土壤水分溶質(zhì)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、博士口碩博連讀研究生口學(xué)術(shù)型碩士回農(nóng)業(yè)推廣碩士專業(yè)學(xué)位口同等學(xué)力在職申請(qǐng)學(xué)位口高校教師攻讀碩士學(xué)位口基地班碩士口獸醫(yī)碩士專業(yè)學(xué)位口工程碩士專業(yè)學(xué)位口全日制專業(yè)學(xué)位碩士口中職教師攻讀碩士學(xué)位口風(fēng)景園林碩士專業(yè)學(xué)位口西北農(nóng)林科技大學(xué)研究生課程結(jié)課論文封面（課程名稱：土壤水分溶質(zhì)動(dòng)力學(xué)）學(xué)位課回選修課口研研所專任考考究生年級(jí)、姓名究生學(xué)號(hào)在學(xué)院（系、部）業(yè)學(xué)科課教師姓名試日期試成績(jī)卷教師簽字處2vcccccccccccccXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX學(xué)院農(nóng)業(yè)工程XXXXXXXX土壤入滲實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、垂直入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定土壤的垂直入滲特征曲線，掌握測(cè)定方法。了解土壤一維入

2、滲特性，確定入滲條件下土壤累積入滲量曲線以及入滲速率數(shù)學(xué)表達(dá)式，用不同的入滲經(jīng)驗(yàn)公式描述入滲速率并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求(1)土柱圓筒高約29cm，內(nèi)徑10cm?？刂蒲b土容重為1.4g/cm3。垂直入滲過程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過程中，觀測(cè)不同時(shí)間的累積入滲量。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上點(diǎn)繪入滲過程線(速度入滲時(shí)間)，確定飽和入滲速度k值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在雙對(duì)數(shù)紙上點(diǎn)繪入滲曲線，確定a及k值，寫出該種土壤的入滲公式。(4)略述土壤入滲過程，入滲性強(qiáng)弱，分析原因。3、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)利用馬氏瓶供水并維持穩(wěn)定水壓；(2)對(duì)于均質(zhì)土的入滲強(qiáng)度，已有若干計(jì)算公式，菲利普根據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)

3、，求得解析解為：Si=+i1f2t2式中，it時(shí)刻的入滲速率；S與土壤初始含水率有關(guān)的特性常數(shù)，成為吸水率；i穩(wěn)定入滲率，即飽和土壤滲透系數(shù)。在非飽和土壤入滲初期，S起主要作用，所以菲利普公式可以改寫為：考斯加可夫根據(jù)野外實(shí)測(cè)資料的分析，發(fā)現(xiàn)入滲強(qiáng)度與時(shí)間之間成指數(shù)關(guān)系，其形式為：i=it-a1式中，i第一個(gè)單位時(shí)間的入滲強(qiáng)度；a反應(yīng)土壤性質(zhì)與入滲初始時(shí)土壤含水率的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；累積入滲量：=it(1-a)0I=fti(t)dt=ftit-adt=1t-a0011a4、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯5、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）測(cè)量玻璃土柱的內(nèi)徑R=10cm，控制土壤容重為1.4g/c

4、m3，計(jì)算2cm高土柱所需的土量10m=y-V=1.4x兀（一）2x2=219.8g；2（2）分層裝土：在玻璃柱底部放入一片濾紙，然后裝土。稱土219.8g，控制每次裝土高度為2cm，壓實(shí)，裝下一層時(shí)表面打毛。（3）調(diào)節(jié)馬氏瓶，使其進(jìn)氣孔高出土柱面2cm，形成水頭差；（4）用燒杯迅速向玻璃柱中加水，立即打開供水閥，同時(shí)打開秒表計(jì)時(shí)，三者要求同時(shí)進(jìn)行，然后開始實(shí)驗(yàn)；（5）每隔一定時(shí)間測(cè)定一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（記錄馬氏瓶讀數(shù)、時(shí)間）；（6）處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1）測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理見表1表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理入滲時(shí)間(min)時(shí)間間隔(min)時(shí)段入滲里(ml)累積入滲里(ml)入滲速率(

5、ml/min)000.000.000.001142.0042.0042.002148.0090.0048.003130.00120.0030.004130.00150.0030.005124.00174.0024.006118.00192.0018.007114.00206.0014.008112.00218.0012.00918.00226.008.001016.00232.006.001114.00236.004.001214.00240.004.001316.00246.006.001414.00250.004.001514.00254.004.001615.00259.005.0017

6、17.00266.007.001818.00274.008.001912.00276.002.002016.00282.006.002114.00286.004.002214.00290.004.002315.00295.005.002415.00300.005.002514.00304.004.002616.00310.006.002715.00315.005.002815.00320.005.002914.00324.004.003017.00331.007.0035521.00352.004.2040518.00370.003.6045516.00386.003.2050514.0040

7、0.002.8055518.00418.003.6060515.00433.003.0065513.00446.002.6070518.00464.003.6075514.00478.002.8080522.00500.004.4085516.00516.003.2090514.00530.002.809558.00538.001.60100510.00548.002.00105514.00562.002.80110511.00573.002.20115511.00584.002.20120515.00599.003.001301023.00622.002.301401028.00650.00

8、2.801501024.00674.002.401601024.00698.002.401701026.00724.002.601801023.00747.002.301901025.00772.002.502001023.00795.002.302101019.00814.001.902201020.00834.002.002301030.00864.003.0023448.00872.002.0023956.00878.001.2024456.00884.001.20249512.00896.002.4025012.00898.002.0025112.00900.002.0025212.0

9、0902.002.0025311.00903.001.0025411.00904.001.0025511.00905.001.0025611.00906.001.00261510.00916.002.00266510.00926.002.00271510.00936.002.002）累積入滲量、入滲速率與時(shí)間的關(guān)系曲線分別見圖1、圖2。累積入滲量隨時(shí)間變化曲線1000.00900.00800.00)“時(shí)間t(min)lm(一里滲入積累圖1累積入滲量I與入滲時(shí)間t的關(guān)系曲線入滲速率隨時(shí)間變化曲線時(shí)間t(min)皋速滲入圖2入滲速率i與入滲時(shí)間t的關(guān)系曲線由圖可以看出整體結(jié)果還是比較符合的，但是相

10、關(guān)性不太高。7、對(duì)三種經(jīng)驗(yàn)公式的擬合效果進(jìn)行對(duì)比分析土壤垂直累計(jì)入滲量散點(diǎn)圖及各經(jīng)驗(yàn)公式擬合曲線使用Philip入滲公式進(jìn)行擬合如下圖3：累積入滲量隨時(shí)間變化曲線時(shí)間t(min)車滲入積I1圖3philip入滲公式擬合圖使用考斯加可夫入滲公式進(jìn)行擬合如下圖4：累積入滲量隨時(shí)間變化曲線1000.00R2=0.9813y二72.354x0.4516lm(一里滲入積累0306090120150180210240270300時(shí)間t(min)圖4考斯加可夫入滲公式擬合圖使用Green-Ampt入滲公式進(jìn)行擬合如下圖5：累積入滲量隨時(shí)間變化曲線時(shí)間t(min)lm(一里滲入積累lm(一里滲入計(jì)累1000.

11、00900.00800.00700.00600.00500.00400.00300.00200.00100.000.000306090120150180210240270300圖5Green-Ampt入滲公式擬合圖對(duì)土壤垂直入滲三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果進(jìn)行對(duì)比分別用三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合的回歸系數(shù)見下表2表2不同擬合公式回歸系數(shù)對(duì)比表不同擬合公式Philip入滲公式考斯加可夫入滲公式Green-Ampt入滲公式回歸系數(shù)0.98980.98130.9737擬合效果對(duì)比圖如下圖6累積入滲量隨時(shí)間變化曲線*實(shí)測(cè)點(diǎn)線性多項(xiàng)式時(shí)間t(min)圖6采用不同經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果對(duì)比圖由上述圖表可知：（1）累積入滲量隨時(shí)間

12、的增加而增大，但增加的速率越來越小，最終趨于穩(wěn)定，入滲速率隨時(shí)間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，其值為穩(wěn)定入滲率；（2）采用考Philip入滲公式擬合效果最好，其次是采用斯加可夫公式擬合，而采用Green-Ampt入滲公式擬合的效果也比較好，但是相對(duì)于前兩種模型來說誤差還是比較大的。二、水平入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谑炀氄莆账酵林鼭B法測(cè)定非飽和土壤水?dāng)U散率原理的基礎(chǔ)上，了解土壤水分水平入滲的過程、入滲特性，確定入滲條件下濕潤(rùn)鋒x和時(shí)間t之間的關(guān)系，了解入滲條件下土壤累計(jì)入滲量曲線以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，計(jì)算土壤的入滲速率以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，同時(shí)得到土壤水?dāng)U散率D（0）的關(guān)系，并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求水平

13、土柱（長(zhǎng)30cm），是由直徑5cm、厚度為2cm的單環(huán)組裝形成的，控制裝土容重為1.4g/cm3。水平入滲過程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過程中，觀測(cè)不同時(shí)間的累積入滲量以及濕潤(rùn)鋒的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用烘干法分層測(cè)定土壤重量含水率計(jì)算體積含水率。3、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶（3cmx5cm）、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯。4、實(shí)驗(yàn)原理水平土柱入滲法測(cè)非飽和土壤水?dāng)U散率D（0）要求土柱的土壤質(zhì)地均一，且初始含水量分布均勻,在進(jìn)水端邊界含水量穩(wěn)定不變,忽略重力作用的條件下,該土壤水屬于一維流問題，其微分方程及定解條件為:dtdxD（0）営dx(1)0(x,t)=000(x,t)=0sx0,t=0

14、x=0,t0(2)(3)式中：t為入滲時(shí)間（min）；x為水平入滲距離（cm）；0為體積含水量（cm3/cm3）；0，0分別為土壤的初始含水量和飽和含水量。0s對(duì)方程施以Boltzmann變換可得：d（0）=-1.乜J0九d2d0000帶入Boltzmann變換參數(shù)九二xt-1/2，上式可變?yōu)?I/._De)一2(A0式中：齊為相鄰兩點(diǎn)6對(duì)應(yīng)的九平均值；算為相鄰兩點(diǎn)九和6增量比值孚AOA6的平均值。Philip水平入滲公式：I=S-12或者i二2S-1-25、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）稱土：控制土壤容重為1.4g/cm3，計(jì)算4cm高土柱所需的土量：m=丫V=1.4x兀（5）2x4=109.9g（2

15、）裝土柱：在水平實(shí)驗(yàn)土槽底部墊上濾紙，然后將實(shí)驗(yàn)用土按設(shè)計(jì)容1.4g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)分層裝入水平土槽中，為保證土的均勻性，我們將土按4cm高度分層裝入。（3）裝水：在馬氏瓶中裝入一定量的水，將下部進(jìn)氣閥和出水閥關(guān)閉。（4）連接儀器：用橡皮輸水管將馬氏瓶的出水口與水平土槽進(jìn)水口相連，然后打開馬氏瓶頂部的加水孔的橡皮塞和出水閥，同時(shí)將水平槽的排氣孔打開，給水平土槽下部的水室進(jìn)行排氣和充水，保證水能夠均勻的入滲。（5）待水室充滿水后，立即將馬氏瓶的加水孔和水平土槽的排氣孔密封，打開馬氏瓶下部的進(jìn)氣閥，將水平土柱放平，讓水平土柱中心軸與馬氏瓶的進(jìn)氣閥相平，這樣才能保證水平入滲在無壓條件下進(jìn)行，同時(shí)，打開

16、秒表開始計(jì)時(shí)，并記下馬氏瓶上的刻度數(shù)。（6）進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，每當(dāng)濕潤(rùn)鋒前進(jìn)2cm時(shí)，記下時(shí)間和馬氏瓶上的刻度數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定入滲時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，然后打開水平土槽，將其中的土按2cm長(zhǎng)度分層裝入事先準(zhǔn)備好的鋁盒中，然后稱重，并放入烘箱進(jìn)行烘干、稱重。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析(1)計(jì)算累積入滲量I,結(jié)果見表1；繪制濕潤(rùn)鋒x與時(shí)間t的關(guān)系曲線,見圖1;再繪制累積入滲量I與時(shí)間t的關(guān)系曲線，見圖2。表1累計(jì)入滲量計(jì)算表入滲時(shí)間(min)時(shí)間間隔(min)馬氏瓶讀數(shù)(ml)濕潤(rùn)鋒入滲距離x(cm)累計(jì)入滲量I(ml)0042003.7833.7835841610.2836.5006862620.1339.8508

17、183933.16713.03494105251.46718.300110126885.38333.916131148998.11712.7341391697132.55034.43315718115165.16732.61717320131206.63341.46619222150241.41734.78421924177273.91732.50023926197圖1濕潤(rùn)鋒x與時(shí)間t的關(guān)系曲線累積入滲量隨時(shí)間變化oooooO208642OQ1111y=6.909x0-5816R2=0.997100.00030.00060.00090.000120.000150.000180.000210.0

18、00240.000270.000300.000時(shí)間t(min)圖2累積入滲量I與時(shí)間t的關(guān)系曲線(2)根據(jù)I二ST0.5反解S二I/T05,計(jì)算入滲率i二S/2t0.5,結(jié)果見表2,總總總總?cè)缓罄L制入滲速率i與時(shí)間的關(guān)系曲線,見圖3。表2入滲速率i計(jì)算表時(shí)間t(min)t0.5S二I/T0.5總總?cè)霛B速率i(ml/min)00.00011.9030.0003.7830.5143.06010.2830.3121.85620.1330.2231.32633.1670.1741.03351.4670.1390.83085.3830.1080.64498.1170.1010.601132.5500.0

19、870.517165.1670.0780.463206.6330.0700.414241.4170.0640.383273.9170.0600.360入滲速率隨時(shí)間變化曲線時(shí)間t(min)圖3入滲速率i與時(shí)間t的關(guān)系曲線3)計(jì)算土壤體積含水率，計(jì)算結(jié)果見表3。表3土壤體積含水率計(jì)算表編號(hào)盒重(g)鋁盒+濕土重鋁盒+干土重(g)水重(g)質(zhì)量含水率(g/g)體積含水率(cm3/cm3)(g)116.3035.9331.464.4729.48541.280214.6239.1333.445.6930.23442.327314.0040.0733.816.2631.60044.240414.7638

20、.2333.524.7125.10735.149515.5737.2132.494.7227.89639.054615.5037.9732.855.1229.51041.314715.2637.232.544.6626.96837.755815.0739.7334.415.3227.50838.511916.2338.3134.14.2123.55932.9831016.1341.0736.07525.07535.1051116.0841.6636.784.8823.57533.0051216.1632.7330.082.6519.03726.652(4)計(jì)算X=x/0.5，其中*為總累計(jì)入滲

21、時(shí)間，可得出不同含水率。對(duì)應(yīng)總總的九值。結(jié)果見表4,然后繪制二者關(guān)系圖，見圖4。表42值計(jì)算表濕潤(rùn)鋒入滲距離x(cm)時(shí)間t(min)t護(hù)，總體積含水率(cm3/cm3)九0016.55000.00043.7830.4130.242610.2830.4230.363820.1330.4420.4831033.1670.3510.6041251.4670.3910.7251485.3830.4130.8461698.1170.3780.96718132.5500.3851.08820165.1670.3301.20822206.6330.3511.32924241.4170.3301.45026

22、273.9170.2671.571圖4含水率e與入的關(guān)系曲線(5)根據(jù)6和九的值，計(jì)算土壤擴(kuò)散率D(9),結(jié)果見表5,然后繪制6和D(9)的關(guān)系曲線，見圖5。表5土壤擴(kuò)散率計(jì)算表（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）0九A0A九AA0A九A0X九A0XXA0D=-丄AXxXA02A0D)0.291.5650.301.5150.010.055.000.311.4600.010.055.505.251.5400.0770.047-0.1220.1220.321.4000.010.066.005.751.4880.0820.128-0.3690.3690.331.3450.010.055.505.751.4300.0860.214-0.6160.6160.341.2800.010.066.506.001.3730.0750.290-0.8690.8690.351.2200.010.066.006.251.3130.0850.375-1.1721.1720.361.1500.0