CN114295810B - 一种室外土体蓄水能力的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种室外土体蓄水能力的测量装置及其测量方法，该测量装置包括其包括壳体，所述壳体的一侧壁自上而下设有若干孔洞，所述壳体内竖直设有气压管，所述气压管的顶部连接气泵，所述气压管自上而下连接多个气压组件，所述气压组件与对应的孔洞连接，所述气压组件连接土壤水吸力传感器，所述土壤水吸力传感器的探头从孔洞伸出或缩回；所述气压组件与对应的孔洞之间设有固定构件；所述土壤水吸力传感器连接环形导电构件，所述固定构件设有第一导电片，所述气压组件的活动部件设有第二导电片。采用本发明的技术方案，可预测室外土体的蓄水承载力，可有效避免因安装试验装置对待测区域内的土体的造成扰动，并可回收利用，降低了试验成本。

Description

一种室外土体蓄水能力的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于土体蓄水测量技术领域，尤其涉及一种室外土体蓄水能力的测量装置及其测量方法。

背景技术

实际工程上，土体的降雨入渗是一个十分复杂的过程，涉及农业、自然环境、岩土工程等诸多领域。其中应用在农业领域中的土壤蓄水量的测量方法往往是以检测人员的直观判断为基准或对土壤的透水能力与蓄水能力进行定性比较(如CN 210626477 U)，但应用在岩土工程领域却还远远不够。对于岩土工程领域内的土体的降雨入渗测量，大部分降雨入渗装置通过在室内进行，采用模拟人工降雨，对原状土或者重塑土进行入渗测量(如CN204314187 U、CN 202854013 U、CN 205898792 U)。但实验室模拟的结果与现场试验结果仍有差别，主要原因除了土的应力释放导致土的结构发生变化，还有实验室模拟的降雨方式与自然降雨方式不同。而现有部分室外测量装置又具有体积大而测量深度较浅、操作不方便等局限性。另外，室外入渗测量装置受地形影响，测量区域坡度较大区域不适用。

目前对土中孔隙水负压的测量方式有采用压阻式土壤水分传感器(或称：土壤水吸力传感器)，其原理是由具有许多微小孔隙的陶土头被水湿润后会形成水膜，当充满水且密封的湿度计插入不饱和土中，水膜就与孔隙水连接使湿度计内的水产生负压，再通过压力传感器转换成电信号输出即可，但其在实际应用中做深层区域定点测量时也具有局限性，如入土深度较深时，陶土头上的水膜容易在嵌入过程破损，导致测量误差。

因此，亟待提出对于土在降雨入渗过程中的准确测量装置。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种室外土体蓄水能力的测量装置及其测量方法。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种室外土体蓄水能力的测量装置，其包括壳体，所述壳体的一侧壁自上而下设有若干孔洞，所述壳体内竖直设有气压管，所述气压管的顶部连接气泵，所述气压管自上而下连接多个气压组件，所述气压组件与对应的孔洞连接，所述气压组件连接土壤水吸力传感器，所述土壤水吸力传感器的探头从孔洞伸出或缩回；

所述气压组件与对应的孔洞之间设有固定构件，所述土壤水吸力传感器的探头从固定构件的端部伸出；

所述土壤水吸力传感器连接环形导电构件，所述固定构件朝着土壤水吸力传感器的一侧设有两个分离的、可与环形导电构件接触的第一导电片，所述气压组件的活动部件设有用于两个分离的、可与环形导电构件接触的第二导电片，所述第一导电片与固定构件绝缘连接，所述第二导电片与气压组件的活动部件绝缘连接，所述环形导电构件位于第一导电片、第二导电片之间。其中，第一导电片、第二导电片与外部检查设备电连接。

采用本发明的技术方案，可以通过气泵推进的方式对各个活塞施加压力，可以将土壤水吸力传感器推入土中，也可施加吸力通过负气压的方式将土壤水吸力传感器拉回，实现可回收利用，降低了试验成本。而且活塞移动时，当环形导电构件与第一导电片接触时，形成闭合回路(外回路)，可以用于检查活塞是否将吸力传感器推出孔洞；而当活塞顶面内部的环形导电构件与第二导电片密切接触时，形成闭合回路(内回路)，用于检查活塞是否将吸力传感器收回。此技术方案对土壤水吸力传感器的应用不限入土深度影响，可以扩大土壤水吸力传感器的应用范围。同时，测量装置可以不受地形影响，测量区域坡度较大、地形起伏较大的区域也适用。

作为本发明的进一步改进，所述气压组件包括活塞，所述活塞与气压管连通，所述活塞连接土壤水吸力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述气压组件包括加固支架，所述加固支架的一端与活塞连接，所述加固支架的另一端朝着孔洞。采用此技术方案，加固支架可以作为导轨，保障土壤水吸力传感器的推出与回收过程与活塞的方向保持一致。

作为本发明的进一步改进，所述加固支架设有加固卡座，所述土壤水吸力传感器与加固卡座连接。采用此技术方案，可以对土壤水吸力传感器起到加固的作用。

作为本发明的进一步改进，所述第一导电片通过第一绝缘片固定在磁性固定构件上，所述第二导电片通过第二绝缘片固定在活塞的边缘。

作为本发明的进一步改进，所述磁性固定构件为V型结构。

作为本发明的进一步改进，各个气压组件中，所述环形导电构件与各个土壤水吸力传感器相同的位置连接。

作为本发明的进一步改进，所述气压组件斜向下设置。

作为本发明的进一步改进，所述环形导电构件包括分离的第一环形导电构件和第二环形导电构件，所述第一环形导电构件与第一导电片相对，所述第二环形导电构件与第二导电片相对。其中，所述第一环形导电构件和第二环形导电构件分别位于土壤水吸力传感器的上下两侧。进一步的，所述第一环形导电构件和第二环形导电构件均位于加固支架内，并分别位于加固卡座的上下两侧。

作为本发明的进一步改进，所述固定构件为磁性固定构件，所述环形导电构件为环形铁磁性构件。其中磁性固定构件可以增强环形铁磁性构件对第一导电片的接触作用。

进一步的，所述环形铁磁性构件与加固支架的内壁接触。

作为本发明的进一步改进，所述磁性固定构件为磁铁，环形铁磁性构件的材质为铁、镍或钴。进一步的，所述环形铁磁性构件为环形片状结构。

作为本发明的进一步改进，所述壳体的底部设有泡沫填充物。

作为本发明的进一步改进，所述壳体的底部为刃角结构。采用此技术方案，底部采用刃角的方式即方便安装装置，也可以实现将土体往测量点相反方向挤压，有效避免因安装试验装置对待测区域内的土体的造成扰动。

作为本发明的进一步改进，所述壳体包括壳体框和侧盖，所述壳体框和侧盖通过螺丝或卡扣连接。采用此技术方案，方便在壳体框内装入零部件，也方便维护。

本发明还公开了一种室外土体蓄水能力的测量系统，其包括如上所述的室外土体蓄水能力的测量装置、数据采集模块、数据处理模块，所述土壤水吸力传感器通过导线与数据采集模块电连接，所述数据采集模块将采集的数据反馈给数据处理模块，所述数据处理模块根据获得的数据进行处理，从而获得水力特征曲线。其中，所述数据处理模块内事先安装有结合达西定律和基于现有的元胞自动机模型的数据处理程序。

作为本发明的进一步改进，所述元胞自动机模型的数据处理程序包括如下步骤：

步骤S1，确定初始条件，划分土层的元胞，设定元胞和节点；

步骤S2，构造水力特征矩阵，包括位置水头矩阵h_z、压力水头矩阵h_p、元胞中心位置水头矩阵(h_z)_ele、元胞中心压力水头矩阵(h_p)_ele、元胞渗透系数矩阵k、元胞体积含水率系数矩阵、元胞孔隙水体积矩阵；

步骤S3，设定时间步长dt，步数N；

步骤S4，从节点1开始至节点n+1，依次计算每个节点位置水头h_z,i和压力水头h_p,I；

步骤S5，初始化每个元胞中心的水力特性：令θ_i＝θ_r，计算元胞中心的位置水头(h_z,i)_ele和压力水头(h_p,i)_ele，并根据式(1)的本构关系计算元胞渗透系数k_i和元胞体积含水率θ_i；

上式中，k表示当前状态的渗透系数，ks表示饱和渗透系数，θ表示当前状态的体积含水率，θ_s表示饱和体积含水率，θ_r表示残余体积含水率；

步骤S6，根据式(2)计算第一个元胞的水力梯度Δh₀；

Δh₀＝(h_p，1+h_z，1)-[(h_p，1)_ele+(h_z，1)_ele]＝(0+h_z，1)-[(h_p，1)_ele+(h_z，1)_ele] (2)

步骤S7，根据达西定律，计算从地表入渗到第一个元胞的流量；

步骤S8，更新第一个元胞的状态；

步骤S9，依次计算第二个元胞的水力梯度、从第一个元胞中心入渗到第二个元胞中心的渗流量，更新第二个元胞的状态；重复此步骤，更新第三至第N个元胞；

步骤S10，依次根据时间步长，重复迭代计算N次后各元胞中心压力水头，以每个元胞的水力特征状态得到水力特征曲线。计算完毕。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，确定初始条件包括：

设有n个元胞，n+1个节点，元胞厚度为l，截面积为A；

T＝0时，上部流量边界q₀，底部为零压力水头h₀＝0m，左右不透水；

T>0时，上部流量q，土体饱和渗透系数ks，不饱和系数α，饱和体积含水率θ_s，残余体积含水率θ_r。

作为本发明的进一步改进，步骤S7中，从地表入渗到第一个元胞的流量采用如下公式(3)计算：

v_e1＝2k₀·Δh₀/l

其中，v_e1表示渗透速度，k₀表示当前状态的渗透系数，k_s表示饱和渗透系数，α表示不饱和系数，l表示元胞厚度，A为截面积，θs表示饱和体积含水率，表示第一个元胞最初未更新的体积含水率。

作为本发明的进一步改进，步骤S8中，所述元胞的状态包括如下参数：饱和度、水头、土体饱和渗透系数、残余体积含水率、不饱和系数等。

作为本发明的进一步改进，所述元胞的体积含水率为：

其中：表示体积含水率，上标表示该元胞的第N^*次更新(N^*＜N)，0表示最初未更新，下标表示元胞序号。

作为本发明的进一步改进，步骤S9中，渗流量和压力水头在每个时间步长中采用如下方法计算：

设第j个元胞中心到第j+1个元胞中心的水头损失为Δh_j，以此计算渗透系数和渗透速度k_j，从而计算渗流速度v_j，根据渗透速度和横截面面积计算这一时间步长内渗流量，根据体积含水率计算的最大渗流量，二者取较小值作为此时间步长从第j个元胞中心到第j+1个元胞中心的渗流量；

计算第j个元胞中心和第j+1个元胞中心的压力水头，以此类推。

作为本发明的进一步改进，步骤S10中，每一次迭代前参照步骤S6和步骤S7进行初始化计算此时间步长的渗流量，在完成N个步数后，将各个元胞自上而下的最终的水力特征计算结果生成水力特征曲线输出，计算结束。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，将土层划分二维和三维空间下渗作用的元胞空间，采用m×n和m×n×k的矩阵表征元胞单元。

本发明还公开了一种室外土体蓄水能力的测量方法，其采用如上所述的室外土体蓄水能力的测量装置进行测量。

进一步的，所述室外土体蓄水能力的测量方法包括如下步骤：

将所述的室外土体蓄水能力的测量装置竖直放置，检查垂直度，再压入待测量区域；

打开气泵，通过活塞使土壤水吸力传感器推出，施加压力直至全部的环形导电构件与第一导电片接触，关闭气泵，准备测量，通过土壤水吸力传感器获取数据，输出水力特征曲线，结合达西定律和元胞自动机模型进行分析，预测降水入渗过程中场地土的蓄水承载力；

等测量完成，打开气泵施加负压，直至全部的环形导电构件与第二导电片接触，关闭气泵，实现可回收重复利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，利用其中的土壤水吸力传感器可以对区域范围内土的孔隙水进行实时监测，并输出水力特征曲线，再结合达西定律和元胞自动机模型，可以预测降水入渗过程中场地土的蓄水承载力，也可对超过临界值的区域及时提供预警信息。

其次，本发明的技术方案的中，壳体的底部采用刃角的方式，可有效将土体往测量点相反方向挤压，可有效避免因安装试验装置对待测区域内的土体的造成扰动；采用气泵推进的方式将传感器推入土中，也可通过负气压的方式将传感器拉回，实现可回收利用，降低了试验成本。

进一步的，本发明的技术方案采用规格一致的土壤水吸力传感器，对土壤水吸力传感器的应用不限入土深度影响，扩大了土壤水吸力传感器的应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例的一种室外土体蓄水能力的测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的一种室外土体蓄水能力的测量装置的剖面结构示意图。

图3是本发明实施例的气压组件的结构示意图。

图4是本发明实施例的元胞自动机模型。

附图标记包括：

1-壳体，2-气压管，3-气泵，4-气压组件，5-土壤水吸力传感器，6-导线；

11-孔洞，12-侧盖；

51-活塞，52-加固支架，53-加固卡座，54-磁性固定构件，55-第一环形铁片，56-第一导电片，57-第二导电片，58-泡沫填充物，59-第二环形铁片。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1～图3所示，一种室外土体蓄水能力的测量装置，其包括壳体1，所述壳体1的一侧壁自上而下设有若干孔洞11，所述壳体1内竖直设有气压管2，所述气压管2的顶部连接气泵3，所述气压管2自上而下连接多个斜向下设置的气压组件4，所述气压组件4与对应的孔洞11连接，所述气压组件4连接土壤水吸力传感器5，所述土壤水吸力传感器的探头从孔洞11伸出或缩回。所述土壤水吸力传感器5连接导线6，所述导线6从壳体1穿出。所述磁性固定构件54为磁铁。

所述气压组件4包括活塞51、加固支架52，所述活塞51与气压管2连通，所述活塞51连接土壤水吸力传感器5。所述加固支架52的一端与活塞51连接，所述加固支架52的另一端朝着孔洞11。所述加固支架52设有加固卡座53，所述土壤水吸力传感器5与加固卡座53连接，起到加固的作用。所述加固支架52与对应的孔洞11之间设有磁性固定构件54，所述土壤水吸力传感器的探头从磁性固定构件54的端部伸出。

所述加固支架52内设有第一环形铁片55和第二环形铁片59，第一环形铁片55和第二环形铁片59分别位于加固卡座53的上下两侧，所述第一环形铁片55和第二环形铁片59与土壤水吸力传感器5连接，并随着土壤水吸力传感器5的移动而移动，所述磁性固定构件54朝着土壤水吸力传感器5的内侧边缘设有两个分离的、用于与外部检查设备电连接的第一导电片56，所述活塞51的边缘设有用于两个分离的、与外部检查设备电连接的第二导电片57，所述第一导电片56通过第一绝缘片固定在磁性固定构件54的边缘，所述第二导电片57通过第二绝缘片固定在活塞51的边缘。所述第一环形铁片55和第二环形铁片59位于第一导电片56、第二导电片57之间。所述第一环形铁片55与第一导电片56相对，所述第二环形铁片5与第二导电片57相对。各个气压组件4中，所述第一环形铁片55和第二环形铁片59位于加固支架52相同的位置。进一步的，所述磁性固定构件54为V型结构，底部为刃角结构，端部与壳体1的内壁接触。所述壳体1的底部设有泡沫填充物58。

所述壳体1包括壳体1框和侧盖12，所述壳体1框和侧盖12通过螺丝或卡扣连接。

采用此技术方案，壳体1、孔洞11和气压管2之间通过气压组件4相连，土壤水吸力传感器5可从预留的孔洞11中伸出或回缩；由气泵3通过气压管2实现对各个活塞51施加压力或者吸力。气压组件4中，采用加固卡座53对土壤水吸力传感器5与活塞51连接，并在各个土壤水吸力传感器5同一个位置加装第一环形铁片55，并以加固支架52作为导轨保障吸力传感器的推出与回收过程与活塞51的方向保持一致。通过气压管2施加压力，第一环形铁片55与磁性固定构件54上的第一导电片56接触可形成闭合回路，用于检查活塞51是否将吸力传感器推出孔洞11；而当活塞51顶面内部的第二环形铁片59与活塞51边缘上的第二导电片57密切接触时，形成闭合回路(内回路)，用于检查活塞51是否将土壤水吸力传感器5收回；其中磁性固定构件54增强第一环形铁片55对第一导电片56的接触作用。

实施步骤：

1、在测量之前，需要进行实验装置组装(可在室内或室外进行)，将壳体1侧盖12从壳体1上卸下，依次将磁性固定构件54与壳体1侧面上的孔洞11对齐安装；同时检查气压管2的气密性。

2、将土壤水吸力传感器5通过加固卡座53固定在活塞51的顶面中心处，将第一环形铁片55穿过土壤水吸力传感器5，调节至适当位置固定。活塞51顶面外部与土壤水吸力传感器5连接，内部加装第二环形铁片59。

3、将活塞51推至气压管2侧，将气压管2放置壳体1中，再推出活塞51使吸力传感器能穿过孔洞11，若无法穿过则调整加固卡座53直至所有吸力传感器能穿过孔洞11；最后安装加固支架52；

4、布置好导线6，与土壤水吸力传感器5连接，通电检查土壤水吸力传感器5是否正常；

5、打开气泵3，加压，检查各个活塞51是否正常工作，并将土壤水吸力传感器5推至穿出孔洞11；同时检查第一环形铁片55是否吸附在磁性固定构件54上，并与第一导电片56密切接触，直至所有的检查回路都闭合。

6、施加负压，检查各个活塞51是否正常工作，并将土壤水吸力传感器5收回；同时检查第一环形铁片55是否脱离第一导电片56，活塞51顶面内部的第二环形铁片59是否与活塞51边缘上第二导电片57密切接触，直至所有的检查回路都闭合。

7、检查完毕后，在壳体1的底部刃角处填充泡沫填充物58，再盖上侧盖12。

采用上述室外土体蓄水能力的测量装置进行的室外土体蓄水能力的测量方法包括：

1、将测量装置竖直放置，检查垂直度，再压入待测量区域。

2、打开气泵3，直至所有的外回路闭合，若不闭合则继续加压，直至外回路全部闭合；闭合后关闭气泵3，准备测量。可以采用降雨装置对测量区域模拟降雨入渗边界条件，测量数据。

3、土壤水吸力传感器5通过导线6将数据输出，得到水力特征曲线，再结合达西定律和元胞自动机模型，实时预测降水入渗过程中场地土的蓄水承载力，数据超过临界值发出预警信息。

等测量完成，可以打开气泵3施加负压，直至所有的内回路闭合。按需求回收试验装置，也可永久填埋不作处理。

步骤3中，元胞自动机模型的数据处理程序包括如下步骤：

1、确定初始条件：

如图2所示，进行土层的元胞划分，设有n个元胞，n+1个节点，元胞厚度l，截面积A。T＝0时，上部流量边界q₀，底部为零压力水头h₀＝0m，左右不透水；T>0时，上部流量q，土体饱和渗透系数ks，不饱和系数α，饱和体积含水率θ_s，残余体积含水率θ_r。

2、构造水力特征矩阵：

位置水头矩阵h_z：n+1行1列零矩阵；

压力水头矩阵h_p：n+1行1列零矩阵；

元胞中心位置水头矩阵(h_z)_ele和元胞中心压力水头矩阵(h_p)_ele：n行1列零矩阵；

元胞渗透系数矩阵k：n行1列零矩阵；

元胞体积含水率系数矩阵：n行1列零矩阵；

元胞孔隙水体积矩阵：n行1列零矩阵；

3、输入时间步长dt，步数N；

4、从节点1开始至节点n+1，依次计算每个节点位置水头h_z,i(数值为正)和压力水头h_p,i(数值为负)；

5、初始化每个元胞中心的水力特性：令θ_i＝θ_r，计算元胞中心的位置水头(h_z，i)_ele和压力水头(h_p，i)_ele，并根据式(1)的本构关系计算元胞渗透系数k_i和元胞体积含水率θ_i。

上式中，k表示当前状态的渗透系数，ks表示饱和渗透系数，θ表示当前状态的体积含水率，θ_s表示饱和体积含水率，θ_r表示残余体积含水率，

6、考虑降雨时地表土体被雨水湿润至饱和，压力水头h_p，i变为0，根据式(2)计算第一个元胞的水力梯度。

Δh₀＝(h_p，1+h_z，1)-[(h_p，1)_ele+(h_z，1)_ele]＝(0+h_z，1)-[(h_p，1)_ele+(h_z，1)_ele] (2)

7、根据达西定律，计算从地表入渗到第一个元胞的流量：

v_e1＝2k₀·Δh₀/l

其中，v_e1表示渗透速度，k₀表示当前状态的渗透系数，k_s表示饱和渗透系数，α表示不饱和系数，l表示元胞厚度，A为截面积，θs表示饱和体积含水率，表示第一个元胞最初未更新的体积含水率。

8、更新第一个元胞的状态(饱和度、水头和渗透系数等)，如体积含水率为：

其中：表示体积含水率，上标表示该元胞的第N^*次更新(N^*＜N)，0表示最初未更新，下标表示元胞序号。

9、依次计算第二个元胞的水力梯度，从第一个元胞中心入渗到第二个元胞中心的流量；并更新第二个元胞的状态。并重复此步骤，更新第三至第N个元胞。

每个元胞在每个时间步长中的计算如下：

设第j个元胞中心到第j+1个元胞中心的水头损失为Δh_j，以此计算渗透系数和渗透速度k_j，从而计算渗流速度v_j，根据渗透速度和横截面面积计算这一时间步长内渗流量，根据体积含水率计算的最大渗流量，二者取较小值作为此时间步长从第j个元胞中心到第j+1个元胞中心的渗流量；

计算第j个元胞中心和第j+1个元胞中心的压力水头，以此类推。

10、按照时间步长，重复迭代计算N次后各元胞中心压力水头：

每一次迭代前进行初始化计算此时间步长的渗流量，即进行步骤6、7的计算。

在完成N个步数后，将各个元胞自上而下的最终的水力特征计算结果生成水力特征曲线输出，计算结束。

采用此模型得到的水力特征曲线，可以有效避免计算振荡，精度高，而且收敛。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种室外土体蓄水能力的测量装置，其特征在于：其包括壳体，所述壳体的一侧壁自上而下设有若干孔洞，所述壳体内竖直设有气压管，所述气压管的顶部连接气泵，所述气压管自上而下连接多个气压组件，所述气压组件斜向下设置；所述气压组件与对应的孔洞连接，所述气压组件连接土壤水吸力传感器，所述土壤水吸力传感器的探头从孔洞伸出或缩回；

所述气压组件与对应的孔洞之间设有固定构件，所述土壤水吸力传感器的探头从固定构件的端部伸出；

所述土壤水吸力传感器连接环形导电构件，所述固定构件朝着土壤水吸力传感器的一侧设有两个分离的、可与环形导电构件接触的第一导电片，所述气压组件的活动部件设有用于两个分离的、可与环形导电构件接触的第二导电片，所述第一导电片与固定构件绝缘连接，所述第二导电片与气压组件的活动部件绝缘连接，所述环形导电构件位于第一导电片、第二导电片之间；

所述气压组件包括活塞，所述活塞与气压管连通，所述活塞连接土壤水吸力传感器；

所述气压组件包括加固支架，所述加固支架的一端与活塞连接，所述加固支架的另一端朝着孔洞；

各个气压组件中，所述环形导电构件与各个土壤水吸力传感器相同的位置连接；

所述环形导电构件包括分离的第一环形导电构件和第二环形导电构件，所述第一环形导电构件与第一导电片相对，所述第二环形导电构件与第二导电片相对；

所述固定构件为磁性固定构件，所述环形导电构件为环形铁磁性构件。

2.根据权利要求1所述的室外土体蓄水能力的测量装置，其特征在于：所述加固支架设有加固卡座，所述土壤水吸力传感器与加固卡座连接。

3.根据权利要求1所述的室外土体蓄水能力的测量装置，其特征在于：所述壳体的底部设有泡沫填充物。

4.根据权利要求3所述的室外土体蓄水能力的测量装置，其特征在于：所述壳体的底部为刃角结构。

5.一种室外土体蓄水能力的测量方法，其特征在于：其采用如权利要求1~4任意一项所述的室外土体蓄水能力的测量装置进行测量，其包括如下步骤：

将所述的室外土体蓄水能力的测量装置竖直放置，检查垂直度，再压入待测量区域；

打开气泵，通过活塞使土壤水吸力传感器推出，施加压力直至全部的环形导电构件与第一导电片接触，关闭气泵，准备测量，通过土壤水吸力传感器获取数据，输出水力特征曲线，结合达西定律和元胞自动机模型进行分析，预测降水入渗过程中场地土的蓄水承载力；

等测量完成，打开气泵施加负压，直至全部的环形导电构件与第二导电片接触，关闭气泵。