大學(xué)土壤水分溶質(zhì)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

土壤水分溶質(zhì)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^水平土柱以及垂直土柱入滲實(shí)驗(yàn)，了解水分的入滲過程、入滲特性，以及用水平土柱入滲法測定土壤水分?jǐn)U散率的方法，利用垂直入滲實(shí)驗(yàn)測定土壤飽和導(dǎo)水率的方法。實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、土壤樣品準(zhǔn)備：樣品風(fēng)干、磨細(xì)、過篩等。2、裝土柱：分層次將一定容重的土壤裝填在土柱中。3、入滲實(shí)驗(yàn)：在土壤入滲過程中，觀測不同時(shí)間土壤濕潤峰的遷移，不同時(shí)間的入滲水量，入滲結(jié)束后測定不同層次土壤含水量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）用EXCEL繪制土壤累積入滲量曲線，土壤入滲速率曲線、濕潤鋒的遷移與時(shí)間的平方根曲線、土壤水分在剖面分布曲線，分析土壤的入滲特性。（2）計(jì)算土壤水分?jǐn)U散率，繪制擴(kuò)散率與含水量曲線。計(jì)算土壤飽和導(dǎo)水率。一、水平土柱入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谑炀氄莆账酵林鼭B法測定非飽和土壤水?dāng)U散率原理的基礎(chǔ)上了解土壤水平入滲特性，確定入滲條件下濕潤鋒x和時(shí)間t之間的關(guān)系，了解入滲條件下土壤累積入滲量曲線以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上,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（e）的關(guān)系，并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求水平土柱（長30cm），是由直徑5cm，厚度為2cm的單環(huán)組裝形成的，土柱裝土土壤為老師事先準(zhǔn)備好的沙壤土，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，觀測不同時(shí)間的累積入滲量以及濕潤鋒的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用烘干法分層測定土壤重量含水率，計(jì)算體積含水率。3、實(shí)驗(yàn)方法與步驟(1)土壤樣品準(zhǔn)備：樣品風(fēng)干，磨細(xì)、過篩(孔徑2mm)；裝土柱：在內(nèi)徑為5cm的水平實(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)容重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2cm高度分層裝入；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；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；水室充滿水后，立即將馬氏瓶加水孔和水平土柱的排氣孔密封，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)，打開秒表開始計(jì)時(shí)，并記下馬氏瓶上的刻度數(shù)；按照先疏后密的原則進(jìn)行連續(xù)觀測，每記下時(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長度分層裝入事先準(zhǔn)備好的的鋁盒中，然后稱重，并放入烘箱進(jìn)行烘干、承重。4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析4.1計(jì)算累計(jì)入滲量和入滲速率水平入滲的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1-1.由馬氏瓶的讀數(shù)，計(jì)算出入滲水量W，除以土柱管的橫截面積，換算為土柱中的累計(jì)入滲量I，繪制累計(jì)入滲量I與時(shí)間t的曲線，見圖1-1，繪制濕潤鋒x與時(shí)間圖的關(guān)系曲線，見圖1-2.表1-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表馬氏瓶內(nèi)徑(cm) 3 土柱內(nèi)徑(cm) 5時(shí)間t(min)水柱刻度馬氏瓶讀數(shù)(ml)入滲水量W(ml)土柱的累計(jì)入滲量1(mm)水柱刻度濕潤鋒x(cm)(mm)差(mm)0.00200014.1400.005.883010121.217.073.608.47344224.049.905.04

18.404511331.8117.679.0023.3048.43.4434.2120.0710.2228.9053.34.9537.6823.5411.9935.08584.7641.0026.8613.6845.35646745.2431.1015.8460.9372.58.5851.2537.1118.9085.638613.5960.7946.6523.76115.3298121069.2755.1328.08150.68112141179.1765.0333.12163.9011531281.2967.1534.20191.1012491387.6573.5137.44229.10136121496.1482.0041.76255.67144815101.7987.6544.64279.00150616106.0391.8946.803002796.1348.96330.30164818115.93101.7951.84358.28171719120.88106.7454.36394.37180920127.24113.1057.60428.10187721132.19118.0560.12481.601981122139.96125.8264.08501.82204622.1144.20130.0666.24根據(jù)Philip水平入滲公式（1-1）（1-2）1-1)1-2)I=St1/21-1)1-2)i二1S-1/2

t2式中，1為累計(jì)入滲量，mm；S為土壤吸濕率，不但與土壤特性有關(guān)，且與吸水過程的初始條件和邊界條件有關(guān)，mm/mim/2；t為入滲時(shí)間，min；i為入滲速率，mm/min。我們令t1/2=X，則式（1-1）可改寫為I=SX的線性方程，將t1/2帶入式中，得到時(shí)間與累計(jì)入滲量的擬合曲線，見圖1-3,其斜率即為土壤吸濕率S，S=2.81（mm/mins），再由式（1-2）計(jì)算入滲速率it，用入滲速度it及累計(jì)入滲量I與時(shí)間t的關(guān)系描述該土壤的入滲規(guī)律，見圖1-4。m量深入0.0090.00)m80.0070.0060.0050.00計(jì)40.0030.0020.0010.000.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00時(shí)間t(min)圖1-1累計(jì)入滲量I與時(shí)間t的關(guān)系曲線0.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00時(shí)間t(min)圖1-2濕潤鋒x與時(shí)間圖的關(guān)系曲線70.00滲入計(jì)累60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00y=2.8092xR2=0.9881曰實(shí)測點(diǎn)0.005.0010.0015.0020.0025.00時(shí)間tA1/2(minA1/2)0.700.60)n0.50mmm0.40t-0.30率速0.20滲入0.100.000.00入滲速率it?累計(jì)入滲量I200.00 400.00時(shí)間t(min)60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00600.00mm{量滲入計(jì)累圖1-4it—t與l—t關(guān)系曲線圖4.2計(jì)算土壤水?dāng)U散率D3)根據(jù)式(1-3)計(jì)算土壤的體積含水率，計(jì)算結(jié)果見表1-2.1-3)e=mw—代xpX100%

ms1-3)s式中：e為土壤體積含水率，％；m為土壤濕重，g;m為土壤干重，g；pwss為土壤容重，1.3g/cm3.表1-2土壤體積含水率分布鋁盒重量土壤鮮重+鋁盒土壤干重+鋁盒體積含水率序號(g) (g) (g) (%)112.5936.2629.8150.57212.8641.8333.9050.90312.7535.0228.8451.80412.9041.7834.0649.26512.4738.6031.7148.32612.3244.2435.9747.18712.5434.7829.0646.73812.9042.3135.2342.80912.7032.5627.7942.681012.5841.5634.8640.641112.4129.2725.6237.271212.1724.3922.0332.44

1412.2928.1127.772.961-4）根據(jù)式（1-4）計(jì)算不同含水率8對應(yīng)的Boltzmann變換參數(shù)入值。1-4）九二Xt?l/2式中：入為Boltzmann變換參數(shù)，cm/mini/2；x為濕潤鋒，cm；t為入滲時(shí)間，min。由表i-i可知土壤入滲結(jié)束時(shí)間由表i-i可知土壤入滲結(jié)束時(shí)間t為501.82min,對應(yīng)的總t1/2為總?cè)缍藝\，根據(jù)表1-2計(jì)算的土柱體積含水率的分布，按式（1-4）計(jì)算此時(shí)不同含水率8對應(yīng)的入值，計(jì)算結(jié)果見表1-3，繪制土壤體積含水率&和入值的關(guān)系曲線,見圖1-5。表1-3入值計(jì)算表序濕潤鋒入滲結(jié)束時(shí)間t總t1/2體積含水率入x總總8號（cm）（min）（min1/2）（%）（cm/min1/2）10.050.570.0022.050.900.0934.051.800.1846.049.260.2758.048.320.36610.047.180.45712.0501.8222.4046.730.54814.042.800.62916.042.680.711018.040.640.801120.037.270.891222.032.440.981322.123.570.991422.52.961.00

50.00'二亠亠丁丁■ 4J%40.00A率水30.00含積體20.00\?%y=-54.646x2+28.158x+48.132R2=0.7672 氓10.00■0.000.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20X/(cm/mini/2)圖1-5體積含水率e和入值的關(guān)系曲線根據(jù)之前步驟中計(jì)算的土壤體積含水率e和入值，根據(jù)式（1-5）計(jì)算土壤水?dāng)U散率D（e）,計(jì)算結(jié)果見表1-4,繪制土壤水?dāng)U散率D（e）與體積含水率e的關(guān)系曲線，見圖1-6。D(0)二1-5)式中:D（e）為土壤水?dāng)U散率，cm2/min；入為Boltzmann變換參數(shù),cm/mini/2；e為土壤體積含水率，%。由于在一般情況下，e和入的關(guān)系難以表達(dá)成—解析式，故式（1-5）常改寫成差分形式。如表1-4中的第10列。表1-4土壤擴(kuò)散率D（e）計(jì)算表e(%)△△入e(%)△△入e入AX△尢A0 A0Xae0.92.966--------1.120.0.10.023.5736181-1.0521.5421.54-0.98.8-0.-0.-0.32.44571802011.049.2530.790.090.74.8-0.-0.-0.37.27831703030.874.1834.970.4840.640.63.3-0.-0.-0.0.712.4037.370.7240.572.014-0.04-0.04-0.42.68441005050.591.2038.570.880.50.1-0.-0.-0.42.80420105050.540.0638.630.950.33.9-0.-0.-0.46.73232105050.431.6840.321.050.30.4-0.-0.-0.47310.1440.461.140.21.1-0.-0.-0.48.32340706060.260.3040.751.210.10.9-0.-0.-0.49.26740606060.200.1940.941.260.01.6-0.-0.-0.50.90641106060.110.1941.131.310.00.9-0.-0.-0.51.80000607070.030.0341.161.36(注：表中第2列入的值，可根據(jù)體積含水率e和入的擬合曲線求出)y=2.70391n(x)-9.2901R2=0.99230.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00體積含水率0y=2.70391n(x)-9.2901R2=0.99230.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00體積含水率0(%)0.0025.00圖1-6土壤水?dāng)U散率D(e)與體積含水率e的關(guān)系曲線5、