土壤容重测定.docx
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土壤容重测定
垂直一维入渗实验报告
一、实验目的和意义
观察土壤垂直入渗过程,测定土壤累积入渗量、湿润锋运移距离,根据实测的累积入渗量计算相应的入渗率;通过土壤入渗实测资料,验证土壤水分运动参量间关系,如累积入渗量与时间关系、湿润锋运移距离与时间关系、入渗率与时间关系、累积入渗量与湿润锋关系、入渗率与湿润锋关系等,验证描述垂直一维入渗的常用模型,如考斯加可夫模型(Kostiakov)、菲利普模型(PhiliP)等;测定实验结束时不同深度的土壤含水量,绘制土壤含水量剖面曲线。
入渗是将地表水与地下水、土壤水联系起来的纽带,是径流形成过程、水循环过程的重要环节。
垂直入渗是有重力作用的一维入渗,入渗率、累积入渗量和入渗距离(即湿润锋的位置)是描述入渗过程的重要特征量,针对于具体的入渗边界条件,上述特征量的取得对于区域产流产沙估算、农田灌溉、农田排水、地下水补给等效果评估有着重要的意义。
二、实验原理
实验装置由土柱和马氏瓶组成,土壤吸渗水分,土面上的水分减少,供给水面下降,使马氏瓶出水口所受外部压力减小,与马氏瓶内部压力差达到马氏瓶灵敏度时,马氏瓶进气口冒气泡进气,马氏瓶中的水流向土柱,如此反复,马氏瓶定水头自动供给土柱水量。
三、实验设备和装置
图5-2垂直入渗实验装置示意图
垂直入渗实验装置形式多样,但都由实验土柱和供水装置组成,图5-2为常用的垂直入渗实验装置。
实验土柱:
目前,已发表论文中试验土柱直径范围在~20cm,土柱直径减小,可减小实验土样用量。
为了提高实验精度,马氏瓶截面积应相应减小,为了便于观察湿润锋和马氏瓶液面变化,实验土柱和马氏瓶用透明有机玻璃管制成,土柱管壁交错打上1~4排取土孔。
供水装置:
供水装置采用带刻度的改进的马氏瓶,可实现恒定水头下自动供水。
改进的马氏瓶的工作原理:
马氏瓶供水管的出水口所受压强等于P内(高于马氏瓶出水口的马氏瓶内水层的静水压强(h马)加上马氏瓶内空气压强P马),也等于P外(高于马氏瓶出水口的土柱内水层的静水压强(h土)加上大气压强(P大));土壤吸渗水分,使土柱内供给水量减少,即供给水面下降,使得马氏瓶出水口所受压力P外小于P内,当供给水面继续下降,使ΔP(P内-P外)达到一定数值,达到马氏瓶灵敏度时,马氏瓶中的水流向土柱,马氏瓶进气口冒气泡进气,增大马氏瓶内空气压强,当马氏瓶供水管的出水口所受压强P内再次等于P外时,马氏瓶进气口停止进气,马氏瓶中的水停止流向土柱;如此反复,使得马氏瓶定水头自动供给土柱水量。
改进的马氏瓶的操作方法:
将马氏瓶灌水口打开,关掉进气口和供水口,由灌水口向马氏瓶灌水,待灌到合适位置时,将灌水口塞子塞紧(或阀门关闭),打开供水口排气,当供水口不再流水时,表明排好气,关掉马氏瓶供水口。
将马氏瓶放在合适位置,将马氏瓶的供水管接在土柱的进水口处。
调整马氏瓶高度,打开供水口和进气口向土柱供水。
其它设备和仪器:
土样、天平、铝盒、滤纸、量筒、洗耳球、小型取土钻(也可以用其它设备代替)、秒表、刻度尺。
四、实验步骤
1.土样经风干过2mm筛,按要求容重分层装入实验土柱,填装方法为:
先计算按要求容重填装
体积所用干土重。
(1-1)
式中:
为半径为
、高为
的环体所装干土质量,g;
为土柱半径,cm;
为分层装土高度,cm;
为半径为
、高为
的环体体积,cm3;
为要求达到的土壤容重,。
由于装土时常用一定含水量的湿土,按照要求容重填装
体积时所用湿土重为
=
(1-2)
式中:
为按土壤容重
填装体积
时所用含水量为θ的湿土重,g;θ为填装所用湿土的含水量,%。
此次试验R=2.5cm,H=15×=30cm,
=1.436g/cm3,m=854.12g,
m湿=852g
装好后土柱应放置24h,使土壤剖面含水量均匀。
2.将排好气的马氏瓶安装在合适位置(进气口高度略大于土柱设计水层高度),提高马氏瓶供水管末端与进气口齐平,打开供水口和进气口,使供水管完全充水,然后拧紧进气口,将马氏瓶供水管接到土柱的进水口上。
3.记下马氏瓶初始读数H0,打开马氏瓶进气口,同时计时,开始实验。
4.在实验过程中,根据由密到疏的原则(如1min,3min,5min,7min,10min,15min,30min,45min,60min,90min…)记录入渗时间、湿润锋运移距离和马氏瓶液面刻度。
5.当入渗达到稳定后结束实验,拧紧进气口,关掉马氏瓶出水口阀门,用量筒量出土面上剩余水量W0。
从湿润锋向上开始从取土孔迅速取土,用烘干法测定土壤含水量。
五、数据记录
剩余水量35ml总入渗时间70min空气温度10C0
土壤初始含水量%土壤容重1.436g/cm3
马氏瓶截面积(S)6.73cm2 土柱直径2.5cm
垂直一维入渗实验记录表
时间(min)
入渗体积(ml)
入渗率
马氏瓶液面下降(cm)
累计入渗量(ml)
湿润锋运移距离(cm)
湿润锋累计运移距离(cm)
0
35
0
0
0
1
2
3
5
7
10
15
20
30
35
40
45
50
55
60
65
70
注:
累积入渗量为某一时间内马氏瓶液面下降高度乘以马氏瓶截面积,然后减去剩余水量(实验结束时土柱内剩余水量)的差。
入渗后土壤含水量测定记录表
土层
盒号
盒重+湿土重(g)
盒重(g)
盒重+干土重(g)
干土重(g)
湿土重(g)
水重(g)
土壤含水率
0-2
25
%
2-4
1
%
4-6
32
%
6-8
8
%
8-10
26
%
10-12
9
%
12-14
6
%
14-16
31
%
16-18
27
%
18-20
16
%
20-22
14
%
22-24
37
%
24-26
33
%
26-28
22
%
28-30
19
%
六、结果分析
1.通过实测资料,在EXCELL中绘制出土壤含水量分布曲线,绘制入渗量与时间关系曲线、湿润锋运移距离与时间关系曲线、入渗率与时间关系曲线、累积入渗量与湿润锋关系曲线、入渗率与湿润锋关系曲线,各曲线图见附录。
2.根据实测资料,验证考斯加可夫入渗模型(Kostiakov)、菲利普入渗模型(Philip),利用考斯加可夫入渗模型(Kostiakov)和菲利普入渗模型(Philip)建立的累积入渗量和时间的关系,通过推导,求出入渗率方程。
七、分析思考
影响垂直入渗的因素很多,如土壤初始含水率、土壤容重、土壤质地、入渗水头、入渗溶液等。
影响因素不同,垂直入渗特性也有所不同,因此可以设定因素水平,研究某一因素或多因素对垂直一维入渗特性的影响。
八、注意事项
1.土样填装好后,在土面上放一张比土柱内径略小的滤纸,避免瞬时进水时冲刷土样表面。
2.由于垂直入渗的有机玻璃管直径一般在10cm以上,而最初入渗速率大,若用马氏瓶供水至预定水头,需要时间长,影响实验精度,可提前计算好设定水层厚度所需水量,用量筒量出,瞬时灌入土柱中,同时打开马氏瓶进气口供水,按下秒表计时,这样可在尽可能短的时间内使土层上面达到预定水头。
课程名称:
农业工程实验技术课程编号:
SX0101X09课程类型:
学位课考核方式:
考查
学科专业:
农业水土工程年级:
2012姓名:
张廷强学号:
河北工程大学2012~2013学年第1学期研究生课程实验报告
课程论文评语:
成绩
评阅教师签名
评阅日期
年月日