CN111896444A - 测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，包括马氏瓶和入渗环，马氏瓶与入渗环之间通过导水软管连接，导水软管伸入入渗环的末端设有阀门，入渗环外侧套有限位环，马氏瓶底部设有液位传感器，液位传感器与数据采集盒连接，使用时，将马氏瓶内注入一定量的水，打开数据采集盒的电源开关，同时将马氏瓶出水口处的止水阀打开，这时水流流到入渗环内，入渗环内水位达到限位环以上5cm后保持稳定，数据采集盒记录马氏瓶内的水位随时间的变化，并将数据显示在数据显示器上，当入渗速率趋于稳定时，即水位变化量随时间趋于稳定时，结束测量。本发明采用野外实地测量，数据更加准确可靠；结构简单，易于安装，自动化水平高，数据科学合理。
Description
技术领域
本发明涉及一种单环入渗仪，尤其涉及一种测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪。
背景技术
土壤饱和导水率是土壤重要的物理性质之一。土壤饱和导水率是当土壤被水饱和时在单位水势梯度下单位时间单位面积通过的水量，它反映了土壤的饱和透水率，它受土壤孔隙大小和形状的影响。饱和导水率是计算土壤剖面水分流量和设计灌排系统技术的重要参数，也是水文模型中的重要参数。
测量土壤饱和导水率的试验方法分为室内试验和室外试验两种，室内试验需要从野外取土，不能保证土的原有性质，室外试验较为准确。但是，室外试验也存在一些弊端，例如，在使用传统单环入渗装置进行测量的时候，水流量控制较为困难，计时和记录流量很繁琐，往往需要多人配合，费时费力，人工读数也会造成一些误差，致使结果不准确。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，能够更加快速准确地测量土壤饱和导水率。
技术方案：本发明包括马氏瓶和入渗环，所述的马氏瓶与入渗环之间通过导水软管连接，所述的导水软管伸入入渗环的末端设有阀门，所述的入渗环外侧套有限位环，所述的马氏瓶底部设有液位传感器，所述的液位传感器与数据采集盒连接。
所述的马氏瓶放置在三脚架上。
所述马氏瓶的出水口设有止水阀。
所述的导水软管与马氏瓶出水口连接。
所述的阀门采用浮球式自动阀门，浮球式自动阀门与导水软管之间设有进水口。
所述的限位环距离入渗环底部至少10cm。
所述入渗环内的液面达到限位环以上5cm时，浮球式自动阀门完全关闭。
所述的入渗环通过刀托打入土中。
所述的入渗环内铺设有尼龙网，以防输入的水流冲刷土体表面。
所述的液位传感器采用光电液位传感器。
有益效果：本发明采用野外实地测量，数据更加准确可靠；结构简单，易于安装，自动化水平高，避免人工读取数据带来的误差；省时省力，易于操作，试验效果好，数据科学合理；适用于不同类型的土壤饱和导水率的测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的为入渗环俯视图；
图3为本发明的刀托剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括马氏瓶1，马氏瓶1底部设有液位传感器4，液位传感器4采用光电液位传感器，液位传感器4通过数据线2与数据采集盒7连接，数据采集盒7设置有电源开关10和数据显示器8，数据显示器8可以显示液位数据与时间数据，数据采集盒7及液位传感器4通过蓄电池9供电。
马氏瓶1放置在三脚架5上，马氏瓶1一侧设有出水口，出水口处设置有止水阀3，出水口通过导水软管6与入渗环13连接，导水软管6末端连接浮球式自动阀门12，浮球式自动阀门12与导水软管6之间设有进水口11。入渗环13直径为15cm，高度取25cm。入渗环13外侧套有限位环14，如图2所示，限位环14距离入渗环13底部10cm。当入渗环13内的液面达到限位环14以上5cm时，浮球式自动阀门12完全关闭。入渗环13通过刀托16打入土中，刀托16内径为15cm，如图3所示。
本发明的试验方法包括以下步骤：
(1)装置安装：将液位传感器4固定在马氏瓶1内底部，并将马氏瓶1安放在三脚架5上面。待测土壤表面除清除一些枝叶外，不做其它处理，之后用刀托16将入渗环13打入土壤中，打入深度为10cm，即限位环14与地面齐平，打入过程要保证入渗环13不发生倾斜，以保证土壤的原状结构，并使入渗环13周围与土壤紧贴，以防水流沿边壁流走。入渗环13安装完成后，将环内部横铺一层低阻力尼龙网15，以防输入的水流冲刷土体表面。将马氏瓶1与入渗环13通过导水软管6连接，并在入渗环进水口11安装浮球式自动阀门12。将液位传感器4通过数据线2连接到数据采集盒7，并将数据采集盒7与蓄电池9连接。
(2)数据采集：将马氏瓶1内注入一定量的水，打开数据采集盒7的电源开关10，同时将马氏瓶1出水口处的止水阀3打开，这时水流通过导水软管6流到入渗环13内，入渗环13内水位达到限位环14以上5cm后保持稳定，数据采集盒7记录马氏瓶1内的水位随时间的变化，并将数据显示在数据显示器8上。当入渗速率趋于稳定时，即水位变化量随时间趋于稳定时，结束测量，将数据导入计算机进行分析。
(3)数据处理与分析：首先将马氏瓶1内的水位变化转化成体积变化，进而得到每个时刻的累计入渗量。利用单环入渗过程的概化解数学模型，采用基于累积入渗量的求解方法求解饱和导水率。该入渗过程的概化解与求解方法如下：
i/ic＝a+b(t/Tc)-0.5 (1)
ic＝fKs (2)
式中：i—入渗速率，cm·min-1；ic—稳定入渗速率，cm·min-1；t—入渗时间，min；Δθ＝θ0-θi，其中θ0和θi分别为土壤饱和含水率和初始含水率，％；a，b—无量纲常数(a＝0.9084，b＝0.1682)；d—入渗环插入土中的深度，cm；H—入渗环中的积水深度，cm；r—入渗环的半径，cm；hm—Gardner’s水力传导函数式中的基质势；h和hi—分别表示基质势和起始基质势；Ks和Ki—分别为饱和导水率和初始导水率，cm·min-1；K′(h)—修正的vanGenuchten公式；
其中，
其中，G＝d+r/2。
通常情况下，土壤的饱和导水率远小于初始导水率，故前述式Tc可近似的表示为:
将概化解和实测土壤入渗曲线结合后，可通过基于累积入渗量的求解方法，将等式(1)在(0-t)时段内积分可得下式::
I＝afKst+2bfKs(tTc)0.5 (5)
或
I＝At+Bt0.5 (6)
式中：I—累积入渗量，cm；A＝afKs,B＝2bfKsTc 0.5,A、B可通过拟合实测的累积入渗量与入渗时间的关系得出。
将
和
代入式(6),就可以得到求解Ks的模型公式：
式中：
Claims (10)
1.一种测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，包括马氏瓶(1)和入渗环(13)，所述的马氏瓶(1)与入渗环(13)之间通过导水软管(6)连接，所述的导水软管(6)伸入入渗环(13)的末端设有阀门(12)，所述的入渗环(13)外侧套有限位环(14)，所述的马氏瓶(1)内侧底部设有液位传感器(4)，所述的液位传感器(4)与数据采集盒(7)连接。
2.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的马氏瓶(1)放置在三脚架(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述马氏瓶(1)的出水口设有止水阀(3)。
4.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的导水软管(6)与马氏瓶(1)出水口连接。
5.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的阀门(12)采用浮球式自动阀门，浮球式自动阀门与导水软管(6)之间设有进水口(11)。
6.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的限位环(14)距离入渗环(13)底部至少10cm。
7.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述入渗环(13)内的液面达到限位环(14)以上5cm时，浮球式自动阀门完全关闭。
8.根据权利要求1或7所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的入渗环(13)通过刀托(16)打入土中。
9.根据权利要求8所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的入渗环(13)内铺设有尼龙网(15)。
10.根据权利要求1所述的测量土壤饱和导水率的全自动单环入渗仪，其特征在于，所述的液位传感器(4)采用光电液位传感器。
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