CN110763606A - 土壤饱和导水率室内批量测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤饱和导水率室内批量测定装置及方法，该装置包括马氏瓶，马氏瓶设置有进气管，进气管的顶部延伸到马氏瓶的上方，马氏瓶设有分水装置的出水口，分水装置通过若干个分支水管连接有对应数量的环刀，每个环刀下方均设置一个漏斗，漏斗下方设置有烧杯，烧杯置于天平上。该方法为在马氏瓶灌满水，调整进气管下端高于环刀内土层表面5cm，打开马氏瓶下部进水总阀门，调整压差，待马氏瓶内外压力平衡后，关闭止水夹，将备于量杯中的5cm水头的水倒入环刀内，并同时打开止水夹，直至所有供试土样上方均维持5cm水头，用集水槽集中收集即可，渗流稳定后用烧杯收集，开始记录数据，最后通过饱和导水率计算公式进行计算；本发明同时测量多个，节时。

Description

土壤饱和导水率室内批量测定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种土壤饱和导水率室内批量测定装置及方法，属于农田水利工程技术领域。

背景技术

土壤饱和导水率是一项重要的土壤物理参数，能够反应饱和土壤的导水性能和渗透速率，其精确测定对了解土壤水分入渗特性、指导农业灌溉具有十分重要的意义。土壤饱和导水率是指单位水势梯度下，水流在单位时间内通过单位截面积饱和土壤的渗透水量，土壤饱和导水率能够反应土壤结构特性，其值易受土壤质地、容重、土壤含水量等因素的影响。饱和导水率的测定通常在室内进行，多采用环刀法进行测定。测定时采用环刀取原装土样，待原装土吸水饱和以后，在原环刀上方套上一个空环刀，接口处用胎皮或者胶布进行密封，防止水流渗出。将接合好的环刀放置在漏斗上，向上方的空环刀内加水，同时打开马氏瓶，维持其水头一定。经过一定时间待其渗透状态稳定，将烧杯连同电子天平一同放置在漏斗下方开始计时，并读取数据，然后采用饱和渗透系数测定公式进行计算，从而得出饱和渗透系数的室内观测值。

环刀法是一种简单易行的测定土壤导水率的方法，但已有的装置设计过于简单，每一个马氏瓶只能对应一个环刀，费时费力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种土壤饱和导水率室内批量测定装置及方法，基于环刀批量测定土壤饱和导水率，操作简单、节约时间、测量精准、便于推广，其具体技术方案如下：

土壤饱和导水率室内批量测定装置，包括竖直固定的马氏瓶，所述马氏瓶的顶部设置有灌水口，所述灌水口设置有灌水口阀门，所述马氏瓶内轴向设置有进气管，所述进气管的顶部延伸到马氏瓶的上方，所述马氏瓶的靠近下部侧壁开设有出水口，所述出水口连接有分水装置，所述分水装置通过若干个分支水管连接有对应数量的环刀，每个环刀下方均设置一个漏斗，所述漏斗下方设置有烧杯，烧杯置于天平上。

进一步的，所述分水装置包括与马氏瓶出水口连接的总水管，所述总水管的另一端连接一个空心球，所述空心球设置有多个出口，每个出口均连接一个分水管，所述分水管设置有止水夹，环刀分别位于对应分水管的下方。

进一步的，还包括环刀漏斗一体架，所述环刀漏斗一体架包括站立在地面上的底座以及支撑杆和支撑杆顶端的固定架，固定架包括用于搁置环刀的上圆环和搁置漏斗的下圆环，所有的上圆环通过上连杆水平连接，所有的下圆环通过下连杆水平连接，上连杆和下连杆通过两根以上竖连杆连接，每个上圆环、下圆环分别通过分支杆与支撑杆连接。

进一步的，所述总水管设置有进水总阀门。

进一步的，还包括集水槽，所述集水槽摆放于漏斗下方，能够接住所有的漏斗流下来的水。

进一步的，所述环刀包括试样环刀和空环刀，试样环刀内填满原状土样，空环刀套置在试样环刀上方，用以积蓄水头。

土壤饱和导水率室内批量测定方法，该方法基于上述土壤饱和导水率室内批量测定装置，具体包括以下步骤：

步骤1：安装固定好马氏瓶，关闭进水总阀门，在马氏瓶灌满水，调整进气管下端高于环刀内土层表面5cm，关闭灌水口阀门，打开马氏瓶下部进水总阀门，

步骤2：调整压差，待马氏瓶内外压力平衡后，关闭各分水管上的止水夹，

步骤3：准备维持5cm水头所需的水量倒入量杯中待用，

步骤4：将各分水管固定后，依次将备于量杯中的水倒入环刀内，并同时打开对应分水管的止水夹，直至所有供试土样上方均维持5cm水头，

步骤5：一段时间后，水流自环刀下方渗出，此时用集水槽集中收集即可，

步骤6：达到预估渗流稳定时间后，用烧杯收集，判断两次相同间隔时间段内渗出水量是否相等，即渗流是否稳定，

步骤7：渗流稳定后开始记录、时间、马氏瓶水位读数、电子天平读数，最后通过饱和导水率计算公式进行计算。

本发明的有益效果是：

本发明能够同时进行多个土样的测定实验，缩短了实验时间。

本发明的测定方法基于传统环刀法，设计科学，操作便捷。

本发明的集水槽，与传统环刀法相比，显著减少了渗流稳定的判断时间，从而进一步提高了试验效率。

本发明造价低廉，结构简单，便于推广及应用。

附图说明

图1是本发明集水阶段的结构示意图，

图2是本发明测量阶段的结构示意图，

图3是本发明中环刀漏斗一体架的俯视图，

图中：1-马氏瓶，2-进气管，3-环刀，4-灌水口阀门，5-进水总阀门，6-止水夹，7-集水槽，8-烧杯，9-电子天平，10-环刀漏斗一体架，11-上连杆，12-上圆环，13-支撑杆，14-分支杆。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明在集水阶段，用集水槽7承接住所有的烧杯8渗透滴落下来的水，初步判断水流滴落稳定后，将集水槽7取走，参见图2，每个漏斗下面放置一个烧杯8，烧杯8置于天平上，用于读取水的重量。

下面依次介绍本发明各个部件的主要功能：

本发明主要包括马氏瓶1、分水装置、环刀漏斗一体架10、环刀3、漏斗、集水槽7、烧杯8、电子天平9。

（1）马氏瓶1为持续供水装置，用于维持环刀3上方固定水头。

（2）分水装置用于连接马氏瓶和多个环刀3，实现一个马氏瓶同时给多个环刀3进行供水，并维持固定水头，其中分水装置采用球形分水装置。

（3）环刀漏斗一体架10用于安置环刀3及漏斗，原有环刀3法将环刀3直接安置于漏斗上，未同时给环刀3搭配固定装置，这样会导致环刀3歪斜，引起试样环刀3与空环刀3之间发生位移，改变透水面积及水头，甚至会发生胎皮或者胶布的脱裂，引发漏水进而影响饱和渗透系数的测定精度。因此本发明提供的一体架能够有效避免环刀3位移，从而提高试验观测数据的准确性。

（4）环刀3分为试样环刀和空环刀，试样环刀用于取原状土样，空环刀套置在试样环刀上方用以积蓄水头。需要注意的是，两种环刀3的规格需保持一致，从而避免因环刀3直径不一致所导致的水分测漏现象。

（5）集水槽7为用于供试土样渗流稳定前收集无效出水的装置，传统环刀3法在渗流开始便收集渗透出的水流，直到两次间隔时间内水量相等，即渗流稳定时才开始真正意义上的测量。本发明提出的集水槽7可以节约掉等待渗流稳定的这部分时间，当开始渗流时，渗出水流不断流入集水槽7内，1h后（也可根据需要进行缩短或延长时间）开始用烧杯8收集，判断两次间隔时间段内渗出水量是否相等，即渗流是否稳定。这样可以大大缩短判断的次数节约了人力。

（6）烧杯8用于收集渗透出的水。

（7）电子天平9用于称量渗透出的水的质量。

本发明装置，空心球的顶部为进水口，与总进水管连接，空心球在靠近底部等高度的四周均匀设置有若干个出水口，每个出水口中均连接一个分水管，每个分水管的水压一致。

通过一个环刀漏斗一体架10将所有的环刀3和漏斗均固定住，环刀漏斗一体架10底座站立在操作台上，当本发明置于平整的地面上作业时，底座就摆放在地面上。底座中心设置一根竖杆，支撑杆13通过发散形式的分支杆14连接各个上圆环12和下圆环，为了分散分支杆14的承受力，将上圆环12和下圆环依次通过上连杆11和下连杆水平连接。

本发明工作的工作方法如下：

将马氏瓶1灌满水后，调整马氏瓶1或供试试样高度，使得进气管2下端高于环刀3内土层表面5cm。关闭马氏瓶1的灌水口阀门4并打开马氏瓶1下部进水总阀门5，调整压差，待马氏瓶内外压力平衡后，关闭各分水管上的止水夹6。准备维持5cm水头所需的水量倒入量杯中待用。将各分水管固定后，依次将备于量杯中的水倒入环刀3内，并同时打开对应分水管的止水夹6，直至所有供试土样上方均维持5cm水头。一段时间后，水流自环刀3下方渗出，此时用集水槽7集中收集即可，预估渗流稳定时间，一般一小时足以稳定。一小时后开始用烧杯8收集，判断两次相同间隔时间段内渗出水量是否相等，即渗流是否稳定。渗流稳定后开始记录相关数据（时间，马氏瓶水位读数，电子天平9读数），最后通过饱和导水率计算公式进行计算。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：包括竖直固定的马氏瓶，所述马氏瓶的顶部设置有灌水口，所述灌水口设置有灌水口阀门，所述马氏瓶内轴向设置有进气管，所述进气管的顶部延伸到马氏瓶的上方，所述马氏瓶的靠近下部侧壁开设有出水口，所述出水口连接有分水装置，所述分水装置通过若干个分支水管连接有对应数量的环刀，每个环刀下方均设置一个漏斗，所述漏斗下方设置有烧杯，烧杯置于天平上。

2.根据权利要求1所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：所述分水装置包括与马氏瓶出水口连接的总水管，所述总水管的另一端连接一个空心球，所述空心球设置有多个出口，每个出口均连接一个分水管，所述分水管设置有止水夹，环刀分别位于对应分水管的下方。

3.根据权利要求1所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：还包括环刀漏斗一体架，所述环刀漏斗一体架包括站立在地面上的底座以及支撑杆和支撑杆顶端的固定架，固定架包括用于搁置环刀的上圆环和搁置漏斗的下圆环，所有的上圆环通过上连杆水平连接，所有的下圆环通过下连杆水平连接，上连杆和下连杆通过两根以上竖连杆连接，每个上圆环、下圆环分别通过分支杆与支撑杆连接。

4.根据权利要求1所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：所述总水管设置有进水总阀门。

5.根据权利要求1所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：还包括集水槽，所述集水槽摆放于漏斗下方，能够接住所有的漏斗流下来的水。

6.根据权利要求1所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，其特征在于：所述环刀包括试样环刀和空环刀，试样环刀内填满原状土样，空环刀套置在试样环刀上方，用以积蓄水头。

7.土壤饱和导水率室内批量测定方法，其特征在于：该方法基于上述任一权利要求所述的土壤饱和导水率室内批量测定装置，具体包括以下步骤：

步骤1：安装固定好马氏瓶，关闭进水总阀门，在马氏瓶灌满水，调整进气管下端高于环刀内土层表面5cm，关闭灌水口阀门，打开马氏瓶下部进水总阀门，

步骤2：调整压差，待马氏瓶内外压力平衡后，关闭各分水管上的止水夹，

步骤3：准备维持5cm水头所需的水量倒入量杯中待用，

步骤4：将各分水管固定后，依次将备于量杯中的水倒入环刀内，并同时打开对应分水管的止水夹，直至所有供试土样上方均维持5cm水头；

步骤5：一段时间后，水流自环刀下方渗出，此时用集水槽集中收集即可，

步骤6：达到预估渗流稳定时间后，用烧杯收集，判断两次相同间隔时间段内渗出水量是否相等，即渗流是否稳定，

步骤7：渗流稳定后开始记录、时间、马氏瓶水位读数、电子天平读数，最后通过饱和导水率计算公式进行计算。

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