定入渗率，从而满足各种不同区域土壤的测量需求。同时避免了不同土地利用类型下垫面土壤入渗实验使用单一实验装置导致的读数不精确、误差大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明简易土壤入渗速率测定装置的结构示意图；
图2为应用案例中单位土壤入渗曲线；
图3为应用案例中累积土壤入渗曲线；
其中：1-支架，2-量筒，3-刻度区，4-计时器，5-固定螺母，6-第一环，7-第二环，8-锐角刀口，9-限位环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种简易土壤入渗速率测定装置及测定方法，以解决上述现有技术存在的问题，使测量精度可变，满足各种不同区域土壤的测量需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例提供了一种简易土壤入渗速率测定装置，包括支架1、量筒2和第一环6，第一环6与支架1的内侧固定连接，第一环6与量筒2可拆卸连接，支架1内侧的上端设有扶持架，扶持架与量筒2触接，扶持架用于夹持住量筒2，避免量筒2发生倾斜、造成读数误差大。第一环6的上端封闭且开设有入流口，第一环6通过入流口与量筒2连通，入流口处设有固定螺母5，量筒2通过固定螺母5与第一环6螺纹连接，第一环6配套有若干个不同直径的量筒2，且第一环6的直径大于量筒2的直径。第一环6通过固定螺母5与量筒2可拆卸连接，同一个第一环6可以配备多种规格的量筒2，从而改变第一环6土壤入渗量与量筒2液面读数之间的转换系数以达到不同的测量精度，具体转换方法如下：
入渗过程根据水量平衡原理可得，第一环6土壤入渗量与量筒2下降体积相等，由下列公式进行转换：
W1＝W2 (1)
πr1 2h1＝πr2 2h2 (2)
式中W1、W2分别为单位时间内量筒2内液体下降体积与第一环6中液体入渗体积。r1、r2分别为量筒2和第一环6的半径。h1、h2分别为单位时间内量筒2内液面下降高度与第一环6中水量入渗高度。
由(1)(2)式可得单位时间内入渗高度的转换：
h2＝k×h1 (3)
式中k为转换系数(即数据的测量精度)，
由(3)式计算可将不同时刻量筒2液面读数变化量转换为第一环6中的土壤入渗量。
支架1的外侧固定连接有第二环7，第一环6与第二环7同心设置，在进行土壤入渗实验时，第一环6控制土壤入渗的实验面积，而第二环7内需提前装满液体，从而减少侧向渗流，保证第一环6的液体垂向入渗。第一环6和第二环7的下端均设有倾斜的锐角刀口8，方便装置插入土壤中。第二环7的外侧固定连接有限位环9，可以将限位环9焊接在第二环7的外侧，限位环9用于限制第一环6和第二环7插入土壤中的位置，即装置插入土壤深度由限位环9的位置高度进行控制。
支架1上还可以固定设置有计时器4，可以配合记录实验时间以保证整个实验过程的连续性。支架1的顶端还可以套设有橡胶把手，方便装置的携带和装置插入土壤。且通过支架1将各个部分连接为一体化装置，更加方便装置的携带，同时结构简单，还可根据比例缩小第一环6和第二环7的直径，从而在保证精度的前提下大大减少装置的体积和实验用水量，实验操作十分简易，能够满足长时间、多频次的野外实验需求。
本实施例还提供了一种简易土壤入渗速率测定方法，包括以下步骤：
1)调查待测区不同类型土壤特性，预估待测区土壤入渗速率变化范围，结合测量精度要求确定第一环6的直径并选择量筒2直径；
2)备好实验用水；
3)设置计时器4，重置计时器4到“00:00”；
4)将第一环6和第二环7的锐角刀口8放置在待测区，在锐角刀口8上均喷涂硅喷剂；
5)向下推动橡胶把手，同时轻轻地来回转动支架1，使第一环6和第二环7更容易插入土壤中，直到限位环9与土壤表面接触为止；
6)同时向量筒2内和第二环7内倒入实验用水，直到第二环7内填满实验用水，同时量筒2内液体高度到达刻度起始点；
7)按下计时器4开始按钮立即启动计时器4，开始实验；
8)读数，当实验用水渗入土壤时，量筒2内的液面不断下降，每隔1min读取并记录量筒2液面读数；直到发现每个读数间差值基本相等，即达到稳定下渗状态时停止读数；
9)如果量筒2到达刻度区3最底部时，仍没有达到稳定下渗状态，按下计时器4暂停键，重复步骤6)-8)后继续读数，并在监测记录上记录加水时间；
10)移开简易土壤入渗速率测定装置，将简易土壤入渗速率测定装置左右轻微转动，同时将简易土壤入渗速率测定装置抬离地面，慢慢拨出以免干扰土壤表面；
11)实验结束后，清洗和干燥锐角刀口8。
同时，同一个待测区内重复实验，减小实验随机误差。
应用案例：
利用以上简易土壤入渗速率测定装置及测定方法进行实验，其中结合实验精度要求选择量筒2直径为20mm，入渗内环直径为60mm，并根据公式(3)计算转换系数k＝1/9，得到的实验过程中的土壤入渗曲线和累计下渗曲线，具体如图2和图3所示，时间分辨率为1min，在量筒2与内环直径比值为1:3的条件下，数据精度可精确至0.11mm/min，能够充分反映不同类型土壤的入渗过程。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：包括支架、量筒和第一环，所述第一环与所述支架的内侧固定连接，所述第一环与所述量筒可拆卸连接，所述第一环的上端封闭且开设有入流口，所述第一环通过所述入流口与所述量筒连通，所述第一环配套有若干个不同直径的所述量筒。
2.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述入流口处设有固定螺母，所述量筒通过所述固定螺母与所述第一环螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述支架的外侧固定连接有第二环，所述第二环的外侧固定连接有限位环，所述限位环用于限制所述第一环和所述第二环插入土壤中的位置。
4.根据权利要求3所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述第一环和所述第二环的下端均设有倾斜的锐角刀口。
5.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述支架上固定设置有计时器。
6.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述支架内侧的上端设有扶持架，所述扶持架与所述量筒触接。
7.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述支架的顶端设有橡胶把手。
8.根据权利要求1所述的简易土壤入渗速率测定装置，其特征在于：所述第一环的直径大于所述量筒的直径。
9.一种简易土壤入渗速率测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)调查待测区不同类型土壤特性，预估所述待测区土壤入渗速率变化范围，结合测量精度要求选择量筒直径和第一环直径；
2)备好实验用水；
3)设置计时器，重置计时器到“00:00”；
4)将第一环和第二环的锐角刀口放置在所述待测区，在所述锐角刀口上均喷涂硅喷剂；
5)向下推动橡胶把手，同时轻轻地来回转动支架，使所述第一环和所述第二环更容易插入土壤中，直到限位环与土壤表面接触为止；
6)同时向所述量筒内和所述第二环内倒入所述实验用水，直到所述第二环内填满所述实验用水，同时所述量筒内液体高度到达刻度起始点；
7)按下所述计时器开始按钮立即启动计时器，开始实验；
8)读数，当所述实验用水渗入土壤时，所述量筒内的液面不断下降，每隔1min读取并记录所述量筒液面读数；直到发现每个读数间差值基本相等，即达到稳定下渗状态时停止读数；
9)如果所述量筒到达刻度区最底部时，仍没有达到稳定下渗状态，按下所述计时器暂停键，重复步骤6)-8)后继续读数，并在监测记录上记录加水时间；
10)移开简易土壤入渗速率测定装置，将所述简易土壤入渗速率测定装置左右轻微转动，同时将所述简易土壤入渗速率测定装置抬离地面，慢慢拨出以免干扰土壤表面；
11)实验结束后，清洗和干燥所述锐角刀口。
10.根据权利要求9所述的简易土壤入渗速率测定方法，其特征在于：同一个所述待测区内重复实验，减小实验随机误差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |