RU2239832C1 - Method of measurement of soil moisture potential - Google Patents

Method of measurement of soil moisture potential Download PDF

Info

Publication number
RU2239832C1
RU2239832C1 RU2003124772/12A RU2003124772A RU2239832C1 RU 2239832 C1 RU2239832 C1 RU 2239832C1 RU 2003124772/12 A RU2003124772/12 A RU 2003124772/12A RU 2003124772 A RU2003124772 A RU 2003124772A RU 2239832 C1 RU2239832 C1 RU 2239832C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
liquid
rate
pressure
potential
Prior art date
Application number
RU2003124772/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003124772A (en
Inventor
Г.Н. Федотов (RU)
Г.Н. Федотов
А.Д. Неклюдов (RU)
А.Д. Неклюдов
Original Assignee
Московский государственный университет леса
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный университет леса filed Critical Московский государственный университет леса
Priority to RU2003124772/12A priority Critical patent/RU2239832C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2239832C1 publication Critical patent/RU2239832C1/en
Publication of RU2003124772A publication Critical patent/RU2003124772A/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: farming and soil science; estimation of physical properties of soils.
SUBSTANCE: proposed method includes placing the porous probe connected with reservoir filled with liquid in soil. Soil solution is poured into reservoir and cathode is introduced in it; anode is embedded in soil. Then, rate of escape of liquid from reservoir into soil is measured at different current intensity and curve "liquid escape rate-pressure" is plotted. Potential of soil moisture is determined by point of this curve corresponding to zero rate of escape of liquid. Besides that, preliminary calibration is performed for determination of correspondence of pressure to current intensity. Probe is introduced in soil in new point for each subsequent measurement.
EFFECT: reduction of time required for single measurement; increased productivity in conducting series of measurements.
3 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения водно-физических свойств почв.The invention relates to agriculture and soil science, and in particular to methods for determining the water-physical properties of soils.

Известен способ определения потенциала почвенной влаги [1], основанный на использовании мембранного пресса. Почву помещают на пористую мембрану, пропускающую воду, не проницаемую для частиц почвы и воздуха. После этого над почвой создают избыточное давление. Меняя давление, определяют начало выделения почвенной влаги.A known method for determining the potential of soil moisture [1], based on the use of a membrane press. The soil is placed on a porous membrane that passes water that is not permeable to particles of soil and air. After that, excess pressure is created above the soil. By varying the pressure, the onset of soil moisture is determined.

Основным недостатком данного способа является невозможность проведения экспериментов в натурных условиях.The main disadvantage of this method is the inability to conduct experiments in natural conditions.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения потенциала почвенной влаги [2], заключающийся в использовании тензиометра. Тензиометр - гидрофизический прибор для измерения капиллярно-сорбционного давления влаги в почве в интервале от 0 до - 90 кПа. Он состоит из стеклянной трубочки, заполненной деаэрированной водой, соединенной с тонкопористым керамическим зондом (размер пор 1-2 мкм) и вакуумметром. Прибор должен быть герметичен. Керамический зонд погружается в почву, и за счет разности термодинамических потенциалов воды в приборе (свободная вода) и в почве происходит перенос влаги из прибора в почву до установления равновесия. В приборе возникает разрежение, характеризующее всасывающую силу почвы (потенциал почвенной влаги), которое фиксируется вакуумметром. Известны различные конструкции тензиометров, которые отличаются друг от друга прежде всего манометрическим устройством.Closest to the claimed is a method for determining the potential of soil moisture [2], which consists in the use of a tensiometer. A tensiometer is a hydrophysical device for measuring capillary-sorption pressure of moisture in soil in the range from 0 to - 90 kPa. It consists of a glass tube filled with deaerated water, connected to a finely porous ceramic probe (pore size 1-2 microns) and a vacuum gauge. The device must be tight. The ceramic probe is immersed in the soil, and due to the difference in the thermodynamic potentials of the water in the device (free water) and in the soil, moisture is transferred from the device to the soil until equilibrium is established. A rarefaction occurs in the device, which characterizes the suction power of the soil (potential of soil moisture), which is recorded by a vacuum gauge. Various tensiometer designs are known which differ from each other primarily by a manometric device.

Основным недостатком данного способа является длительность установления равновесия между тензиометром и почвой. Для возникновения разрежения в приборе из него должно выйти определенное количество воды, и эта вода, попав в почву, не должна значимо изменять потенциал почвенной влаги в районе зонда. Следовательно, размер почвенного образца должен быть достаточно большим, и необходимо ждать, чтобы избыточная влага тензиометра ушла из окрестностей зонда. Время установления равновесия занимает часы, а для некоторых плохо проницаемых для воды почв - и сутки.The main disadvantage of this method is the length of the equilibrium between the tensiometer and the soil. For rarefaction in the device, a certain amount of water must come out of it, and this water, once in the soil, should not significantly change the potential of soil moisture in the probe area. Consequently, the size of the soil sample must be large enough, and it is necessary to wait for the excess moisture of the tensiometer to leave the vicinity of the probe. The time to establish equilibrium takes hours, and for some soils poorly permeable to water, even a day.

Кроме того, весьма неудобно использование приборов, работающих при пониженном давлении. Малейшее нарушение герметичности делает их неработоспособными.In addition, the use of devices operating under reduced pressure is very inconvenient. The slightest violation of the tightness makes them inoperative.

Целью изобретения является уменьшение времени единичного измерения и повышение производительности при массовых измерениях, а также отказ от работы при пониженном давлении.The aim of the invention is to reduce the time of a single measurement and increase productivity in mass measurements, as well as the rejection of work at reduced pressure.

Технической задачей изобретения является установление зависимости всасывающего давления почвы от скорости выхода жидкости из прибора.An object of the invention is to establish the dependence of the suction pressure of the soil on the rate of fluid exit from the device.

Поставленная задача решается путем помещения пористого зонда, соединенного с заполненной водой или почвенным раствором емкостью, в почву, помещения в емкость с почвенным раствором катода, а в почву анода и измерения скорости выхода жидкости из емкости при различных силах тока, по полученным данным строят кривую в координатах “скорость выхода жидкости - давление”, величину потенциала почвенной влаги определяют по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости, а также предварительно проводят калибровку для установления соответствия величины давления величине силы тока, а также при каждом измерении скорости выхода жидкости из емкости в почву, соответствующей определенной силе тока, пористый сосуд помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.The problem is solved by placing a porous probe connected to a container filled with water or soil solution in the soil, placing it in a container with a soil solution of the cathode, and in the soil of the anode and measuring the rate of liquid exit from the container at various currents, a curve is constructed from coordinates “fluid exit velocity - pressure”, the value of the potential of soil moisture is determined by the point of this curve corresponding to the zero fluid exit velocity, and also pre-conduct calibration to establish If the pressure value corresponds to the current strength, as well as for each measurement of the rate of liquid exit from the reservoir to the soil corresponding to a certain current strength, the porous vessel is placed in the soil at a new point in the area selected for study.

В этом случае жидкость в керамическом фильтре будет двигаться под действием результирующей двух сил. В направлении почвы движение будет обусловливаться потенциалом почвенной влаги (всасывающей силой почвы), а в противоположном направлении почвенный раствор будет двигаться за счет электроосмоса, так как керамический фильтр заряжен отрицательно. В плотных сухих почвах, обладающих большой “всасывающей силой”, в полевых условиях добиться равновесия между потоками технически достаточно сложно, так как разность потенциалов между электродами должна быть 250-350 В. В этих условиях уместнее не исключать полностью выход жидкости из прибора в почву, а лишь уменьшать скорость выхода. Размещая прибор каждый раз в новой точке исследуемого участка, снимается зависимость скорости выхода жидкости от всасывающего давления. Отградуировав прибор на стенде, мы получаем возможность определять величину всасывающего давления по величине тока. Таким образом мы знаем при каждой силе тока, на какую величину уменьшается всасывающее давление. Построив график, мы можем определить величину реального всасывающего давления при нулевом выходе жидкости в почву. Подобный метод позволяет проводить измерения и в тех случаях, когда скорость выхода жидкости из прибора превышает время рассасывания жидкости в почве, так как графический метод позволяет обойти затруднения, связанные с наличием двух переменных величин - коэффициента влагопроводности и самого всасывающего давления.In this case, the liquid in the ceramic filter will move under the action of the resulting two forces. In the direction of the soil, the movement will be determined by the potential of soil moisture (soil suction force), and in the opposite direction, the soil solution will move due to electroosmosis, since the ceramic filter is negatively charged. In dense dry soils, which have a large “suction power”, it is technically difficult to achieve equilibrium between flows in the field, since the potential difference between the electrodes should be 250-350 V. In these conditions, it is more appropriate not to completely exclude the liquid from the device to the soil, but only reduce the output speed. Placing the device every time in a new point of the investigated area, the dependence of the fluid exit rate on the suction pressure is removed. By calibrating the device on the bench, we get the opportunity to determine the magnitude of the suction pressure by the magnitude of the current. Thus, for each current strength, we know how much the suction pressure decreases. Having built a graph, we can determine the value of the real suction pressure at zero output of liquid into the soil. A similar method allows measurements to be made in cases where the rate of liquid exit from the device exceeds the time of liquid resorption in the soil, since the graphical method allows you to circumvent the difficulties associated with the presence of two variables - the moisture conductivity coefficient and the suction pressure itself.

Техническая сущность изобретения заключается в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной жидкостью емкостью в почву, введении в емкость почвенного раствора и катода, а в почву - анода и измерении скорости выхода жидкости из прибора в почву при различных силах тока. По полученным данным строится кривая в координатах: скорость выхода жидкости - давление, а величина потенциала почвенной влаги определяется по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости из прибора. Предварительно проводится калибровка прибора для установления соответствия величины давления величине силы тока. При каждом измерении скорости выхода жидкости из прибора в почву, соответствующем определенной силе тока, прибор помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.The technical essence of the invention consists in placing a porous probe connected to a container filled with liquid into the soil, introducing the soil solution and cathode into the container, and into the soil - the anode and measuring the rate of liquid exit from the device into the soil at various currents. According to the data obtained, a curve is constructed in the coordinates: the fluid exit velocity is pressure, and the soil moisture potential value is determined by the point of this curve corresponding to the zero fluid exit velocity from the device. The device is preliminarily calibrated to establish the correspondence of the pressure value to the current strength. At each measurement of the rate of liquid exit from the device to the soil, corresponding to a certain current strength, the device is placed in the soil at a new point in the area selected for study.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от работы при пониженном давлении и значительно уменьшает время измерений. Кроме того, он позволяет перейти от измерения давления к измерению тока, что значительно точнее и проще.The proposed method allows you to refuse to work under reduced pressure and significantly reduces the measurement time. In addition, it allows you to move from measuring pressure to measuring current, which is much more accurate and simpler.

Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.The following examples reveal the essence of the invention.

Пример 1.Example 1

Пористый зонд, соединенный с заполненной почвенным раствором емкостью, помещается в стакан с почвенным раствором. Катод располагается внутри зонда, а анод, представляющий собой несколько витков медной проволоки диаметром 1 мм, снаружи, примыкая к внешней поверхности зонда. Емкость с почвенным раствором подсоединена к зонду при помощи гибкого шланга. Ее можно поднимать на разную высоту, создавая различное, избыточное давление внутри зонда. От комплекта батарей питания на электроды подается напряжение 12, 24, 36, 48, 60, 72 В и проводится калибровка прибора, - устанавливается соответствие величины давления величине силы тока, удерживающей мениск в неподвижном состоянии. После проведения калибровки прибор помещается в почву, в различные точки при измерении при данной силе тока и определяется величина скорости выхода жидкости из прибора, соответствующая определенной силе тока. На графике откладываются точки скорости выхода жидкости, каждая из которых соответствует определенному эффективному всасывающему давлению почвы. Истинная величина всасывающего давления почвы соответствует нулевой скорости выхода жидкости из прибора.A porous probe connected to a container filled with soil solution is placed in a glass with soil solution. The cathode is located inside the probe, and the anode, which is a few turns of copper wire with a diameter of 1 mm, is outside, adjacent to the outer surface of the probe. The soil solution tank is connected to the probe using a flexible hose. It can be raised to different heights, creating a different, excess pressure inside the probe. From a set of power batteries, a voltage of 12, 24, 36, 48, 60, 72 V is applied to the electrodes and the device is calibrated — the pressure value is set to the value of the current strength, which keeps the meniscus in a stationary state. After calibration, the device is placed in the soil, at various points when measuring at a given current strength, and the magnitude of the rate of liquid exit from the device corresponding to a certain current strength is determined. On the graph, the points of the fluid exit velocity are plotted, each of which corresponds to a certain effective soil suction pressure. The true value of the suction pressure of the soil corresponds to a zero rate of fluid exit from the device.

Проведенные эксперименты показали, что точность измерения потенциала почвенной влаги не ниже точности определения при помощи обычных тензиометров, а скорость определения возрастает многократно, так как не надо ждать установления равновесия (рассасывания влаги по почве) после ее выхода из тензиометра. Уменьшение количества выходящей в почву из прибора жидкости определяет уменьшение времени измерения. Причем, чем плотнее и менее влагопроницаема почва, тем больше времени требуется для установления равновесия, и тем соответственно больше выигрыш во времени при проведении измерений. Предлагаемый способ позволяет провести одно измерение за 7-8 минут, что значительно увеличивает производительность и снижает затраты при проведении массовых обследований почв. Кроме того, способ обладает большей надежностью, так как, если обычный тензиометр недостаточно герметичен, то это выяснится только после проведения измерений, что заставляет для повышения надежности проводить несколько параллельных измерений. Предлагаемый способ лишен этого недостатка.The experiments showed that the accuracy of measuring the potential of soil moisture is not lower than the accuracy of determination using conventional tensiometers, and the speed of determination increases many times, since you do not have to wait for the establishment of equilibrium (absorption of moisture through the soil) after it leaves the tensiometer. A decrease in the amount of liquid discharged into the soil from the device determines a decrease in the measurement time. Moreover, the denser and less moisture-permeable soil, the more time is required to establish equilibrium, and the correspondingly greater is the time gain during measurements. The proposed method allows one measurement in 7-8 minutes, which significantly increases productivity and reduces costs when conducting mass surveys of soils. In addition, the method has greater reliability, since if a conventional tensiometer is not tight enough, it will become clear only after measurements, which forces several parallel measurements to increase reliability. The proposed method is devoid of this disadvantage.

Таким образом, предлагаемый способ уменьшает время, повышает производительность и надежность измерений.Thus, the proposed method reduces time, improves productivity and reliability of measurements.

Источники информацииSources of information

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. С. 185-187.1. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Research methods for the physical properties of soils and soils. M.: Higher School, 1973. S. 185-187.

2. Шеин Е.В., Капинос В.А. Сборник задач по физике почв. М.: МГУ, 1994. С.48-50.2. Shein E.V., Kapinos V.A. Collection of problems in soil physics. M .: Moscow State University, 1994. P.48-50.

Claims (3)

1. Способ измерения потенциала почвенной влаги, заключающийся в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной жидкостью емкостью, в почву, отличающийся тем, что в емкость помещают почвенный раствор и вводят катод, а в почву - анод, измеряют скорость выхода жидкости из емкости в почву при различных силах тока, по полученным данным строят кривую в координатах “скорость выхода жидкости - давление”, а величину потенциала почвенной влаги определяют по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости.1. The method of measuring the potential of soil moisture, which consists in placing a porous probe connected to a tank filled with liquid in the soil, characterized in that the soil solution is placed in the tank and the cathode is introduced, and the anode is inserted into the soil, and the rate of liquid exit from the tank into the soil is measured at various currents, according to the data obtained, a curve is constructed in the coordinates “fluid exit velocity - pressure”, and the soil moisture potential value is determined by the point of this curve corresponding to the zero fluid exit velocity. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно проводят калибровку для установления соответствия величины давления величине силы тока.2. The method according to claim 1, characterized in that the calibration is preliminarily performed to establish the correspondence of the pressure value to the current strength. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при каждом измерении скорости выхода жидкости из емкости в почву, соответствующей определенной силе тока, пористый зонд помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that for each measurement of the rate of liquid exit from the reservoir to the soil corresponding to a certain current strength, the porous probe is placed in the soil at a new point in the area selected for study.
RU2003124772/12A 2003-08-12 2003-08-12 Method of measurement of soil moisture potential RU2239832C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124772/12A RU2239832C1 (en) 2003-08-12 2003-08-12 Method of measurement of soil moisture potential

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124772/12A RU2239832C1 (en) 2003-08-12 2003-08-12 Method of measurement of soil moisture potential

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2239832C1 true RU2239832C1 (en) 2004-11-10
RU2003124772A RU2003124772A (en) 2005-02-10

Family

ID=34311170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003124772/12A RU2239832C1 (en) 2003-08-12 2003-08-12 Method of measurement of soil moisture potential

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2239832C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШЕИН Е.В., КАПИНОС В.А. Сборник задач по физике почв. - М.: МГУ, 1994, с.48-50. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003124772A (en) 2005-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Klute Water retention: laboratory methods
CN108827853B (en) Nuclear magnetic resonance-based tight reservoir rock electric measurement device and measurement method
CN111650082B (en) Unsaturated soil water characteristic curve measuring device
CN103645128B (en) A kind of unsaturation rock-soil material stress infiltration measuring instrument
KR100486837B1 (en) Measuring device for properties of unsaturated soil
CN103885078B (en) Sampled measurements topsoil precipitation rate of radon obtains the method and device of soil potentiality radon consistence
CN106501151B (en) A kind of shale aperture measurement device and method based on imbibition and ion diffusion property
CN110426336A (en) A kind of subgrade soils Unsaturated Hydraulic Conductivity measuring system and its relevant measurement method
CN208155804U (en) Compact reservoir rock electrical measurement based on nuclear magnetic resonance
Bagarello et al. Influence of the pressure head sequence on the soil hydraulic conductivity determined with tension infiltrometer
SE411645B (en) DEVICE FOR DETERMINING PORATIC WATER PRESSURE IN AN EARTH
CN108287121A (en) Measure the device and method of the water characteristic curve of soil dehumidification and moisture absorption process
CA2490264A1 (en) Liquid extrusion porosimeter and method
RU2239832C1 (en) Method of measurement of soil moisture potential
CN104568696A (en) Device for quickly determining permeability coefficient of coarse-grained soil and determination method
Chen et al. Miniaturized soil sensor for continuous, in-situ monitoring of soil water potential
RU2244296C1 (en) Method for electroosmotic measurement of soil moisture potential
Aljibury et al. Water permeability of saturated soils as related to air permeability at different moisture tensions
JP2007192631A (en) Method and device for measuring soil moisture in low-moisture region
RU2239831C1 (en) Method of measurement of soil moisture potential
CN109115657A (en) The water lock that one species saturation couples detection with permeability releases merit rating device
Mendes et al. First saturation and resaturation of high capacity tensiometers with 1.5 MPa high air entry value (HAEV) ceramic filters
Rassam et al. A dynamic method for determining the soil water characteristic curve for coarse-grained soils
PRESSIONS On the control of low negative water pressures in laboratory tests on unsaturated sand
Gee et al. A wick tensiometer to measure low tensions in coarse soils

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050813