檢驗環(huán)式入滲儀測量初始入滲率效果的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種檢驗環(huán)式入滲儀測量初始土壤入滲率效果的裝置，包括兩個半環(huán)、位于半環(huán)直徑延長線上的四片連接板、入土打擊裝置，所述入土打擊裝置包括二個鐵錘導管、鐵錘；所述四片連接板上設置有兩兩相對的螺孔，所述鐵錘導管上部設置有定位部件，所述鐵錘的直徑小于鐵錘導管的直徑。本發(fā)明還提供通過所述裝置檢驗環(huán)式入滲儀測量初始土壤入滲率效果的方法。應用所述環(huán)式入滲儀測量初始入滲率結果的檢驗方法。本發(fā)明針對環(huán)式入滲儀測量初始土壤入滲率偏高的問題，提出一種能用試驗數(shù)據(jù)定量計算測得初始入滲率偏高的量值。本發(fā)明裝置結構簡單，工作可靠，為環(huán)式入滲儀測量的初始土壤入滲率評估提供方法。
【專利說明】檢驗環(huán)式入滲儀測量初始入滲率效果的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤入滲特性測量領域，具體涉及檢驗環(huán)式入滲儀測量土壤初始入滲率效果的試驗裝置和方法。
【背景技術】
[0002]土壤的入滲性能對研究水文過程、作物水分利用、灌溉管理、土壤侵蝕、土壤水分與溶質運移等方面密切相關。因此對土壤入滲過程進行定量描述具有重要意義。土壤入滲率的測量是定量研究土壤入滲性能的基礎，長期以來受國內眾多學者的廣泛關注。目前，土壤入滲率測量方法較多，如環(huán)刀法、圓盤入滲儀、模擬降雨法、降雨入流-產(chǎn)流-出流法和雙環(huán)法；其中雙環(huán)法，由于計算模型簡單，設備成本較低，是目前應用非常普遍也是經(jīng)典的土壤入滲性能測量方法。環(huán)式入滲儀包括雙環(huán)入滲儀和單環(huán)入滲儀。
[0003]但是國內外大量研究結果表明，環(huán)式入滲儀測量結果是人工降雨法測量結果的2-10倍。蒙寬宏(《土壤水分入滲測定方法及影響因素》，東北林業(yè)大學2006年碩士論文)的研究結果表明，在坡度為0°、5°、10°和20°的土地上，雙環(huán)入滲儀的測量結果分別是人工降雨法的2.6,2.8,6.4和3倍；環(huán)式入滲儀測量結果是環(huán)刀法測量結果的2-4 倍；Kdhne J M (Kohne J M, Alves Jiinior J, Kohne S, et al.Double-ring andtension infiltrometer measurements of hydraulic conductivity and mobile soilregions [J].Pesquisa Agropecuaria Tropical, 2011, 41 (3): 336-347.)對比雙環(huán)和張力入滲儀測定土壤飽和導水率，結果顯示對同一塊土地雙環(huán)法測得的結果(341.25mm/h,)是張力入滲儀測得結果(55.83mm/h)的6.1倍，而對另一塊土地環(huán)式入滲儀的測定結果是張力入滲儀的12.8倍。丁文峰等(丁文峰，張平倉，任洪玉，等.秦巴山區(qū)小流域水土保持綜合治理對土壤入滲的影響[J].水土保持通報，2007，27(1): 11?14.)用雙環(huán)入滲儀測量了秦巴山區(qū)小流域水土保持綜合治理影響下的土壤入滲率，結果為:鸚鵡洲農地穩(wěn)定入滲率最大為156mm/h、最小12mm/h,相差13倍；林地最大266mm/h、最小144mm/h,相差約2倍。西溝流域農地和荒地的最大與最小穩(wěn)定入滲率分別相差約11倍和6倍。上述現(xiàn)象說明環(huán)式入滲儀測量過程中存在較大的測量誤差。
[0004]本發(fā)明提供的新型環(huán)式入滲儀組裝快速，使用方便，能夠分析環(huán)內土壤水分入滲狀況、準確估測環(huán)式入滲儀測量初始入滲率偏大倍數(shù)，更可以大大提高土壤入滲能力研究的力度。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有環(huán)式入滲儀測量土壤入滲率偏高的問題，本發(fā)明的目的是提供一種檢驗環(huán)式入滲儀測量初始入滲率效果的裝置和方法，可觀測入滲水分在土壤剖面分布的環(huán)式入滲儀及其應用環(huán)式入滲儀評估初始入滲率的方法。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提出所述環(huán)式入滲儀的應用。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明上述目的的具體技術方案為:[0008]一種可觀測入滲水分在土壤剖面分布的環(huán)式入滲儀，包括兩個半環(huán)、位于半環(huán)直徑延長線上的四片連接板、入土打擊裝置，所述入土打擊裝置包括二個鐵錘導管、鐵錘；
[0009]所述四片連接板上設置有兩兩相對的螺孔，所述鐵錘導管上部設置有定位部件，所述鐵錘的直徑小于鐵錘導管的直徑。
[0010]組裝時將所述兩個半環(huán)相對的連接板用螺栓固定為入滲環(huán)，優(yōu)選在相對的連接片之間墊有防止?jié)B水的墊片。墊片可以為橡膠、硅膠、橡皮等常見材質。
[0011]所述鐵錘導管用于引導鐵錘的下落，避免人工操作帶來的系統(tǒng)誤差。鐵錘導管可以采用PVC材質，或其他塑料材質。所述鐵錘導管長度優(yōu)選為1.0-1.2m，直徑70-90mm，在鐵錘導管底部開有與所述入滲環(huán)適配的卡槽。
[0012]所述定位部件用于給鐵錘定位?？梢詾槿魏纬Ｓ玫亩ㄎ谎b置，例如鉸鏈、夾持器件等，也可以在鐵錘導管上部設置插槽和鐵錘止動板，鐵錘止動板插在插槽里，托住鐵錘，取出鐵錘止動板，鐵錘落下。
[0013]其中，所述鐵錘成對使用，每對鐵錘質量相等，鐵錘的質量(一個鐵錘的質量)為
0.8-1.lkg、2.0-2.5kg 和 3.5-4.5kg 中的一種或多種。
[0014]使用本發(fā)明所述的檢驗裝置檢驗環(huán)式入滲儀測量的初始入滲率的方法，包括步驟:
[0015]S1、通過螺栓將兩個半環(huán)固定連接為一個完整的入滲環(huán)，將入滲環(huán)放在選定的土地上輕壓，使得地面顯現(xiàn)連接板所處的位置，然后移走入滲環(huán)；
[0016]S2、在連接板處取土打孔，然后將入滲環(huán)放在土壤上，使連接板處在打孔的位置；可使用土鉆按照連接板的位置打孔；
[0017]S3、將兩個鐵錘導管沿直徑對稱位置鉛直放在入滲環(huán)上，鐵錘止動板插入插槽，從鐵錘導管上部放入鐵錘，置于鐵錘止動板上，同時抽出鐵錘止動板，使兩個鐵錘從相同高度自由落體打擊入滲環(huán)。重復以上操作，直到入滲環(huán)入土深度達到10-20cm;
[0018]S4、在環(huán)內表層鋪上紗布(鋪在土壤表面上)，用電子秤量取l_3kg的水，一次性加入環(huán)內，記錄所加水量全部完成入滲所需時間；通常采用秒表記錄；
[0019]S5、入滲完成后，剖開入滲環(huán)外側土壤，然后擰開連接螺栓，取出入滲環(huán)，鉛直剖切環(huán)內的土壤，觀測入滲水分分布；
[0020]進一步地,步驟S5還包括記錄剖面的鉛直入滲深度z和水平徑向入滲寬度w,由測量結果計算濕潤體體積，進而計算鉛直入滲水量和總的入滲水量，由總的入滲水量和鉛直入滲水量計算環(huán)式入滲儀測量土壤初始入滲率的誤差。
[0021]其中，所述剖切可位于環(huán)狀土壤的1/4，1/2或3/4體積處。
[0022]其中，所述濕潤體體積V由鉛直入滲圓臺和水平徑向入滲圓環(huán)兩部分組成，所述鉛直入滲圓臺和水平徑向入滲環(huán)圓環(huán)接觸面為斜面。
[0023]入滲濕潤體的體積由圖4中的V1和V2構成，總的濕潤體體積為N=W
[0024]V1形狀為倒立圓臺，圓臺高度為z，兩底面直徑分別為D和D_2w，其體積計算公式為:
\π?2+π(0-2η) I I
[0025]V1 =---XZX-
42(I)
[0026]V2為側壁濕潤體體積，由V2’和V3構成。V2’由高度為z直徑為D的圓柱體體積減去圓臺體積V1計算得到，其公式為:
[0027]
【權利要求】
1.一種檢驗環(huán)式入滲儀測量初始土壤入滲率效果的裝置，其特征在于，包括兩個半環(huán)、位于半環(huán)直徑延長線上的四片連接板、入土打擊裝置，所述入土打擊裝置包括二個鐵錘導管、鐵錘； 所述四片連接板上設置有兩兩相對的螺孔，所述鐵錘導管上部設置有定位部件，所述鐵錘的直徑小于鐵錘導管的直徑；所述定位部件為設置在鐵錘導管上部的插槽和鐵錘止動板； 組裝所述的裝置時，將所述兩個半環(huán)相對的連接板用螺栓固定為入滲環(huán)，所述相對的連接板之間墊有防止?jié)B水的墊片。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述兩根鐵錘導管的長度和直徑相等，所述鐵錘導管底部開有與所述入滲環(huán)適配的卡槽。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述鐵錘成對使用，每對鐵錘質量相坐寸ο
4.應用權利要求1-3 任一所述的裝置檢驗環(huán)式入滲儀測量初始入滲率效果的方法，包括步驟: 51、通過螺栓將兩個半環(huán)固定連接為一個完整的入滲環(huán)，將入滲環(huán)放在選定的土壤表面上輕壓，使得地面顯現(xiàn)連接板所處的位置，然后移走入滲環(huán)； 52、用取土鉆在兩個連接板所處位置打孔取土，達到入滲環(huán)預計安裝深度，然后將入滲環(huán)放在土壤表面，使兩個連接板分別均處在打孔的位置； 53、將兩個鐵錘導管沿入滲環(huán)直徑對稱位置鉛直放在入滲環(huán)上，從鐵錘導管上部放入鐵錘，置于鐵錘止動板上，而后同時抽出鐵錘止動板，使鐵錘從給定相同高度同時自由落體打擊入滲環(huán)，重復以上操作，直到入滲環(huán)入土深度達到預計安裝深度； 54、用電子秤或量筒量取所需水量，一次性加入滲環(huán)內，記錄所加水量全部入滲進入土壤所需時間； 55、入滲完成后，挖開入滲環(huán)外側土壤，然后擰開連接螺栓，取出入滲環(huán)后，鉛直剖切環(huán)內土壤，達到入滲環(huán)的入土深度，觀測入滲水分在土壤剖面的分布。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S5還包括記錄水在剖面的鉛直入滲深度z和水平徑向入滲寬度W，再由測量結果計算濕潤體體積，進而分別計算水平和鉛直入滲水量及總的入滲水量，由總的入滲水量和鉛直入滲水量計算環(huán)式入滲儀測量土壤初始入滲率的誤差。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述剖切面位于環(huán)內部分土體。
7.根據(jù)權利要求4-6任一所述的方法，其特征在于，所述初始入滲濕潤體體積由鉛直入滲和水平徑向入滲兩部分組成鉛直。
8.根據(jù)前面裝置測量結果，給出了用試驗數(shù)據(jù)定量計算測得初始入滲率偏高的量值，其特征在于，初始入滲體體積由鉛直入滲圓臺體積計算，水平入滲體積由入滲圓環(huán)體積計笪
ο
9.根據(jù)入滲測量結果計算初始入滲測量誤差，其特征在于，總的入滲體積和入滲水量分別是鉛直入滲體積和水量的倍數(shù)。
【文檔編號】G01N15/08GK103743660SQ201310717278
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權日:2013年12月23日
【發(fā)明者】雷廷武, 張婧, 王偉, 胡雅琪, 莊曉輝 申請人:中國農業(yè)大學