CN112179829B - 一种改进的土壤饱和导水率检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进的土壤饱和导水率检测方法，按照如下方法进行：调节改进的土壤饱和导水率检测装置的整体水平；检查改进的土壤饱和导水率检测装置的密封性；将提前浸泡饱和的土壤样品放置到改进的土壤饱和导水率检测装置中；安装土样；检测前准备；检测；计算土壤的导水率。方便对土壤饱和导水率进行检测，检测方法简单，检测结果准确，同时由体积读数改进为质量除以实验用水温度下的密度计算，使结果更加准确；设计的接水容器口窄小，防止接水时溅洒及蒸发，使结果更加精确；可避免实验人员逐个开启/关闭测量阀和按秒表计时所造成的实验误差，使饱和导水率的计算更加准确；可以自动计算并显示饱和导水率，操作简单便捷，实验的效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及土壤饱和导水率检测技术领域，具体的是涉及一种改进的土壤饱和导水率检测方法。
背景技术
土壤饱和导水率是指土壤被水饱和时，单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量，常用Ks表示，单位为mm/h、m/d或cm/s等，饱和导水率反映了土壤的入渗和渗漏性能，是研究土壤水分运动重要参数，在计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程领域有很重要的意义。
确定饱和导水率的方法主要有：实验室测定和田间现场测定、实验室测定分为定水头法和降水头法，田间测定常用双环法、Guelph入渗仪法和抽水实验法。
该四点式土壤透水性测定仪，由体积读数使结果误差较大；现有接水容器敞口易使接的实验用水溅洒，使结果偏小；在实验开始或结束时，需要实验人员逐个开启或关闭4个计量阀(即不能同时开启或关闭计量阀)，这个过程会产生时间差，这个时间差会造成实验误差，实验时，需要实验人员在计量阀开启或关闭时，按计时器计时，实验人员的反应时间也会造成实验误差，这些实验误差都会造成饱和导水率的计算结果不准确。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种称重比读体积数更精确；秒表随实验开关触发，计时更精确的改进的土壤饱和导水率检测方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种改进的土壤饱和导水率检测方法，按照如下方法进行：
S1.样品采集：用样品环刀采集原状土，并将采集到的原状土带回实验室；
S2.浸泡饱和：在检测饱和导水率前24小时对样品环刀进行浸泡；在样品环刀一侧的孔盖中装上大小合适的滤纸，另一侧安装无孔盖，将其浸泡在水，带孔盖的样品环刀的端部朝下，水位保持没过孔盖；
S3.调节水平：通过调整改进的土壤饱和导水率装置的底座螺母使水准泡位于液腔中心，保证改进的土壤饱和导水率检测装置整体水平。
S4.检查密封性：将接水容器放置到改进的土壤饱和导水率检测装置的下方，且使乳胶管端部位于接水容器中；关闭夹持机构和出水口开关，打开进水口开关，注入实验用水至水头管上端齐平，检查整个装置是否漏水；
S5.安装样品：将网板放置于橡胶圈内卡槽处，取下提前浸泡饱和的样品环刀的带孔盖及滤纸；将样品环刀外围擦净，用含有网板橡胶圈封住样品环刀；整体倒置，将无孔盖换成带塞网盘，逐一整体安装在样品接收器上；
S6.检测：打开进水口的供水开关，直到水头管有水流出，再打开夹持结构，观察所有样品乳胶管和水头管均有水流出后关闭夹持结构，并将计时清零，使用微型天平对接水容器称重M1；打开夹持结构，触发计时器开始计时，当流出水量为100-150g时，关闭夹持结构，触发计时器结束计时，使用微型电子秤对接水容器中的水中进行称重，重量为M2，记录时间为t、实验用水温度T；
S7.按照如下公式计算出土壤的饱和导水率：
式中：K—饱和导水率(cm/s)；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量(g)；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量(g)；
L—样品长度(cm)；
ρT—T℃温度下水的密度(g/cm3)；
S—样品环刀横截面积(cm2)；
t—流出水量为100-150g时所用时间(s)；
△H—水头差(cm)。
还包括S8.清洗备用，将实验完成后的样品环刀拆下，拆下橡胶圈、网板、带塞网盘清洗干净备用。
所述改进的导水率检测装置包括支撑板I，固定连接在支撑板I两侧的支撑板II，固定设在两个支撑板II之间的盛水容器；设在盛水容器内的多个用于放置样品环刀的样品接收器，该样品接收器的底部连接有∽管，该∽管的一端穿过穿过盛水容器与乳胶管连通，该乳胶管下端穿过设在盛水容器的下方的夹持结构并延伸至接水容器中，该夹持结构同时对多个乳胶管内的液体的通断进行控制。
所述夹持结构包括第一夹板和第二夹板，该第一夹板的两侧与支撑板I两侧的支撑板II固定连接，第二夹板的两侧与支撑板I两侧的支撑板II活动连接，所述第一夹板和第二夹板的两侧通过弹簧连接，所述第一夹板与第二夹板的相对面上设有乳胶管穿过的凹槽，所述第二夹板上设有与凹槽配合的凸起；所述第一夹板和第二夹板之间设有用于通过乳胶管流入的实验水时间的计时组件。
所述盛水容器的底部两侧分别设有进水口和排水口。
所述计时组件包括固定在其中第一夹板上的计时器，所述计时器的对应两侧均设置有按钮，背离设置计时器的第二夹板上固定有用于碰触按钮的金属片I，所述金属片I通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器的第一夹板上方，且计时器位于金属片I和金属片II之间。
所述第一夹板和第二夹板之间设有限位结构，该限位结构包括折弯设置的金属弹片，金属弹片背离折弯端的一端安装在第二夹板上开设的安装槽内，金属弹片一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部，金属弹片的折弯端上设置有限位台，第一夹板上对应开设有导向孔，导向孔上方开设有与限位台相匹配的限位孔。
所述第二夹板的两侧通过导向结构与两个支撑板II活动连接。
所述盛水容器内设有一贯通盛水容器的水头管，且该水头管的高度高于样品环刀的高度；所述盛水容器内设有用于检测实验用水温度的温度传感器。
本发明的有益效果是：方便对土壤进行导水率进行检测，检测方法简单，检测结果准确，同时可避免实验人员逐个开启/关闭测量阀和按秒表计时所造成的实验误差，使饱和导水率的计算更加准确；可以自动计算并显示饱和导水率，操作简单便捷，实验的效率较高。
附图说明
图1是本发明中改进的导水率检测装置的机构示意图；
图2是本发明中改进的导水率检测装置的侧视结构示意图；
图3是本发明中夹持结构的结构示意图；
图4是本发明中限位结构的结构示意图；
图5是本发明中计时结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
一种改进的土壤饱和导水率检测方法，按照如下方法进行：
S1.样品采集：用样品环刀(53)采集原状土，并将采集到的原状土带回实验室；
S2.浸泡饱和：在检测饱和导水率前24小时对样品环刀53进行浸泡；在样品环刀53一侧的孔盖中装上大小合适的滤纸，另一侧安装无孔盖，将其浸泡在水，带孔盖的样品环刀的端部朝下，水位保持没过孔盖；避免水太少不能完全浸泡饱和；
S3.调节水平：通过水平调节器对改进的土壤饱和导水率检测装置整体水平进行调节；也可以通过设在改进的土壤饱和导水率检测装置下方的调节地脚对整个改进的土壤饱和导水率检测装置的水平进行调节，直到改进的土壤饱和导水率检测装置保持水平为止；
S4.检查密封性：将接水容器6放置到改进的土壤饱和导水率检测装置的下方，且使乳胶管4端部位于接水容器6中；关闭夹持机构3和出水口51开关，打开进水口55开关，注入实验用水至水头管7上端齐平，检查整个装置是否漏水；若漏水，查找原因并进行修复，若不漏水，进行下一步；
S5.安装样品：将网板放置于橡胶圈内卡槽处，取下提前浸泡饱和的样品环刀53的带孔盖及滤纸；将样品环刀53外围擦净(防止土壤混入橡胶圈与环刀之间，造成漏水和测量误差)，用含有网板橡胶圈封住样品环刀5；整体倒置，将无孔盖换成带塞网盘，逐一整体安装在样品接收器54上；安装时注意避免橡胶圈与样品接收器之间形成空气柱，造成导水率变小；
S6.检测：打开进水口55的供水开关，直到水头管7有水流出，再打开夹持结构3，观察所有样品乳胶管4和水头管7均有水流出后关闭夹持结构3，并将计时清零，使用微型天平对接水容器6称重M1；打开夹持结构3，触发计时器开始计时，当流出水量为100-150g时，关闭夹持结构3，触发计时器结束计时，使用微型电子秤9对接水容器6中的水中进行称重，重量为M2，记录时间为t、实验用水温度T；
S7.按照如下公式计算出土壤的导水率：
式中：K—饱和导水率(cm/s)；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量(g)；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量(g)；
L—样品长度(cm)；
ρT—T℃温度下水的密度(g/cm3)；
S—样品环刀横截面积(cm2)；
t—流出水量为100-150g时所用时间(s)；
△H—水头差(cm)。
还包括S8.清洗备用，将实验完成后的样品环刀53拆下，拆下橡胶圈、网板、带塞网盘清洗干净备用。
该检测方法简单，在实验时通过对其密封性进行检测，避免在实验时发生漏水的现象，导致整个水头差不准确造成检测出现误差，由体积读数改进为质量除以实验用水温度下的密度计算，使结果更加准确；设计的接水容器口窄小，防止接水时溅洒及蒸发，使结果更加精确；同时可避免实验人员逐个开启/关闭测量阀和按秒表计时所造成的实验误差，使饱和导水率的计算更加准确。
实施例2
如图1和图2所示的导水率检测装置包括支撑板I1，固定连接在支撑板I1两侧的支撑板II2，固定设在两个支撑板II2之间的盛水容器5；设在盛水容器5内的多个用于放置样品环刀53的样品接收器54，该样品接收器54的底部连接有∽管，该∽管的一端穿过穿过盛水容器5与乳胶管4连通，该乳胶管4下端穿过设在盛水容器5的下方的夹持结构3并延伸至接水容器6中，该夹持结构3同时对多个乳胶管4内的液体的通断进行控制。所述接水容器6的顶部为缩颈口，所述乳胶管4的下端插入到该缩颈口中，避免在实验过程中水分蒸发及溅洒使检测数据偏小。
具体在进行实验时，通过夹持结构的开启和闭合来控制乳胶管4的连通或关闭，该夹持结构可以同时对多个乳胶管进行开启和关闭，避免在计时时出现误差，造成检测不准确的情况出现。
实施例3
在实施例2的基础上，如图3所示的所述夹持结构包括第一夹板32和第二夹板34，该第一夹板32的两侧与支撑板I1两侧的支撑板II2固定连接，第二夹板34的两侧与支撑板I1两侧的支撑板II2活动连接，所述第一夹板32和第二夹板34的两侧通过弹簧33连接，所述第一夹板32与第二夹板34的相对面上设有乳胶管4穿过的凹槽321，所述第二夹板34上设有与凹槽321配合的凸起341；所述第一夹板32和第二夹板34之间设有计时组件，该计时组件用于对通过乳胶管4流入的实验水的时间进行计时；所述的第一夹板32和第二夹板34在扣合时对进入到凹槽321中的乳胶管4通过凸起进行夹紧，保证乳胶管4被关闭，渗透的水被关闭，所述计时组件用于对第一夹板32和第二夹板34的开合和关闭之间的时间进行记录，并将记录的时间发送给处理器。
设在支撑板I1上的多个与样品接收器54对应的微型电子秤9，及设在该微型电子秤9上的接水容器6，所述的乳胶管4的下端穿过凹槽321并延伸到接水容器6中。
设在盛水容器5内用于检测实验水温的温度传感器52。
具体在工作时，通过进水口向盛水容器5注入实验用水，此时注入的实验用水进入到所述样品环刀53中的土壤中，该实验用水渗透过土壤并通过乳胶管4向底部的接水杯中进行流动，同时在实验水进行渗透时通过止水计时模块将乳胶管4打开，并进行计时，当称重模块称重进入到接水杯中的实验用水达到100-150g时，止水计时模块将乳胶管关闭，同时将所记载的时间发送给处理器模块，所述处理器模块根据计时时间、水重量、样品环刀53中土壤的长度和横截面积及温度传感器检测到的实验用水温度，渗透过后盛水容器5的水位差计算出该土壤的导水率。
实施例4
在实施例2的基础上，为了保证在第一夹板和第二夹板对乳胶管进行开通后，保证乳胶管通水后能够及时的进行计时，如图5所述计时组件包括固定在其中第一夹板32上的计时器352，所述计时器352的对应两侧均设置有按钮3521，背离设置计时器352的第二夹板34上固定有用于碰触按钮3521的金属片I351，所述金属片I351通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器352的第一夹板32上方，且计时器352位于金属片I351和金属片II之间。在进行使用时，当第一夹板和第二夹板处于夹持状态时，此时所述的乳胶管处于关闭状态，按钮3521被金属片I351触碰，此时所述的计时器352处于清零状态，当第一夹板和第二夹板处于开合状态时，所述乳胶管处于贯通状态，此时金属片I351与按钮发生分离，计时器开始计时，当称重模块称得渗透的水的重量符合要求时，此时第一夹板和第二夹板闭合，乳胶管关闭，计时器停止计时并将记录的时间发送给处理器模块。
实施例5
在实施例2的基础上，为了保证第一夹板和第二夹板在发生扣合时能够稳定的连接，如图4所述第一夹板32和第二夹板34之间设有限位结构353，该限位结构353包括折弯设置的金属弹片3532，金属弹片3532背离折弯端的一端安装在第二夹板34上开设的安装槽342内，金属弹片3532一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽342的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部3531，金属弹片3532的折弯端上设置有限位台3533，第一夹板32上对应开设有导向孔322，导向孔322上方开设有与限位台3533相匹配的限位孔323。
在进行扣合关闭乳胶管时，所述第二夹板34上的金属弹片3532的端部进入到第一夹板32中的导向孔322中，此时所述金属弹片3532顶部的限位台3533进入到限位孔323中，将第一夹板和第二夹板固定连接起来，对乳胶管进行夹持封闭，当需要将乳胶管进行开通是，下按按压部3531，限位台3533从限位孔23中退出，拉动第二夹板将第一夹板和第二夹板分开，乳胶管的夹持状态解开，乳胶管将贯通将通过土壤的渗透水排入到下方称重台上的接水杯中。
进一步的，为了方便第二夹板进行前后移动与第一夹板进行夹持或解开，所述第二夹板34的两侧通过导向结构31与两个支撑板II2活动连接。
以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种改进的土壤饱和导水率检测方法，其特征在于，按照如下方法进行：
S1.样品采集：用样品环刀(53)采集原状土，并将采集到的原状土带回实验室；
S2.浸泡饱和：在检测饱和导水率前24小时对样品环刀(53)进行浸泡；在样品环刀(53)一侧的孔盖中装上大小合适的滤纸，另一侧安装无孔盖，将其浸泡在水中，带孔盖的样品环刀的端部朝下，水位保持没过孔盖；
S3.调节水平：通过调整改进的土壤饱和导水率装置的底座螺母使水准泡位于液腔中心，保证改进的土壤饱和导水率检测装置整体水平；
S4.检查密封性：将接水容器(6)放置到改进的土壤饱和导水率检测装置的下方，且使乳胶管(4)端部位于接水容器(6)中；关闭夹持结构(3)和出水口(51)开关，打开进水口(55)开关，注入实验用水至水头管(7)上端齐平，检查整个装置是否漏水；
S5.安装样品：将网板放置于橡胶圈内卡槽处，取下提前浸泡饱和的样品环刀(53)的带孔盖及滤纸；将样品环刀(53)外围擦净，用含有网板的橡胶圈封住样品环刀(53)；整体倒置，将无孔盖换成带塞网盘，逐一整体安装在样品接收器(54)上；
S6.检测：打开进水口(55)的供水开关，直到水头管(7)有水流出，再打开夹持结构(3)，观察所有样品乳胶管(4)和水头管(7)均有水流出后关闭夹持结构(3)，并将计时清零，使用微型天平对接水容器(6)称重M1；打开夹持结构(3)，触发计时器开始计时，当流出水量为100-150g时，关闭夹持结构(3)，触发计时器结束计时，使用微型电子秤(9)对接水容器(6)中的水中进行称重，重量为M2，记录时间为t、实验用水温度T；
S7.按照如下公式计算出土壤的饱和导水率：
式中：K—饱和导水率cm/s；
M1—实验开始时接水容器与其接到水的重量g；
M2—实验结束时接水容器与其接到水的重量g；
L—样品长度cm；
ρT—T℃温度下水的密度g/cm3；
S—样品环刀横截面积cm2；
t—流出水量为100-150g时所用时间s；
△H—水头差cm；
所述改进的导水率检测装置包括支撑板I(1)，固定连接在支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)，固定设在两个支撑板II(2)之间的盛水容器(5)；设在盛水容器(5)内的多个用于放置样品环刀(53)的样品接收器(54)，该样品接收器(54)的底部连接有∽管，该∽管的一端穿过盛水容器(5)与乳胶管(4)连通，该乳胶管(4)下端穿过设在盛水容器(5)的下方的夹持结构(3)并延伸至接水容器(6)中，该夹持结构(3)同时对多个乳胶管(4)内的液体的通断进行控制；
所述夹持结构(3)包括第一夹板(32)和第二夹板(34)，该第一夹板(32)的两侧与支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)固定连接，第二夹板(34)的两侧与支撑板I(1)两侧的支撑板II(2)活动连接，所述第一夹板(32)和第二夹板(34)的两侧通过弹簧(33)连接，所述第一夹板(32)与第二夹板(34)的相对面上设有乳胶管(4)穿过的凹槽(321)，所述第二夹板(34)上设有与凹槽(321)配合的凸起(341)；所述第一夹板(32)和第二夹板(34)之间设有用于记录通过乳胶管(4)流入的实验水的计时组件；
所述计时组件包括固定在其中第一夹板(32)上的计时器(352)，所述计时器(352)的对应两侧均设置有按钮(3521)，背离设置计时器(352)的第二夹板(34)上固定有用于碰触按钮(3521)的金属片I(351)，所述金属片I(351)通过连接板连接有金属片II，金属片II设置在设置有计时器(352)的第一夹板(32)上方，且计时器(352)位于金属片I(351)和金属片II之间；
所述第一夹板(32)和第二夹板(34)之间设有限位结构(353)，该限位结构(353)包括折弯设置的金属弹片(3532)，金属弹片(3532)背离折弯端的一端安装在第二夹板(34)上开设的安装槽(342)内，金属弹片(3532)一端连接有竖直设置的连接杆，连接杆穿出安装槽(342)的顶部延伸到夹持板上方后连接有按压部(3531)，金属弹片(3532)的折弯端上设置有限位台(3533)，第一夹板(32)上对应开设有导向孔(322)，导向孔(322)上方开设有与限位台(3533)相匹配的限位孔(323)。
2.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测方法，其特征在于，还包括S8.清洗备用，将实验完成后的样品环刀(53)拆下，拆下橡胶圈、网板、带塞网盘清洗干净备用。
3.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测方法，其特征在于，所述盛水容器(5)的底部两侧分别设有进水口(55)和出水口(51)。
4.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测方法，其特征在于，所述第二夹板(34)的两侧通过导向结构(31)与两个支撑板II(2)活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种改进的土壤饱和导水率检测方法，其特征在于，所述盛水容器(5)内设有一贯通盛水容器(5)的水头管(7)，且该水头管(7)的高度高于样品环刀(53)的高度；所述盛水容器(5)内设有用于检测实验用水温度的温度传感器(52)。
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