滲透桶法測定土壤飽和導水率的改進

1、【灌溉·供水】滲透桶法測定土壤飽和導水率的改進劉亞敏1，程林2（1河北工程大學水電學院，河北邯鄲056021；2黃河水利職業(yè)學院水文水資源系，河南開封475004）摘要：滲透桶法測定土壤飽和導水率所需儀器少、價格低、操作簡單，但工作繁雜、精度不高，為了減少工作量，提高試驗精度，基于馬氏瓶定水頭供水原理，對滲透桶法進行了改進，改進后可明顯減小工作強度、提高試驗精度，不僅能測定土壤的飽和導水率，還能測定土壤孔隙水的流速。關鍵詞：滲透桶法；土壤飽和導水率；馬氏瓶中圖分類號：S1527文獻標識碼：Adoi ：103969/jissn1000-1379201108037Improvement

2、of Saturated Soil Hydraulic Conductivity Measuredby Using Method of Permeating BucketLIU Ya-min 1，CHENG Lin 2（1Institute of Water Resources and Electric Power ，Hebei Engineering University ，Handan 056021，China ；2Hydrological and water Resources Department ，Yellow River Conservancy Technical Institut

3、e ，Kaifeng 475004，China ）Abstract ：The method of measuring saturated soil hydraulic conductivity by using permeating bucket is easy and simple and the instrument is cheap ，but works are miscellaneous and the precision is not highIn order to reduce the work load and increase the experimental precisio

4、n ，based on the principles of supplying water in the mixed water head by Marriott bottle ，the method mentioned above is improvedAfter improving ，it can reduce the work load and improves the testing accuracy obviouslyIt can not only determine the saturated soil hydraulic conductivity ，but also determ

5、ine the soil pore velocityKey words ：method of permeating bucket ；saturated soil hydraulic conductivity ；Marriott bottle土壤飽和導水率又稱土壤滲透系數(shù)，為單位水壓梯度下通過垂直于水流方向的單位土壤截面水流速度。土壤飽和導水率是研究、設計水利工程、農(nóng)田排水系統(tǒng)，以及研究土壤水分移動等工作的重要參數(shù)之一，同時也是比較農(nóng)業(yè)土壤滲透性能好壞的一個指標，直接影響作物的生長發(fā)育12。目前，土壤飽和導水率的室內(nèi)測定方法有定水頭滲透儀法和變水頭滲透儀法。于得芬等3根據(jù)資料仿制了定水頭法和降水

6、頭法測定裝置，但裝置比較復雜，而且占地面積大。霍麗娟等4對測定裝置進行了改進，但所需儀器仍然較多。滲透桶法測定土壤飽和導水率所需儀器少、價格低、操作簡單，但傳統(tǒng)的滲透桶法要頻繁地在滲透桶下接收流水以測定出水量、同時還要在滲透桶上不停補水以維持水層厚度，工作繁雜、精度不高。為了減少工作量，提高試驗精度，筆者基于馬氏瓶定水頭供水原理，對滲透桶法進行了改進。1測定原理由達西定律可知，通過某一土層的水量與截面積、時間和水層厚度（水頭）呈正比，與滲透經(jīng)過的距離（飽和土層厚度）呈反比，即Q =KSth /L（1）由式（1）得K =QLSth（2）式中：Q 為滲透過一定截面積S 的水量，mL ；K 為飽和導

7、水率（滲透系數(shù)），cm /s；L 為滲透距離，cm ；S 為滲透筒的橫截面積，cm 2；t 為滲透過水量Q 時所需要的時間，s ；h 為水層厚度（水位差），cm 。飽和導水率與土壤的孔隙率、質地、結構、鹽分含量、含水量等有關。從達西定律可以看出，飽和導水率是土壤所特有的常數(shù)57。2試驗儀器試驗儀器包括滲透桶、改進的馬氏瓶、燒杯、秒表和溫度計。為了便于觀測，滲透桶采用透明的有機玻璃管，桶的上沿打一進水口。試驗裝置結構見圖1。收稿日期：2010-12-30基金項目：河北省自然科學基金資助項目（C2011402042，D2009000827）；水文水資源與水利工程國家重點實驗室開放基金資助項目（20

8、09490211）；河北省科學技術研究與發(fā)展計劃項目（09200805D ）；河北工程大學博士基金資助項目。作者簡介：劉亞敏（1975），女，河北曲陽人，講師，主要從事水利水電教學與科研工作。E-mail ：lymin1975163com第33卷第8期人民黃河Vol33，No82011年8月YELLOW RIVER Aug，2011圖1改進滲透桶法測定土壤飽和導水率示意3操作步驟（1）土樣的取得。在室內(nèi)測定原狀土和擾動土。原狀土：用滲透桶取原狀土，取土深度為10cm ，將墊有濾紙的底篩網(wǎng)蓋好，帶回室內(nèi)待用。擾動土：在滲透桶下墊上濾紙，紗布包好，用橡皮筋沿滲透桶將紗布箍緊，按預定容重裝入擾動土。

9、（2）將滲透桶浸入水中，水面距土柱1 2mm ，待土面出現(xiàn)水后將滲透桶取出，掛在適當位置，使重力水滴完。（3）將馬氏瓶灌水口打開，關掉進氣口和供水口，由灌水口向馬氏瓶灌水。灌水至合適位置時，將灌水口塞子塞緊，打開供水口排氣至供水口不再流水。（4）將馬氏瓶放在合適位置，將供水管接在滲透桶的進水口，調(diào)整馬氏瓶高度，打開進氣口、向滲透桶供水，使?jié)B透桶上部保持約5cm 的水層。當滲透桶下面滴下第一滴水時，用秒表開始計時，并依據(jù)馬氏瓶上的刻度記錄液面高度變化過程，同時用溫度計記錄燒杯內(nèi)出流液的溫度。兩次讀數(shù)時馬氏瓶液面高度之差乘以馬氏瓶截面積，即為該時間段的出水量。（5）一般情況下試驗60min 后單位

10、時間滲出水量達到穩(wěn)定。如果單位時間內(nèi)滲出水量不穩(wěn)定，應延長到單位時間內(nèi)滲出水量穩(wěn)定為止。（6）每一土樣重復測定5次，取其算術平均值為該土樣在某一時間段的滲出水量。4結果計算試驗飽和導水率（滲透系數(shù)）為K t =10Q n L t n S （h +L ）（3）式中：K t 為溫度為t （ ）時的飽和導水率，mm /min；Q n 為滲出水量，mL ；t n 為滲透時間，min 。將所測得的K t 換算成10 時的飽和導水率（滲透系數(shù)）：K 10=K t07+003t（4）式中：t 為測定時水的溫度， 。5結語基于馬氏瓶定水頭供水原理，對測定土壤飽和導水率的滲透桶法進行了改進，以減小工作強度、提高

11、試驗精度。改進后的裝置不僅能測定土壤的飽和導水率，還能測定土壤孔隙水的流速。參考文獻：1陳效民，茆澤圣，劉兆普，等大豐王港試驗站濱海鹽漬土飽和導水率的初步研究J 南京農(nóng)業(yè)大學學報，1994，17（4）：1341372Kammar R S ，Rizvi H A ，Ahmed M ，et alMeasurement of field saturated hy-draulic conductivity by using Guelph and Velocity permeameters J Transactions of the ASAE ，1989，32（6）：188518903于得芬，徐富安介紹一

12、種土壤飽和導水率測定儀J 土壤，1990，22（2）：1031064霍麗娟，李一菲，錢天偉定水頭法和降水頭法測定黃土的飽和導水率J 太原科技大學學報，2010，31（3）：2562595周蓓蓓，邵明安土石混合介質飽和導水率的研究J 水土保持學報，2006，20（6）：62666呂殿青，邵明安，劉春平容重對土壤飽和水分運動參數(shù)的影響J 水土保持學報，2006，20（3）：1541557胡偉，邵明安，王全九，等取樣尺度對土壤飽和導水率測定結果的影響J 土壤學報，2005，42（6）：10411044【責任編輯呂艷梅櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁

13、櫁櫁櫁櫁櫁櫁】（上接第105頁）13Jacques D ，J SimunekNotes on HP1a software package for simulating vari-ably saturated water flow ，heat transport ，solute transport and biogeochemistry in porous media ，HP1Version 22R Bulgaria ：belgian Nuclear Researth Center ，201014Moridis G ，K PruessAn Enhanced Package of Solvers

14、for the TOUGH2Familyof Reservoir Simulation Codes J Geothermics ，1998（4）：41544415Finsterle STOUGH2User s Guide R Berkeley ：Lawrence Berkeley Nation-al Laboratory ，199916Pruess K ，C Oldenburg ，G MoridisTOUGH2User s Guide ，Version 20R Berkeley ：Lawrence Berkeley National Laboratory ，199917Pruess KThe

15、TOUGH Codes ：A Family of Simulation Tools for Multiphase Flow and Transport Processes in Permeable Media J Vadose Zone Journal ，2004（3）：73874618施小清，張可霓，吳吉春TOUGH2軟件的發(fā)展及應用J 工程勘察，2009（10）：293919Shi Xiaoqing ，Zhang Keni ，Wu JichunThe history and application of TOUGH2code J Geotechnical Investigation and Surveying ，2009（10）：293920Healy R W ，Ronan A DDocumentation of computer program VS2DH for simu-lation of energy transport in variably saturated porous medi Modification of the USGS s computer program VS2DT R Denver ：Geological Surrey ，199621Hsieh P A ，