土壤容重的測定

1、河北工程大學(xué)研究生課實驗報告垂直一維入滲實驗報告一、實驗?zāi)康暮鸵饬x 觀察土壤垂直入滲過程，測定土壤累積入滲量、濕潤鋒運移距離，根據(jù)實測的累積入滲量計算相應(yīng)的入滲率；通過土壤入滲實測資料，驗證土壤水分運動參量間關(guān)系，如累積入滲量與時間關(guān)系、濕潤鋒運移距離與時間關(guān)系、入滲率與時間關(guān)系、累積入滲量與濕潤鋒關(guān)系、入滲率與濕潤鋒關(guān)系等，驗證描述垂直一維入滲的常用模型，如考斯加可夫模型(Kostiakov)、菲利普模型(PhiliP)等；測定實驗結(jié)束時不同深度的土壤含水量，繪制土壤含水量剖面曲線。入滲是將地表水與地下水、土壤水聯(lián)系起來的紐帶，是徑流形成過程、水循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)。垂直入滲是有重力作用的一維

2、入滲，入滲率、累積入滲量和入滲距離（即濕潤鋒的位置）是描述入滲過程的重要特征量，針對于具體的入滲邊界條件，上述特征量的取得對于區(qū)域產(chǎn)流產(chǎn)沙估算、農(nóng)田灌溉、農(nóng)田排水、地下水補給等效果評估有著重要的意義。二、實驗原理實驗裝置由土柱和馬氏瓶組成，土壤吸滲水分，土面上的水分減少，供給水面下降，使馬氏瓶出水口所受外部壓力減小，與馬氏瓶內(nèi)部壓力差達(dá)到馬氏瓶靈敏度時，馬氏瓶進(jìn)氣口冒氣泡進(jìn)氣，馬氏瓶中的水流向土柱，如此反復(fù)，馬氏瓶定水頭自動供給土柱水量。三、實驗設(shè)備和裝置 圖 5-2 垂直入滲實驗裝置示意圖垂直入滲實驗裝置形式多樣，但都由實驗土柱和供水裝置組成，圖5-2為常用的垂直入滲實驗裝置。實驗土柱：目前

3、，已發(fā)表論文中試驗土柱直徑范圍在4.020cm，土柱直徑減小，可減小實驗土樣用量。為了提高實驗精度，馬氏瓶截面積應(yīng)相應(yīng)減小，為了便于觀察濕潤鋒和馬氏瓶液面變化，實驗土柱和馬氏瓶用透明有機(jī)玻璃管制成，土柱管壁交錯打上14排取土孔。供水裝置：供水裝置采用帶刻度的改進(jìn)的馬氏瓶，可實現(xiàn)恒定水頭下自動供水。改進(jìn)的馬氏瓶的工作原理：馬氏瓶供水管的出水口所受壓強(qiáng)等于P內(nèi)（高于馬氏瓶出水口的馬氏瓶內(nèi)水層的靜水壓強(qiáng)（h馬）加上馬氏瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)P馬），也等于P外 （高于馬氏瓶出水口的土柱內(nèi)水層的靜水壓強(qiáng)（h土）加上大氣壓強(qiáng)(P大)）；土壤吸滲水分，使土柱內(nèi)供給水量減少，即供給水面下降，使得馬氏瓶出水口所受壓力P外

4、小于P內(nèi)，當(dāng)供給水面繼續(xù)下降，使P（P內(nèi)-P外）達(dá)到一定數(shù)值，達(dá)到馬氏瓶靈敏度時，馬氏瓶中的水流向土柱，馬氏瓶進(jìn)氣口冒氣泡進(jìn)氣，增大馬氏瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)，當(dāng)馬氏瓶供水管的出水口所受壓強(qiáng)P內(nèi)再次等于P外時，馬氏瓶進(jìn)氣口停止進(jìn)氣，馬氏瓶中的水停止流向土柱；如此反復(fù)，使得馬氏瓶定水頭自動供給土柱水量。改進(jìn)的馬氏瓶的操作方法：將馬氏瓶灌水口打開，關(guān)掉進(jìn)氣口和供水口，由灌水口向馬氏瓶灌水，待灌到合適位置時，將灌水口塞子塞緊（或閥門關(guān)閉），打開供水口排氣，當(dāng)供水口不再流水時，表明排好氣，關(guān)掉馬氏瓶供水口。將馬氏瓶放在合適位置，將馬氏瓶的供水管接在土柱的進(jìn)水口處。調(diào)整馬氏瓶高度，打開供水口和進(jìn)氣口向土柱供水。其

5、它設(shè)備和儀器：土樣、天平、鋁盒、濾紙、量筒、洗耳球、小型取土鉆（也可以用其它設(shè)備代替）、秒表、刻度尺。四、實驗步驟1.土樣經(jīng)風(fēng)干過2mm篩，按要求容重分層裝入實驗土柱，填裝方法為：先計算按要求容重填裝體積所用干土重。 （1-1）式中：為半徑為、高為的環(huán)體所裝干土質(zhì)量，g；為土柱半徑,cm；為分層裝土高度,cm；為半徑為、高為的環(huán)體體積，cm3；為要求達(dá)到的土壤容重,g.cm-3。由于裝土?xí)r常用一定含水量的濕土，按照要求容重填裝體積時所用濕土重為= （1-2）式中：為按土壤容重填裝體積時所用含水量為的濕土重，g；為填裝所用濕土的含水量，%。此次試驗R=2.5cm，H=15×2.0=30

6、cm, =1.436g/cm3,m=854.12g,m濕=852g裝好后土柱應(yīng)放置24h，使土壤剖面含水量均勻。2.將排好氣的馬氏瓶安裝在合適位置（進(jìn)氣口高度略大于土柱設(shè)計水層高度），提高馬氏瓶供水管末端與進(jìn)氣口齊平，打開供水口和進(jìn)氣口，使供水管完全充水，然后擰緊進(jìn)氣口，將馬氏瓶供水管接到土柱的進(jìn)水口上。3.記下馬氏瓶初始讀數(shù)H0，打開馬氏瓶進(jìn)氣口，同時計時，開始實驗。4.在實驗過程中,根據(jù)由密到疏的原則（如1min，3min，5min，7min，10min，15min，30min，45min, 60min，90min）記錄入滲時間、濕潤鋒運移距離和馬氏瓶液面刻度。5.當(dāng)入滲達(dá)到穩(wěn)定后結(jié)束實驗

7、,擰緊進(jìn)氣口，關(guān)掉馬氏瓶出水口閥門，用量筒量出土面上剩余水量W0。從濕潤鋒向上開始從取土孔迅速取土,用烘干法測定土壤含水量。五、數(shù)據(jù)記錄剩余水量 35ml 總?cè)霛B時間 70min 空氣溫度 10C0 土壤初始含水量 0.7% 土壤容重 1.436g/cm3 馬氏瓶截面積（S）6.73cm2 土柱直徑 2.5cm 垂直一維入滲實驗記錄表時間(min)入滲體積(ml)入滲率馬氏瓶液面下降(cm)累計入滲量(ml)濕潤鋒運移距離(cm)濕潤鋒累計運移距離(cm)0355.2 000126.9 26.9 4.0 26.9 4.3 4.3 210.1 10.1 1.5 37.0 1.7 6.0 38.1

8、 8.1 1.2 45.1 1.3 7.3 512.1 6.1 1.8 57.2 1.7 9.0 713.5 6.7 2.0 70.7 1.9 10.9 1014.8 4.9 2.2 85.5 2.1 13.0 1518.9 3.8 2.8 104.4 2.8 15.8 2018.9 3.8 2.8 123.2 2.8 18.6 3014.8 1.5 2.2 138.0 2.0 20.6 3516.0 3.2 2.0 154.0 2.0 22.6 4012.0 2.4 1.8 166.0 1.7 24.3 4512.0 2.4 1.8 178.0 1.7 26.0 5012.0 2.4 1.8

9、 190.0 1.7 27.7 5516.0 3.2 2.4 206.0 1.7 29.4 6024.0 4.8 3.6 230.0 6516.0 3.2 2.4 246.0 7016.0 3.2 2.4 262.0 注：累積入滲量為某一時間內(nèi)馬氏瓶液面下降高度乘以馬氏瓶截面積，然后減去剩余水量（實驗結(jié)束時土柱內(nèi)剩余水量）的差。入滲后土壤含水量測定記錄表土層盒號盒重+濕土重（g）盒重（g）盒重+干土重（g）干土重（g）濕土重（g）水重（g）土壤含水率0-22587.7 12.5 70.0 57.5 75.2 17.7 30.8%2-4186.2 12.8 69.9 57.1 73.4 16.3

10、 28.5%4-63284.3 12.5 69.0 56.5 71.8 15.3 27.1%6-8885.1 12.5 69.0 56.5 72.6 16.1 28.5%8-102682.0 12.7 66.8 54.1 69.3 15.2 28.1%10-12988.9 12.6 72.2 59.6 76.3 16.7 28.0%12-14685.6 12.9 69.9 57.0 72.7 15.7 27.5%14-163184.9 12.3 68.9 56.6 72.6 16.0 28.3%16-182785.9 12.9 70.3 57.4 73.0 15.6 27.2%18-20168

11、6.8 12.4 70.4 58.0 74.4 16.4 28.3%20-221484.1 12.4 68.0 55.6 71.7 16.1 29.0%22-243789.3 12.8 72.7 59.9 76.5 16.6 27.7%24-263383.4 12.5 67.8 55.3 70.9 15.6 28.2%26-282289.5 12.3 72.2 59.9 77.2 17.3 28.9%28-301955.3 12.7 45.3 32.6 42.6 10.0 30.7%六、結(jié)果分析1.通過實測資料，在EXCELL中繪制出土壤含水量分布曲線，繪制入滲量與時間關(guān)系曲線、濕潤鋒運移距離

12、與時間關(guān)系曲線、入滲率與時間關(guān)系曲線、累積入滲量與濕潤鋒關(guān)系曲線、入滲率與濕潤鋒關(guān)系曲線，各曲線圖見附錄。2.根據(jù)實測資料，驗證考斯加可夫入滲模型(Kostiakov)、菲利普入滲模型(Philip)，利用考斯加可夫入滲模型(Kostiakov)和菲利普入滲模型(Philip)建立的累積入滲量和時間的關(guān)系，通過推導(dǎo)，求出入滲率方程。七、分析思考影響垂直入滲的因素很多，如土壤初始含水率、土壤容重、土壤質(zhì)地、入滲水頭、入滲溶液等。影響因素不同，垂直入滲特性也有所不同，因此可以設(shè)定因素水平，研究某一因素或多因素對垂直一維入滲特性的影響。 八、注意事項1.土樣填裝好后，在土面上放一張比土柱內(nèi)徑略小的濾紙，避免瞬時進(jìn)水時沖刷土樣表面。2.由于垂直入滲的有機(jī)玻璃管直徑一般在10cm以上，而最初入滲速率大，若用馬氏瓶供水至預(yù)定水頭，需要時間長，影響實驗精度，可提前計算好設(shè)定水層厚度所需水量，用量筒量出，瞬時灌入土柱中，同時打開馬氏瓶進(jìn)氣口供水，按下秒表計時，這樣可在盡可能短的時間內(nèi)使土層上面達(dá)到預(yù)定水頭。第 12 頁 共 13土壤含水量分布曲線26.5%27.0%27.5%28.0%28.5%29.0%29.5%