專利名稱：：一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及土壤入滲性能測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種土壤入滲性能的點(diǎn)源入流測量系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：入滲是指水分進(jìn)入土壤的過程，是自然界水循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)。土壤的入滲過程涉及到地表產(chǎn)流、灌溉或降雨后土壤水分分布、降雨對淺層地下水的補(bǔ)給以及化肥、農(nóng)藥等污染物隨水分遷移等。研究這一過程對于增加土壤入滲、減少地表徑流、防止土壤侵蝕等方面具有非常重要的意義。土壤入滲性能是土壤的固有屬性。在入滲過程中，土壤入滲率初期很高，隨著時間的推進(jìn)不斷降低，最后趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定入滲率。土壤穩(wěn)定入滲率與土壤飽和導(dǎo)水率相等或相近。當(dāng)供水強(qiáng)度大于土壤入滲性能時，水分進(jìn)入土壤的過程受土壤入滲性能控制；當(dāng)供水強(qiáng)度小于土壤入滲性能時，水分進(jìn)入土壤的速度由供水強(qiáng)度決定。因此在測量土壤入滲性能的過程中，保證充分的供水強(qiáng)度是測量到土壤完整、真實(shí)入滲性能的前提條件。目前測定土壤入滲速率的方法主要有雙環(huán)法、人工降雨法、圓盤入滲儀法等測量方法。雙環(huán)法是現(xiàn)在比較常用的測量土壤入滲率的方法，其試驗(yàn)裝置包括兩個直徑不同的圓環(huán)、供水裝置以及標(biāo)尺。在測量之前，先將兩個圓環(huán)同心地插入土壤約5cm的深度；然后同時向雙環(huán)里面注水，記錄內(nèi)環(huán)中注入的水量以及相應(yīng)的時間。釆用同心圓環(huán)的作用是內(nèi)環(huán)控制測量面積，外環(huán)保證內(nèi)環(huán)中的水分垂直入滲到土壤中，減少側(cè)滲，提高測量精度。后來，又出現(xiàn)了基于雙環(huán)法的改進(jìn)裝置和自動測量系統(tǒng)，在傳統(tǒng)雙環(huán)法的基礎(chǔ)上增加了馬氏瓶、傳感器、伽瑪射線儀等，從而縮短試驗(yàn)時間并提高試驗(yàn)精度，但是并不能從根本上克服雙環(huán)法的缺點(diǎn)以及局限性。雙環(huán)法在入土的過程中嚴(yán)重破壞了土表的原始結(jié)構(gòu)；在向雙環(huán)注水的過程中，由于沖刷以及快速的濕潤地表引起地表結(jié)皮，大大降低了水流進(jìn)入土壤的速度；受馬氏瓶供水能力的限制，并不能滿足整個過程尤其是入滲初期充分供水的要求。由于上述原因，雙環(huán)法并不能測量到真實(shí)的、初始很高的土壤入滲率。相應(yīng)的雙環(huán)法的改進(jìn)方法也并沒有從根本上克服這些缺點(diǎn)。人工降雨法是通過人工降雨裝置來模擬天然降雨，在降雨強(qiáng)度保持不變的條件下，觀測地表徑流過程，通過人工降雨量和觀測徑流量獲取土壤入滲性能。模擬降雨法不受坡度等條件的限制，測量結(jié)果可以從一定程度上反映出天然降雨過程中的土壤水分入滲變化。但是受雨強(qiáng)的限制，模擬降雨法測量不到土壤初始很高的入滲率，而且由于雨滴對地表的打擊作用形成地表結(jié)皮，影響到測量的準(zhǔn)確性。圓盤入滲儀法主要由蓄水管、恒壓管和圓盤組成。該方法利用初始入滲速率和穩(wěn)定入滲速率來區(qū)分受毛管力及重力所控制的土壤入滲流。此外，通過選擇水壓大小，可以計(jì)算出與入滲過程有關(guān)的土壤孔隙的大小。該方法需水量相對較少，而且儀器體積小，便于攜帶。但同時入滲面積小(直徑20cm)，深度淺(20~30cm),代表性較差，而且試驗(yàn)過程中有側(cè)滲，影響了試驗(yàn)的測量精度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例要解決的問題是提供一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)和方法，以實(shí)現(xiàn)簡單、精確地測量土壤入滲性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括恒流供水裝置，與點(diǎn)源入流器連接，用于以恒定的流量向所述點(diǎn)源入流器供水，并監(jiān)測輸出的水量；點(diǎn)源入流器，放置在土壤存儲裝置存儲的土壤表面，用于使所述恒流供水裝置提供的水流以點(diǎn)源入流方式進(jìn)入所述土壤；土壤存儲裝置，用于存儲土壤，并監(jiān)測土壤濕潤鋒；計(jì)時裝置，用于記錄與所述恒流供水裝置提供的水量和土壤濕潤鋒對應(yīng)的時間。其中，所述恒流供水裝置包括水存儲單元，用于存儲水；水流輸出單元，與所述水存儲單元連接，用于將所述水存儲單元存儲的水以恒定的流量輸出到所述點(diǎn)源入流器；水量監(jiān)測單元，用于監(jiān)測所述水存儲單元中的水量。其中，所述恒流供水裝置為帶有刻度的馬氏瓶。其中，所述點(diǎn)源入流器包括點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元，與所述水流輸出單元連接，用于將所述恒流供水裝置提供的水轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式，并通過土壤結(jié)構(gòu)保持單元進(jìn)入土壤；土壤結(jié)構(gòu)保持單元，放置在所述土壤表面，用于防止轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式的水對所述土壤的直接打擊，保持點(diǎn)源下土壤的原狀性。其中，所述點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元為直徑為l亳米的針頭，所述土壤結(jié)構(gòu)保持單元為直徑為l厘米的圓形海藻棉。其中，所述土壤存儲裝置包括土槽，用于存儲土壤；土壤濕潤鋒監(jiān)測單元，用于監(jiān)測土壤濕潤鋒。其中，所述土槽為中空透明的底面為等邊三角形的柱形結(jié)構(gòu)，所述土槽的底端封閉，頂端開口；所述土壤濕潤鋒監(jiān)測單元為貼于所述土槽開口處的透明膠片。其中，所述土壤具有相同的容重。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案還提供了一種土壤入滲性能的測量方法，包括以下步驟將恒定流量的水以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤的步驟；從所述水的輸出開始計(jì)時的步驟；獲取所述水的水流流量的步驟；監(jiān)測對應(yīng)時間的土i襄濕潤鋒的步驟；根據(jù)所述對應(yīng)時間的土壤濕潤鋒，獲取對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑的步驟；根據(jù)所述水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率的步驟。其中，在所述根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率的步驟中，具體包括將輸出水的時間由h，t2U時刻分為m個時間段；tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率由公式獲??；其中，in為tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率；k為流量系數(shù)；qn為tn時刻對應(yīng)的水流流量；ij為tj時刻對應(yīng)的土壤入滲率；1^+1為1^+1時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；ivj為U.j時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；Arn-j+1為tn.jw時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑增量；n為ti時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑。上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例通過將水流以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤，并根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率，滿足了試驗(yàn)過程中充分供水的條件，而且保證了土壤的原狀性，從而能夠簡單、精確地測量土壤入滲性能。圖l是本發(fā)明的一種土壤入滲率與土壤濕潤半徑隨時間變化的曲線圖；圖2是本發(fā)明的一種不同空間點(diǎn)處的土壤入滲性能的曲線圖；圖3是本發(fā)明的一種某一時刻土壤入滲率的空間分布曲線圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤入滲性能的測量方法的流程圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤濕潤半徑隨時間變化的曲線圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤入滲率隨時間變化的曲線圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。(n=1，2,本發(fā)明的原理如下，在土壤入滲初期，水流進(jìn)入土壤的速度很快，隨著時間的推進(jìn)，入滲率不斷降低并最終趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定入滲率，對應(yīng)于土壤入滲性能隨時間的這一變化規(guī)律。在點(diǎn)源供水情況下，地表最初會出現(xiàn)一個圓形的土壤飽和區(qū)，隨著時間的推進(jìn)，在保持供水強(qiáng)度不變的情況下，這一圓形的飽和區(qū)會逐漸增大，并最終達(dá)到一個穩(wěn)定的濕潤半徑。一種土壤入滲率與土壤濕潤半徑隨時間變化的曲線如圖1所示，在恒定流量下，土壤入滲性能變化過程與土壤濕潤過程具有非常密切的關(guān)系。因此，通過測量土壤濕潤半徑隨時間的變化規(guī)律，并利用兩者之間的關(guān)系，推導(dǎo)得到土壤入滲性能。由于測量過程中為點(diǎn)源供水，點(diǎn)源下的地表一直保持充分供水的條件，因此能夠測量得到土壤完整、真實(shí)的入滲性能曲線。水流在土壤表面流動的過程中，是以供水源為中心向四周均勻擴(kuò)展的過程，即土壤濕潤面積是以點(diǎn)源入流點(diǎn)為圓心，不斷向外推進(jìn)的圓形面積。以入滲點(diǎn)為圓心，土壤不同半徑上各點(diǎn)經(jīng)歷入滲的起始時間是不同的。假定土壤為均勻介質(zhì)，各處的入滲性能相同，則各點(diǎn)的入滲性能與各點(diǎn)入滲開始后的時間具有對應(yīng)關(guān)系。從而以入流點(diǎn)為圓心，不同半徑的各個同心圓的土壤入滲性能隨時間的變化過程就產(chǎn)生差異。一種不同空間點(diǎn)處的土壤入滲性能的曲線如圖2所示，在Ht3時刻，水流到達(dá)的3個同心圓環(huán)半徑分別是r。r2、r3。各位置水流到達(dá)的時間是不同的，但各個位置上的入滲性能與時間的函數(shù)關(guān)系是一樣的，相當(dāng)于各入滲性能曲線隨水流到達(dá)時間的先后平移。因此在同一時刻，不同空間點(diǎn)上土壤入滲性能存在差異，某一時刻土壤入滲率的空間分布曲線如圖3所示。在^時刻，水流剛到達(dá)n,此時^處的土壤入滲性能是很大的初始入滲性能；在t2時刻，水流剛到達(dá)。，r2處的入滲性能是很大的初始入滲性能，而此時n處的入滲性能由圖l中給出的曲線可以看出已經(jīng)降低為i2;當(dāng)時間持續(xù)到t3時，t3處的入滲性能是很大的初始入滲性能，n和r2處的入滲率按照圖l的趨勢已分別減小至i3和i2。為了推導(dǎo)計(jì)算模型，假設(shè)在不同部位的土壤具有相同的入滲性能。運(yùn)用水量平衡原理得出在入滲過程中入滲率與供水流量的關(guān)系如公式(1):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(1)其中，q為水流流量，單位為1/h;i為入滲率，單位為mm/h;r為濕潤半徑，單位為mm;K^l為量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)。公式(1)表明，任意時刻供給的水流流量q等于該時刻的入滲率對該時刻對應(yīng)的濕潤面積的積分，將濕潤面積用圓形面積計(jì)算公式代替得到公式(1)。由公式(1)所表示的積分方程的精確解析解，求出入滲率函數(shù)i(t)存在一定的困難?？梢宰鼋朴?jì)算如下選擇較小的時間間隔即較小的半徑增量步長，在各時段以及半徑增量段內(nèi)，取入滲為平均值，可以遞推得到i(t)的近似估計(jì)值。具體計(jì)算過程可以表述如下設(shè)112、t3........tn時刻相應(yīng)的濕潤半徑分別為n、r2、r3........rn,濕潤半徑增量分別為AivAr2、Ar3........Arn,對應(yīng)的入滲率分別為ii、i2、i3........in,水流流量為q=qi、q2、q3.......、qn(取為常數(shù))，由公式(1)可得"時段水流流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>12時段水流流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>t3時段水流流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>tn時段水流流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(2)由公式(2)得到不同時間的入滲率為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(3)其中，in為tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率；qn為、時刻對應(yīng)的水流流量；ij為tj時刻對應(yīng)的土壤入滲率；；jw為U.jw時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；rn.j為tn.j時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；Arn.j+1為tn.j+1時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑增量；n為t,時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑。從圖2中可以看出在t2時刻，水流向前推進(jìn)的距離增加Ar2,此處的入滲率與在^時間內(nèi)水流向前推進(jìn)的距離^上的h時刻的入滲率相同，為h。而此時n半徑上的入滲率降低，為i2。其他時間段也與此類似。本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)如圖4所示，包括恒流供水裝置、點(diǎn)源入流器、土壤存儲裝置和計(jì)時裝置。恒流供水裝置與點(diǎn)源入流器連接，用于以恒定的流量向所述點(diǎn)源入流器供水，并監(jiān)測輸出的水量；點(diǎn)源入流器放置在土壤存儲裝置存儲的土壤表面，用于使所述恒流供水裝置提供的水流以點(diǎn)源入流方式進(jìn)入所述土壤；土壤存儲裝置用于存儲土壤，并監(jiān)測土壤濕潤鋒；計(jì)時裝置，用于記錄與所述恒流供水裝置提供的水量和土壤濕潤鋒對應(yīng)的時間。恒流供水裝置包括水存儲單元、水流輸出單元和水量監(jiān)測單元。水存儲單元用于存儲水；水流輸出單元與所述水存儲單元連接，用于將所述水存儲單元存儲的水以恒定的流量輸出到所述點(diǎn)源入流器；水量監(jiān)測單元用于監(jiān)測所述水存儲單元中的水量。本實(shí)施例中，恒流供水裝置為帶有刻度的馬氏瓶?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)馬氏瓶出水口與進(jìn)氣口之間的距離控制水流流量，因?yàn)樗鞯牧髁咳Q于靜水壓，靜水壓是指馬氏瓶中接觸空氣的兩個液面間的高差，這個高度差越大，靜水壓越大，水流的流量就越大。點(diǎn)源入流器包括點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元和土壤結(jié)構(gòu)保持單元。點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元與所述水流輸出單元連接，用于將所述恒流供水裝置提供的水轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式，并通過土壤結(jié)構(gòu)保持單元進(jìn)入土壤；土壤結(jié)構(gòu)保持單元放置在所述土壤表面，用于防止轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式的水對所述土壤的直接打擊，保持點(diǎn)源下土壤的原狀性。本實(shí)施例中，點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元為直徑為1毫米的針頭，所述土壤結(jié)構(gòu)保持單元為直徑為l厘米的圓形海藻棉。海藻棉直接放置在土壤表面，水流先由針頭流到海藻棉上，然后進(jìn)入土壤。這樣保證了水流的點(diǎn)源入流條件，又防止點(diǎn)源中的水流對土壤表面的直接打擊作用，保證了點(diǎn)源下土壤的原狀性。土壤存儲裝置包括土槽和土壤濕潤鋒監(jiān)測單元。土槽用于存儲土壤；土壤濕潤鋒監(jiān)測單元用于監(jiān)測土壤濕潤鋒。本實(shí)施例中，土槽為邊長39cm、高為30cm的等邊三角形透明有機(jī)玻璃槽，所述土槽為中空透明的底面為等邊三角形的柱形結(jié)構(gòu)，其底端封閉，頂端開口；土壤濕潤鋒監(jiān)測單元為貼于所述土槽開口處的透明膠片，用于記錄土壤濕潤鋒隨時間推進(jìn)的過程。本實(shí)施例中，所用土壤為砂壤土，取自北京巿通州區(qū)永樂店農(nóng)田的表層土壤(0-30cm),土壤顆粒組成為砂粒69.19%，粉粒17.4%,粘粒13.41%。裝在土槽中的土壤需要具有相同的容重，因此先將土樣風(fēng)干并過2mm篩子，按1.26g/cm3的天然容重將處理好的土壤以5cm一層的厚度裝入水平放置的土槽內(nèi)。每層土壤裝入后，均勻分布土壤，使各處的土壤達(dá)到同一容重。每次在裝入下一層土之前，用工具將土壤表面打毛，避免兩層土壤之間出現(xiàn)斷層，影響水流在土壤中的運(yùn)動。整個土槽的裝土深度為27cm。當(dāng)采用圖4所示的土壤入滲性能的測量系統(tǒng)時，本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤入滲性能的測量方法的流程如圖5所示，本實(shí)施例包括以下步驟步驟s501,將馬氏瓶灌水，關(guān)閉放水管及通氣管，放置在支柱上。步驟s502，記錄馬氏瓶中的初始水量讀數(shù)。步驟S503，將恒定流量的水以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤，并同時用計(jì)時裝置(本實(shí)施例中為秒表)開始計(jì)時。步驟s504,在計(jì)時裝置開始計(jì)時后的0、1、2、4、6、8、12、16、21、31、41、56、71、86、116分鐘時，分別記錄馬氏瓶中的水量讀數(shù)和土壤濕潤鋒位置。步驟s505,獲取水的水流流量。即用馬氏瓶中的初始水量讀數(shù)減去設(shè)定時間點(diǎn)的馬氏瓶中的水量讀數(shù)，再除以計(jì)時裝置到所述設(shè)定時間點(diǎn)的讀數(shù)。本實(shí)施例釆用恒定流量為0.411/h的流量，通過調(diào)節(jié)馬氏瓶進(jìn)氣口與出水口的高差來控制馬氏瓶的流量，即在水流輸出過程中保持馬氏瓶位置與點(diǎn)源入流器位置固定。步驟s506，根據(jù)對應(yīng)時間的土壤濕潤鋒位置，獲取對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，該半徑為對應(yīng)時間的土壤濕潤鋒位置到點(diǎn)源入流點(diǎn)的距離的長度。步驟s507，根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率。具體包括將輸出水的時間由tpt2......W時刻分為m個時間段，本實(shí)施例中tpt2……tm分別為計(jì)時開始后的0、1、2、4、6、8、12、16、21、31、41、56、71、86、116分鐘。tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率由公式(4)-^-^-(n=l,2,……m)(4)獲??；其中，in為tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率；k為流量系數(shù)，本實(shí)施例中采用k=6(360°/n，本發(fā)明實(shí)施例中點(diǎn)源入流處角度為n=60°);q。為t。時刻對應(yīng)的水流流量；i」為tj時刻對應(yīng)的土壤入滲率；rn_j+1為tn-j+i時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；^j為tn-j時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；AiVj+,為tn.j+1時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑增量；r!為t！時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑。測量完成后，本發(fā)明實(shí)施例的一種土壤濕潤半徑隨時間變化的曲線如圖6所示。由圖6可知，土壤濕潤半徑增加的速度與水流流量成正比，即水流流量越大，土壤濕潤半徑增加的越快。將測試數(shù)據(jù)用擬合方程(5)進(jìn)行擬合?！?M(7V-"')(5)從圖6中可以看出，方程(5)很好地描述了該試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。擬合結(jié)果、參數(shù)及確定系數(shù)的具體數(shù)值見表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從表l中可以看到，測量數(shù)據(jù)的擬合確定系數(shù)為0.978，表明該擬合方程很好地描述了點(diǎn)源下土壤濕潤半徑隨時間變化的規(guī)律。而且從方程(5)中可以看出，當(dāng)時間t趨于無窮大時，土壤濕潤半徑趨于一個穩(wěn)定值MN,對應(yīng)于土壤入滲率達(dá)到穩(wěn)定入滲率。同時，MN值與時間t的系數(shù)-n均隨流量的增大而增大。由測量得到的土壤濕潤半徑隨時間推進(jìn)的數(shù)據(jù)以及方程(4)，可以計(jì)算得到對應(yīng)的土壤入滲率與時間之間的關(guān)系曲線，該曲線如圖7所示。從圖7中可以看出，在流量為0.411/h時得到的穩(wěn)定土壤入滲率與初始土壤入滲率分別為13.3mm/h和391.77mm/h。驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性，即在該試驗(yàn)過程中，保證了點(diǎn)源下土壤一直處于充分供水的條件一供水強(qiáng)度大于土壤入滲性能。同時，測量得到的數(shù)據(jù)完整地描述了土壤入滲性能隨時間變化的過程。在入滲初期，土壤入滲性能很高(圖1),水流很快地進(jìn)入土壤，土壤濕潤半徑很小(圖1);隨著時間的推移，土壤入滲性能降低，之前濕潤的圓形面積上水流進(jìn)入土壤的速度降低，土壤達(dá)到飽和，多余的水量流入濕潤面積的外圍，土壤濕潤半徑相應(yīng)擴(kuò)大。當(dāng)土壤入滲性能達(dá)到穩(wěn)定入滲率時，水流開始以一個穩(wěn)定的速度進(jìn)入土壤，此時的土壤濕潤半徑達(dá)到最大，水流開始穩(wěn)定地通過這個圓形濕潤面積進(jìn)入土壤，即土壤濕潤半徑也達(dá)到穩(wěn)定。下面對本實(shí)施例測量的誤差進(jìn)行分析，誤差分析的基本原理是水量平衡原理。通過比較總供水量Q,(馬氏瓶供水量)與測量計(jì)算得到的累積入滲量Q2，計(jì)算得到該測量的相對誤差S?？偣┧靠梢詮鸟R氏瓶的初始刻度與最終刻度的讀數(shù)中得到(6)其中，Q,為總供水量，單位為升；Wi為馬氏瓶的最終讀數(shù)，單位為升；W2為馬氏瓶的初始讀數(shù)，單位為升。計(jì)算得到的累積入滲量Q2是將測量得到的各個時刻的土壤入滲率還原為每一時間步長t,增加的土壤濕潤半徑Arj上的圓環(huán)的累積入滲量qi，最后將各個圓環(huán)面積上的累積入滲量求和得到整個測量過程中土壤的累積入滲量。累積入滲量的具體表達(dá)式如公式(7)所示込=2;r|%〔f《,，/"V/)A(7)計(jì)算過程中要首先得到每塊濕潤圓環(huán)面積上在測量過程中的累積入滲量I,累積入滲量I由公式(8)獲取/=(8)其中，I為累積入滲量；i為入滲率，單位為mm/h;T為測量持續(xù)時間，單位為h。從公式(8)可以看出累積入滲量I是濕潤半徑的函數(shù)。該測量的相對誤差S由公式(9)獲取込-G:100%(9)込本實(shí)施例中計(jì)算得到的該測量的相對誤差S如表2所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>從表2中可以看出該測量方法的精度非常高，相對誤差為0.15%,證明了該方法的合理性與準(zhǔn)確性。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過將水流以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤，并根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率，滿足了試驗(yàn)過程中充分供水的條件，而且保證了土壤的原狀性，從而能夠簡單、精確地測量土壤入滲性能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括恒流供水裝置，與點(diǎn)源入流器連接，用于以恒定的流量向所述點(diǎn)源入流器供水，并監(jiān)測輸出的水量；點(diǎn)源入流器，放置在土壤存儲裝置存儲的土壤表面，用于使所述恒流供水裝置提供的水流以點(diǎn)源入流方式進(jìn)入所述土壤；土壤存儲裝置，用于存儲土壤，并監(jiān)測土壤濕潤鋒；計(jì)時裝置，用于記錄與所述恒流供水裝置提供的水量和土壤濕潤鋒對應(yīng)的時間。2、如權(quán)利要求1所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述恒流供水裝置包括水存儲單元，用于存儲水；水流輸出單元，與所述水存儲單元連接，用于將所述水存儲單元存儲的水以恒定的流量輸出到所述點(diǎn)源入流器；水量監(jiān)測單元，用于監(jiān)測所述水存儲單元中的水量。3、如權(quán)利要求2所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述恒流供水裝置為帶有刻度的馬氏瓶。4、如權(quán)利要求2所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)源入流器包括點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元，與所述水流輸出單元連接，用于將所述恒流供水裝置提供的水轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式，并通過土壤結(jié)構(gòu)保持單元進(jìn)入土壤；土壤結(jié)構(gòu)保持單元，放置在所述土壤表面，用于防止轉(zhuǎn)換為點(diǎn)源形式的水對所述土壤的直接打擊，保持點(diǎn)源下土壤的原狀性。5、如權(quán)利要求4所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述點(diǎn)源轉(zhuǎn)換單元為直徑為1亳米的針頭，所述土壤結(jié)構(gòu)保持單元為直徑為l厘米的圓形海藻棉。6、如權(quán)利要求1所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤存儲裝置包括土槽，用于存儲土壤；土壤濕潤鋒監(jiān)測單元，用于監(jiān)測土壤濕潤鋒。7、如權(quán)利要求6所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述土槽為中空透明的底面為等邊三角形的柱形結(jié)構(gòu)，所述土槽的底端封閉，頂端開口；所述土壤濕潤鋒監(jiān)測單元為貼于所述土槽開口處的透明膠片。8、如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述土壤具有相同的容重。9、一種土壤入滲性能的測量方法，其特征在于，包括以下步驟:將恒定流量的水以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤的步驟；從所述水的輸出開始計(jì)時的步驟；獲取所述水的水流流量的步驟；監(jiān)測對應(yīng)時間的土壤濕潤鋒的步驟；根據(jù)所述對應(yīng)時間的土壤濕潤鋒，獲取對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑的步驟；根據(jù)所述水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率的步驟。10、如權(quán)利要求9所述土壤入滲性能的測量方法，其特征在于，在所述根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率的步驟中，具體包括將輸出水的時間由ti，t2……tm時刻分為m個時間段；tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率由公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>獲??；其中，in為tn時刻對應(yīng)的土壤入滲率；k為流量系數(shù)；qn為tn時刻對應(yīng)的水流流量；ij為tj時刻對應(yīng)的土壤入滲率；rn-jw為tn.j+1時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；rn.j為tn.j時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑；△rn-j+1為tn.j+1時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑增量;n為h時刻對應(yīng)的土壤濕潤半徑。全文摘要本發(fā)明公開了一種土壤入滲性能的測量系統(tǒng)，包括恒流供水裝置，與點(diǎn)源入流器連接，用于以恒定的流量向所述點(diǎn)源入流器供水，并監(jiān)測輸出的水量；點(diǎn)源入流器，放置在土壤存儲裝置存儲的土壤表面，用于使所述恒流供水裝置提供的水流以點(diǎn)源入流方式進(jìn)入所述土壤；土壤存儲裝置，用于存儲土壤，并監(jiān)測土壤濕潤鋒；計(jì)時裝置，用于記錄與所述恒流供水裝置提供的水量和土壤濕潤鋒對應(yīng)的時間。本發(fā)明還公開了一種土壤入滲性能的測量方法。本發(fā)明通過將水流以點(diǎn)源入流方式輸出到土壤，并根據(jù)水流流量和對應(yīng)時間的土壤濕潤半徑，獲取對應(yīng)時間的土壤入滲率，滿足了試驗(yàn)過程中充分供水的條件，而且保證了土壤的原狀性，從而能夠簡單、精確地測量土壤入滲性能。文檔編號G06F19/00GK101221117SQ20081005666公開日2008年7月16日申請日期2008年1月23日優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日發(fā)明者汗劉,原翠萍,毛麗麗,閆麗娟,雷廷武申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)