CN201615869U - 一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，在充分利用恒定水头井法测定田间土壤饱和导水率的稳态原理基础上，采用了先通过在井内设置稳态供水速率来获得恒定水位，进而获得田间土壤饱和导水率的方法，采用了：设置在井的外部测量装置，该装置包括设有进水口、出水口及进气口的供水容器，还包括通过输水管与出水口相连的滴头，以及伸出所述井口的浮标，所述进气口为多个并且分布在所述供水容器的不同高度上，所述滴头及浮标通过设于井口上方的固定件固定位置。通过实验证明，本实用新型能像Guelph入渗仪一样通过稳态模型计算土壤饱和导水率，并且由于该装置简单的结构，因此具有成本低廉，操作过程简便的优点。

Description

一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种土壤水分参数的测量装置，特别涉及一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置。

背景技术

由于水资源危机与环境污染等问题，水分在土壤中运移规律的研究日益受到重视。在定量化描述土壤中水分运移规律的方法中(解析解、半解析解、数值解)，均要有相应的土壤水分参数，土壤饱和导水率就是其中的参数之一。由于田间与室内测定的土壤水分参数的差别，田间测定技术仍是一个迫切需要解决的问题。

田间原位测定土壤饱和导水率的方法有双环法、单环法、盘式入渗仪法、恒定水头井法、瞬时剖面法、模拟降雨法等。其中，恒定水头井法是利用稳态原理测定土壤饱和导水率的方法，具有明显的省水和操作简便等优点。其测定的方法与原理是：用土钻打一垂直的圆柱形井(直径6cm左右，井深根据需要而定)，然后(根据马氏瓶原理)在井内维持一恒定水位，井内土壤入渗速率在经历过短暂的下降阶段后将建立稳态的入渗过程(即入渗速率随时间基本上保持不变)，通过供水装置内水位下降深度的观测即可获取稳态入渗速率。将井内稳态入渗速率、恒定水位和井半径代入稳态模型后，即可求得土壤饱和导水率。利用恒定水头井法估算田间土壤饱和导水率K_s(cm/min)的稳态模型为：

$K_s=Q_s{(\frac{2\mathrm{\π}{H}^2}{C}+\frac{2\mathrm{\πH}}{{\mathrm{\α}}^{*}C}+\mathrm{\π}{a}^2)}^{-1}$

式中：Q_s为稳态入渗速率，cm³/min；

C为无量纲形状系数，是H/a的函数；

α^*为表征稳流条件下土壤毛管吸力作用的参数，cm^-1；

α为井半径，cm；

H为井中稳态水深，cm。

在利用一个水头的方法求解稳态模型中的饱和导水率K_s时，α^*为常量，常用分类表为：

α^*＝1.0m^-1，压实的粘土(人工建筑的粘土层，如粘土内衬，粘土覆盖等，或实验室处理过的细粒土)。

α^*＝4.0m^-1，无结构的细质土壤。

α^*＝12.0m^-1，多数有结构的土壤(由粘壤土至粘土)，也包括多数无结构的中、细砂和砂壤土。

α^*＝36.0m^-1，粗砂、砾砂、包括有裂隙与大孔隙的各种土壤。

计算C的经验方程为：

利用恒定水头井法测定田间土壤饱和导水率的原理，揭示了外部供水速率和土壤入渗速率的平衡，稳态的获得是稳态模型能够用于计算土壤饱和导水率的前提。Guelph入渗仪是加拿大土壤物理学教授D.E.Elrick及其合作者利用恒定水头井法稳态原理研制的获取田间土壤饱和导水率的一种便携装置，Guelph入渗仪的简洁性和耗水量小的特点，使它成为用于测量机动车辆无法到达地区土壤饱和导水率的潜在的有用工具，被广泛应用于森林水文学的研究和不透水层以上土壤的饱和导水率测定，及田间土壤渗透参数的测量。但由于该仪器结构负责复杂，价格偏贵，限制了其推广应用。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中的仪器价格昂贵的问题，提供了一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，具有省水、结构简单、成本低廉、使用管理方便的优点。

为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，设置在井的外部，包括设有进水口、出水口及进气口的供水容器，还包括通过输水管与出水口相连的滴头，以及伸出所述井口的浮标，所述进气口为多个并且分布在所述供水容器的不同高度上，所述滴头及浮标通过设于井口上方的固定件固定位置。

具体的，所述固定件为固定板，固定板的外径大于所述井的外径，固定板上设有滴头固定孔和浮标固定筒，滴头固定孔与所述滴头过盈配合，浮标固定筒与所述浮标间隙配合。

具体的，所述供水容器为马氏瓶。

为了保证测量效果，所述浮标的长度大于等于所述井的深度。

为了方便读数，所述浮标上刻有刻度且零刻度在所述浮标的上端。

本实用新型充分利用了恒定水头井法测定田间土壤饱和导水率的稳态原理，提供了一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，该装置与Guelph入渗仪在测定土壤饱和导水率时的区别主要表现在稳态的获取过程，即Guelph入渗仪先通过在井内设置恒定水位来获得稳态供水速率，本实用新型则先通过在井内设置稳态供水速率来获得恒定水位。实验证明本实用新型能像Guelph入渗仪一样通过稳态模型计算土壤饱和导水率，并且由于该测量装置结构简单，因此具有成本低廉，操作过程简便的优点。

本实用新型的有益效果是：相比现有技术，本实用新型具有省水、结构简单、成本低廉、使用管理方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述的原位测量田间土壤饱和导水率的装置的结构图。

图中：1进水口，2进气口，3出水口，4输水管，5滴头，6井，7固定板，8浮标，9滴头固定孔，10浮标固定筒，11供水容器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，设置在用土钻打取垂直的圆柱形的井6的外部。该装置包括设有进水口1、出水口3及进气口2的供水容器11，通过输水管4与出水口3相连的滴头5，以及伸出所述井6的浮标8。其中，滴头5用于向井6内供水，浮标8用于测量井6内水深。为了方便的读取数据，浮标8上刻上刻度且零刻度在浮标8的上端，即读数由小及大，由上至下依次是0、1、2等刻度。为了保证测量，浮标8长度大于等于井深。为了能够通过开关进气口2实现控制滴头5供水速率的目的，进气口2为多个并且分布在供水容器11的不同高度上，本例中，进气口2为三个，具体实施时也可通过更换不同型号的滴头5来控制滴头5供水速率，以适应不同类型土壤的入渗速率，将井内恒定水位控制在需要的范围。为了防止风的作用产生水滴漂移，并减少浮标8倾斜产生的测量误差，井口上方设有用于固定滴头5及浮标8位置的固定件。

本例中，采用马氏瓶作为供水容器11，具体实施时可采用具有类似功能的容器作供水容器11。本例中，采用普通的注射器针头作为滴头5，具体实施时可采用具有类似功能的零件用作做滴头。

本例中，固定件为固定板7，具体实施时，还可以采用其他具有固定功能的固定件。其中，固定板7的形状可任意选取，若为圆形，则固定板7的直径需大于井6的直径，与固定板7连接的圆形的浮标固定筒10的直径稍大于浮标8直径即两者间隙配合。固定板7上还设有滴头固定孔9，滴头固定孔9与所述滴头过盈配合。

本实用新型的测量过程：

准备过程，通过进水口1将水输入供水容器11中，将滴头5和出水口3用输水管4连接，并将滴头5和浮标8在固定板7的滴头固定孔9和浮标固定筒10内分别进行固定，并使浮标8的零刻度一端向上，以地表面为基准面读取浮标8刻度值。

测量过程，向井6内供水前，打开进水口1和出水口3，对输水管4和滴头5进行充水排气，当滴头5有水流出时，关闭进水口1的同时打开进气口2(选择其中一个，其余仍保持关闭状态)，此后井6内的积水深度和入渗能力将处于不断上升过程，浮标8也随之上升。当井6内的入渗速率等于滴头5的供水速率时，井6内的积水深度将保持恒定，这个稳态可通过对浮标8读数的判断获得，即当时间间隔为2min的三个连续读数值相等或近似相等时标志着稳态出现，关闭出水口3和进气口2，结束测定过程。

其中，供水前读取的值表示零水深时的浮标值，稳态出现后读取的值表示稳态水深时的浮标值。稳态出现后与供水前的浮标读数值之差，再加上与稳态水深对应的侵入水中的浮标深度修正值，即为井内稳态水深，滴头供水速率即为井内稳态入渗速率。为了减少浮标浸在水面以下的深度引起的测量误差，需在测量前先通过简单的室内试验对水深和浮标浸入水中深度之间的关系进行修正。

综上所述，本实用新型充分利用恒定水头井法测定田间土壤饱和导水率的稳态原理，提供了一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，该装置与Guelph入渗仪在测定土壤饱和导水率时的区别主要表现在稳态的获取过程，即Guelph入渗仪先通过在井内设置恒定水位来获得稳态供水速率，本实用新型则先通过在井内设置稳态供水速率来获得恒定水位。实验证明本实用新型能像Guelph入渗仪一样通过稳态模型计算土壤饱和导水率，而且由于该装置结构简单，故具有成本低廉及操作过程简便的优点。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种原位测量田间土壤饱和导水率的装置，设置在井的外部，包括设有进水口、出水口及进气口的供水容器，还包括通过输水管与出水口相连的滴头，以及伸出所述井口的浮标，其特征在于：所述进气口为多个并且分布在所述供水容器的不同高度上，所述滴头及浮标通过设于井口上方的固定件固定位置。

2.根据权利要求1所述的原位测量田间土壤饱和导水率的装置，其特征在于：所述固定件为固定板，固定板的外径大于所述井的外径，固定板上设有滴头固定孔和浮标固定筒，滴头固定孔与所述滴头过盈配合，浮标固定筒与所述浮标间隙配合。

3.根据权利要求1或2所述的原位测量田间土壤饱和导水率的装置，其特征在于：所述供水容器为马氏瓶。

4.根据权利要求1或2所述的原位测量田间土壤饱和导水率的装置，其特征在于：所述浮标的长度大于等于所述井的深度。

5.根据权利要求1或2所述的原位测量田间土壤饱和导水率的装置，其特征在于：所述浮标上刻有刻度，且零刻度在所述浮标的上端。

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