一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统及方法，涉及农业水土工程技术领域。所述系统，包括：取样模块，用于对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；样品保存模块，用于利用透明容器存储包含土壤样品的透明有机玻璃土柱，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理；测定模块，用于在根据所述透明有机玻璃土柱上的容量刻度，从所述透明有机玻璃土柱中获取预设体积的测试土壤后，检测所述测试土壤的渗透系数和水分扩散系数。取得了有效保持土壤样品的状态，进而提高所测定的土壤的渗透系数和水分扩散系数准确性的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业水土工程
，具体涉及一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统和一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法。
技术介绍
在农业水土工程
，经常需要进行土壤取样以进行土壤水文过程等相关研究。例如，对于研究土壤水文过程而言，土壤物理参数及其水动力特征参数是重要依据。为了获取土壤物理参数及其水动力特征参数，一般采用原装土取样，实验室测定的方式获得。但是随着地下水的大规模开采，华北平原的地下水位埋深由20世纪70年代的2～15m降至8～30m，局部地区达到了56m。由于深度的增加，土壤受到的土压力也会相应增大，进而使得土壤的水分传输过程中的结构调整受限，从而反过来影响土壤的水分传导等土壤水分特性。因此，为了保证测定的土壤物理参数及其水动力特征参数的准确性，那么在对土壤进行取样的过程中，需要保证采样得到的土壤样品仍然可以维持在相应深度位置时的状态。但是传统的大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法中用以取样的土壤取样装置一般为环刀。而在取土过程中，环刀内的土体由于上下两端没有加压，在进行土壤取样过程中往往，从而使取样得到的土壤相对于原始深度位置会发生膨胀等形变，而且，现有的大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法也无法及时有效地对土壤样品进行加压处理，使土壤样品恢复为大埋深时的状态，进而使测得的土壤渗透系数和水分扩散系数等准确度降低。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统和相应的一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法。根据本专利技术的一方面，提供了一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统，包括：取样模块，用于利用大埋深土壤取样装置对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；样品保存模块，用于利用透明容器存储包含土壤样品的透明有机玻璃土柱，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理；测定模块，用于在根据所述透明有机玻璃土柱上的容量刻度，从所述透明有机玻璃土柱中获取预设体积的测试土壤后，检测所述测试土壤的渗透系数和水分扩散系数；其中，所述取样模块，包括：手柄，为中空结构，在所述手柄的上方以及所述中空结构内设有绞盘；钻头，为中空且下截面开口的圆形筒状结构；其内设有透明有机玻璃土柱；所述透明有机玻璃土柱为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；连接杆，为连接在所述手柄和所述钻头之间的中空结构，内设有两根L型钢丝，所述两根L型钢丝的垂直部分均穿设在所述连接杆中，且顶部穿设在所述手柄的中空结构里，并与其上的绞盘连接，所述两根L型钢丝的水平部分分别设置在所述透明有机玻璃土柱的上下截面位置，用于切割所述透明有机玻璃土柱上下截面的土壤；其中，转动所述绞盘，所述绞盘带动所述L型钢丝的水平部分切割所述透明有机玻璃土柱相应截面的土体。可选地，所述透明有机玻璃土柱上标有容量刻度，且所述容量刻度延所述透明有机玻璃土柱侧面从任一截面向另一截面增加。可选地，所述连接杆包含至少一个通过螺纹连接的子连接杆。可选地，所述保存模块，包括：所述透明有机玻璃土柱和加压器；所述加压器包括透明容器、止水材料和两块透水石；所述透明容器为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；所述透明容器的内径大于等于所述透明有机玻璃土柱的外径；所述透明容器靠近上下截面的内表面存在螺纹，且所述螺纹的总高度与所述有机玻璃土柱的高度之和大于等于所述透明容器的高度；所述止水材料用于在所述透明有机玻璃土柱置于所述透明容器中时，填充所述透明有机玻璃土柱与所述透明容器之间的空隙；所述透水石的外径与所述透明容器的内径相同；所述透水石的环形外表面存在螺纹，一个透水石通过螺纹与所述透明容器的上截面相连，另一个透水石通过螺纹与所述透明容器的下截面相连。可选地，所述保存模块，还包括：压力传感器，用于测量并展示所述透明有机玻璃土柱内土壤样品的真实压力值；当所述真实压力值小于所述预设取样深度对应的理论压力值时，利用所述透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理直至所述真实压力值等于所述理论压力值。依据本专利技术的另一个方面，提供了一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法，包括：利用大埋深土壤取样装置对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；在预设时间内将所述透明有机玻璃土柱从所述钻头中取出并放入透明容器中，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理；根据所述透明有机玻璃土柱上的容量刻度，从所述透明有机玻璃土柱中获取预设体积的测试土壤，并检测所述测试土壤的渗透系数和水分扩散系数；其中，所述大埋深土壤取样装置，包括：手柄，为中空结构，在所述手柄的上方以及所述中空结构内设有绞盘；钻头，为中空且下截面开口的圆形筒状结构；其内设有透明有机玻璃土柱；所述透明有机玻璃土柱为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；连接杆，为连接在所述手柄和所述钻头之间的中空结构，内设有两根L型钢丝，所述两根L型钢丝的垂直部分均穿设在所述连接杆中，且顶部穿设在所述手柄的中空结构里，并与其上的绞盘连接，所述两根L型钢丝的水平部分分别设置在所述透明有机玻璃土柱的上下截面位置，用于切割所述透明有机玻璃土柱上下截面的土壤；其中，转动所述绞盘，所述绞盘带动所述L型钢丝的水平部分切割所述透明有机玻璃土柱相应截面的土体。可选地，所述利用大埋深土壤取样装置对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品的步骤，包括：通过所述钻头侧面的开口将所述透明有机玻璃土柱放入所述钻头内，并利用与所述开口对应的盖板封闭所述开口；通过旋转与所述钻头对应的手柄，将所述钻头深入到所述预设取样深度以采集土壤素材；将所述钻头从土壤中取出，并通过控制对应所述钻头的绞盘旋转以收缩处于钻头内层环形凹槽内的两根钢丝，以切割所述钻头中透明有机玻璃土柱上下截面的土体，得到与所述透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；所述环形凹槽分别位于所述钻头内层对应于所述透明有机玻璃土柱的上下截面位置处。可选地，在所述通过旋转与所述钻头对应的手柄，将所述钻头深入到所述预设取样深度以采集土壤素材的步骤之前，还包括：根据所述预设取样深度，选取相应长度的连接杆连接所述钻头和相应的手柄。可选地，所述在预设时间内将所述透明有机玻璃土柱从所述钻头中取出并放入透明容器中，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理的步骤，包括：在预设时间内将所述透明有机玻璃土柱从所述钻头中取出并放入透明容器中；利用止水材料填充所述透明有机玻璃土柱与所述透明容器之间的空隙；当所述土壤样品超出所述透明有机玻璃土柱时，则通过螺纹控制两个透水石分别移动至与所述透明有机玻璃土柱上下截面相连的位置以对所述土壤样品进行加压。可选地，在所述在预设时间内将所述透明有机玻璃土柱从所述钻头中取出并放入透明容器中的步骤之后，还包括：利用压力传感器测量所述透明有机玻璃土柱内土壤样品的真实压力值；当所述真实压力值小于所述预设取样深度对应的理论压力值时，利用所述透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理直至所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统，其特征在于，包括：取样模块，用于对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；样品保存模块，用于利用透明容器存储包含土壤样品的透明有机玻璃土柱，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理；测定模块，用于在根据所述透明有机玻璃土柱上的容量刻度，从所述透明有机玻璃土柱中获取预设体积的测试土壤后，检测所述测试土壤的渗透系数和水分扩散系数；其中，所述取样模块，包括：手柄，为中空结构，在所述手柄的上方以及所述中空结构内设有绞盘；钻头，为中空且下截面开口的圆形筒状结构；其内设有透明有机玻璃土柱；所述透明有机玻璃土柱为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；连接杆，为连接在所述手柄和所述钻头之间的中空结构，内设有两根L型钢丝，所述两根L型钢丝的垂直部分均穿设在所述连接杆中，且顶部穿设在所述手柄的中空结构里，并与其上的绞盘连接，所述两根L型钢丝的水平部分分别设置在所述透明有机玻璃土柱的上下截面位置，用于切割所述透明有机玻璃土柱上下截面的土壤；其中，转动所述绞盘，所述绞盘带动所述L型钢丝的水平部分切割所述透明有机玻璃土柱相应截面的土体。...

【技术特征摘要】
1.一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定系统，其特征在于，包括：取样模块，用于对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；样品保存模块，用于利用透明容器存储包含土壤样品的透明有机玻璃土柱，并利用分别与所述透明容器上下截面相连的两个透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理；测定模块，用于在根据所述透明有机玻璃土柱上的容量刻度，从所述透明有机玻璃土柱中获取预设体积的测试土壤后，检测所述测试土壤的渗透系数和水分扩散系数；其中，所述取样模块，包括：手柄，为中空结构，在所述手柄的上方以及所述中空结构内设有绞盘；钻头，为中空且下截面开口的圆形筒状结构；其内设有透明有机玻璃土柱；所述透明有机玻璃土柱为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；连接杆，为连接在所述手柄和所述钻头之间的中空结构，内设有两根L型钢丝，所述两根L型钢丝的垂直部分均穿设在所述连接杆中，且顶部穿设在所述手柄的中空结构里，并与其上的绞盘连接，所述两根L型钢丝的水平部分分别设置在所述透明有机玻璃土柱的上下截面位置，用于切割所述透明有机玻璃土柱上下截面的土壤；其中，转动所述绞盘，所述绞盘带动所述L型钢丝的水平部分切割所述透明有机玻璃土柱相应截面的土体。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述透明有机玻璃土柱上标有容量刻度，且所述容量刻度延所述透明有机玻璃土柱侧面从任一截面向另一截面增加。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连接杆包含至少一个通过螺纹连接的子连接杆。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样品保存模块，包括：所述透明有机玻璃土柱和加压器；所述加压器包括透明容器、止水材料和两块透水石；所述透明容器为中空且上下截面开口的圆形筒状结构；所述透明容器的内径大于等于所述透明有机玻璃土柱的外径；所述透明容器靠近上下截面的内表面存在螺纹，且所述螺纹的总高度与所述有机玻璃土柱的高度之和大于等于所述透明容器的高度；所述止水材料填充于所述透明有机玻璃土柱置于所述透明容器中时，所述透明有机玻璃土柱与所述透明容器之间的空隙；所述透水石的外径与所述透明容器的内径相同；所述透水石的环形外表面存在螺纹，一个透水石通过螺纹与所述透明容器的上截面相连，另一个透水石通过螺纹与所述透明容器的下截面相连。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述样品保存模块，还包括：压力传感器，用于测量并展示所述透明有机玻璃土柱内土壤样品的真实压力值；当所述真实压力值小于所述预设取样深度对应的理论压力值时，利用所述透水石对所述透明有机玻璃土柱内的土壤样品进行加压处理直至所述真实压力值等于所述理论压力值。6.一种大埋深土壤渗透系数和水分扩散系数测定方法，其特征在于，包括：利用大埋深土壤取样装置对大埋深土壤进行取样，得到与透明有机玻璃土柱内积一致的土壤样品；在预设时间内将所述透明有机玻璃土柱从所述钻头中取出并放入透明容器中，并利用分别与所述透明容器上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英，龚家国，赵勇，冶运涛，尚毅梓，丁相毅，顾金普，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11