土壤入渗理论和研究方法

2022-05-10 14:11:20 点将科技 17

入渗是指自然降水或人为给水后地表水分进入土壤的过程,是自然界水循环中的重要环节。土壤入渗性能是土壤的固有属性,在入渗过程中,土壤入渗率随着时间的推进不断降低,最后趋于稳定,达到稳定入渗率。土壤的稳定入渗率与土壤饱和导水率相等或者相近。土壤饱和导水率是土壤在饱和状态下,单位时间内通过单位面积的水量,反映了土壤入渗性能和导水能力,其大小直接影响地表径流量和土壤水分分布特征。土壤饱和导水率受土壤密度及孔隙分布特征、土壤质地、有机质含量、植被类型等多个因素共同影响,具有较强的空间变异。

常用指标:

入渗速率 i(Infiltration rate):又称入渗率,单位时间内单位面积入渗到土壤中的水量(mm/min、cm/d)

       1)最初入渗率:指入渗开始时较短时间内的入渗率。

       2) 最后入渗率:指随着时间进展而变成为稳定和较固定的入渗率(实际上与土壤的饱和导水率相等或接近,视水头而定)。

累积入渗量 I(accumulative infiltrometer capacity):在某一时间段,通过单位土壤表面所渗入的总水量。

入渗能力ip(Infiltration capacity):土壤对水的入渗能力,简称入渗能力。

稳定入渗率id(steady infiltrometer):在一般常见条件下最初土壤的入渗率都较快,随着时间和入渗的进展,入渗率逐渐缓慢下来,最后降低到一个比较固定的水平。


土壤饱和导水率的测定方法主要有室内环刀法、圆盘入渗仪法、双环入渗法、Guelph 入渗仪法、Hood 入渗仪等。


环刀法

用环刀取原状土样,浸水后,在单位水压梯度下,根据达西定律,求得通过垂直于水流方向的单位土壤截面积的水流速度,称为土壤的饱和导水率或渗透系数。

双环法

通常采用同心环入渗装置,一般常用的同心环为二同心铁环,内外环中维持同样水层深度,通过记录某一时段的入渗量来计算土壤入渗率的变化过程。

优点:储水量少、设备简易、操作简单、野外携带方便,适于野外试验。

缺点:对对土壤结构产生破坏,有可能会破坏土壤容积,不方便测下层土壤,很难在碎石中使用。

此外,由于双环顶部为开放式(便于读数),在入渗过程中环内水分同时蒸发,造成测量的准确性较差。

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Hood IL-2700自记录土壤入渗仪

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Hood 入渗仪法是一种新型张力式渗透计,是通过负压力来测定土壤饱和导水率,具有省时省力、不扰动土体、读数相对准确等优点,其测定结果最为接近土壤饱和导水率的实际值。主要集中研究在林地、草地、耕地等自然土壤。渗透系数的计算基于WOODING平衡方程(1968)


SW080B张力土壤入渗仪

可测量原位土壤非饱和导水率。入渗仪中的水透过高渗透性的渗透膜渗入土壤中。根据单位时间的入渗量可以测出非饱和导水率和相关的水力特性。渗透膜可换。可以测量不同表面张力下的导水率,张力可以用标配的张力调节管调节。两个张力下的导水率数据就可以根据得到土壤非饱和导水率和表面张力的关系公式了。入渗仪采用人工观测。如果使用压力传感器并连接到数采仪,可以自动记录入渗速率。

 

Guelph入渗仪

Guelph入渗仪是一种以Mariotte原理制作的“定位”入渗仪。该仪器应用恒定水头原理,测定现场原位土壤的渗透系数。测定深度为土壤表层之下15cm~75cm。将入渗仪置于钻孔内,水从入渗仪的储水管径支撑管缓慢流入钻孔并深入土壤中,至某一时刻达到饱和状态,储水管中的水流的下降速度也将达到一个恒定值(可测量出)。根据这些测量数据,以及钻孔直径和钻孔内水位,可以计算出土壤的渗透速率。

Guelph入渗仪

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