CN201673107U - 变换水头法测定土壤饱和导水率的装置 - Google Patents

Abstract

一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，包括储水罐、计量容器和环刀密闭装置，所述环刀密闭装置由上部件和底座组成，上部件为中空圆柱体，圆柱体下部的外表面上设有螺纹，圆柱体上设有排气阀和进水孔，底座也为中空圆柱体，圆柱体上部的内表面上设有螺纹，圆柱体内设有环刀，环刀的底部设有多孔板，上部件和底座通过螺纹连接，上述储水罐的出口与计量容器的进口连接，计量容器的出口与环刀密闭装置的进水孔连接。本实用新型的密闭性好，水通量刚好要与土柱横切面相吻合，饱和导水率量程范围大，且测量时间较现有的野外田间测定法相比大为缩短。

Description

变换水头法测定土壤饱和导水率的装置

一、技术领域

本实用新型应用于实验室测定土壤饱和水分运动通量，尤其涉及一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置。

二、背景技术

土壤水分运动是土壤水分极为重要的组成部分，也是研究土壤内部物质能量循环过程的基础。土壤饱和导水率又是土壤水分运动最基本的参数，是指土壤中所有孔隙都充满水分，在重力的作用下引起的水分运动。其计算公式(达西公式)为：

$q=K_s\frac{\mathrm{\ΔH}}{L}---\left(1\right)$

式(1)中q：水通量(单位时间单位横切面积通过的水量)

ΔH：水头压差

L：土柱长度

K_s：土壤饱和导水率

目前，测定土壤饱和导水率的方法一般包括室内的恒定水头法和变换水头法和田间入渗仪法。田间测定一般通过稳定入渗率假定其数值接近饱和导水率。该方法不精确，又耗时，工作量大。田间测定入渗率的仪器也比较多，比如双环入渗仪、圆盘入渗仪和Guelph入渗仪等。室内的方法相对来说操作简单快捷，可以批量作业，但是要求土柱密闭高，因此开发的仪器较少。恒定水头法(图1)是在测定过程中进水头和出水头都保持不变，也就是水头压差保持不变(H+L)。如果我们知道土柱长度L，土柱横切面积A，某一段时间内Δt通过水量V，就可以计算饱和导水率K_s(式2)。该方法的缺点是不易测定质地较细的土壤，导水率很小需要很长的时间。

$K_s=\frac{V}{\mathrm{\ΔtA}}*\frac{L}{H+L}---\left(2\right)$

变换水头法(图2)是在测定过程中，进水头一直是变换的。土柱横切面积A，供水管的横切面积a，变换水头法不需要测定水量，只需测定进水头H随时间t变化的一组数据。根据质量守恒定律，由达西定律计算出水头的流量与进水头的流量一致。即可计算其饱和导水率(式3)。

$K_s=\frac{\mathrm{aL}}{A(t_2-t_1)}[\ln (H_1+L)-\ln (H_2+L)]---\left(3\right)$

该方法的优点是操作方便，可以大批量测定，重复性好，而且可以通过调换供水管子大小来测定不同量程的导水率。该方法不但克服了恒定水头不便测定质地很细的土壤，而且由于不需要收集流出水量，比恒定水头要少一操作。但是该方法由于要求水通过土柱但不能从壁外溢流，需要高的密闭性，同时又要求水通量横切面积刚好与土柱相吻合。所以，一直没有合适的仪器。

三、实用新型内容

发明目的：针对上述技术空白，本实用新型提供一种测定土壤饱和水分运动通量的变换水头饱和导水率装置。

技术方案：一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，包括储水罐、计量容器和环刀密闭装置，所述环刀密闭装置由上部件和底座组成，上部件为中空圆柱体，圆柱体下部的外表面上设有螺纹，圆柱体上设有排气阀和进水孔，底座也为中空圆柱体，圆柱体上部的内表面上设有螺纹，圆柱体内设有环刀，环刀的底部设有多孔板，上部件和底座通过螺纹连接，上述储水罐的出口与计量容器的进口连接，计量容器的出口与环刀密闭装置的进水孔连接。

所述计量容器由三根设有计量刻度的玻璃管组成，每根玻璃管上设有阀门。

所述储水罐为马氏瓶。

有益效果：本实用新型的密闭性好，水通量刚好要与土柱横切面相吻合，饱和导水率量程范围大，且测量时间较现有的野外田间测定法相比大为缩短。

四、附图说明

图1恒定水头法测定土壤饱和导水率示意图；

图2变换水头法测定土壤饱和导水率示意图；

图3为本实用新型的变换水头法测定土壤饱和导水率的装置示意图。图中储水罐1、计量容器2、阀门3、排气阀4、进水孔5、螺纹连接6、环刀7、多孔板8、上部件A、底座B。

五、具体实施方式

实施例1

一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，包括储水罐1、计量容器2和环刀密闭装置，所述环刀密闭装置由上部件A和底座B组成，上部件A为中空圆柱体，圆柱体下部的外表面上设有螺纹，圆柱体上设有排气阀4和进水孔5，底座也为中空圆柱体，圆柱体上部的内表面上设有螺纹，圆柱体内设有环刀7，环刀的底部设有多孔板8，上部件A和底座B通过螺纹连接6，上述马氏瓶1的出口与计量容器2的进口连接，计量容器2的出口与环刀密闭装置的进水孔5连接。所述计量容器2由三根设有计量刻度的玻璃管组成，每根玻璃管上设有阀门3。

实施例2

一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，包括马氏瓶1、计量容器2和环刀密闭装置，所述环刀密闭装置由上部件A和底座B组成，上部件A为中空圆柱体，圆柱体下部的外表面上设有螺纹，圆柱体上设有排气阀(排气旋钮)4和进水孔5，底座也为中空圆柱体，圆柱体上部的内表面上设有螺纹，圆柱体内设有环刀7，环刀的底部设有多孔板8，上部件A和底座B通过螺纹连接6，上述马氏瓶1的出口与计量容器2的进口连接，计量容器2的出口与环刀密闭装置的进水孔5连接。所述计量容器2由三根设有计量刻度的玻璃管组成，每根玻璃管上设有阀门3。

预先把环刀密闭装置中的土样用水饱和；连接马氏瓶与玻璃管(其内径已知)，玻璃管内水位上升；关闭马氏瓶；打开环刀密闭装置的排气旋钮；连接玻璃管与环刀，打开进水阀；环刀密闭装置的气体首先通过排气旋钮出来，直到没有气泡出现(一般需5秒左右)，然后旋紧排气旋钮，这个时候水都通过环刀横切面；观测记载玻璃管内水位下降：初始时间t1，玻璃管内水位高度H1，然后时间t2，水位高度H2；然后利用公式3计算得到土壤饱和导水率。

注意事项：如果玻璃管水位不够，可以再次连接马氏瓶与玻璃管，让玻璃管水位达到合适高度。观测过程中如果发现水位变化很慢，就转换更小的玻璃管；如果太快，就转换更大的玻璃管，然后再观测。每个环刀土样重复三次，计算其平均值。

为了验证这个装置，我们采用染色法，土柱(环刀)横切面都被染色，而外壁没有被染色，说明该实验装置可靠。

Claims (3)

1.一种变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，其特征在于包括储水罐(1)、计量容器(2)和环刀密闭装置，所述环刀密闭装置由上部件(A)和底座(B)组成，上部件(A)为中空圆柱体，圆柱体下部的外表面上设有螺纹，圆柱体上设有排气阀(4)和进水孔(5)，底座也为中空圆柱体，圆柱体上部的内表面上设有螺纹，圆柱体内设有环刀(7)，环刀的底部设有多孔板(8)，上部件(A)和底座(B)通过螺纹连接(6)，上述储水罐(1)的出口与计量容器(2)的进口连接，计量容器(2)的出口与环刀密闭装置的进水孔(5)连接。

2.根据权利要求1所述的变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，其特征在于所述计量容器(2)由三根设有计量刻度的玻璃管组成，每根玻璃管上设有阀门(3)。

3.根据权利要求1所述的变换水头法测定土壤饱和导水率的装置，其特征在于所述储水罐(1)为马氏瓶。

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