一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法技术

本发明专利技术属于土壤入渗测量领域，具体涉及到一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，用以确定土壤渗透系数。本方法通过改进双环渗透试验，挖开的空间代替传统双环试验外环的作用，确保内环水分严格垂直入渗，突破传统双环试验内环水分侧向入渗的弊端，同时使湿润锋可视。本发明专利技术方法解决了传统双环试验测定渗透系数时无法确保水分垂直入渗的难题，同时，结合获得的湿润锋运移曲线和由传感器数据获得的土体含水率曲线，掌握土体实时入渗信息，进一步开展入渗模型建立等研究。从新角度出发，为土壤入渗测量试验的设计提供新思路，为各类土水力研究，农业灌溉方案调节，地质灾害防治等领域提供更精确的基础研究数据。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法
本专利技术属于土壤入渗测量领域，具体涉及到一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法。
技术介绍
土壤的入渗性能是描述土壤入渗快慢的极为重要的基本物理性质之一，在各类科学研究中，如水文学、环境工程学、生态学、农学、土木工程、水力工程、岩土工程、地质灾害学等领域是最基本的参数之一。土壤入渗性能决定着地表水、土壤水和地下水水资源的分布，对全球或区域水量平衡的计算来说是一个很重要的基础参数；在农田灌溉方案的设计中，尤其是节水灌溉中，要根据该种土壤的入渗性能来确定灌水强度，以及计算由灌溉带入土壤中的污染物浓度等；在与水有关的岩土工程中，计算水库大坝地基稳定性、计算斜坡稳定性、确定泥石流堰塞坝溃决时间等科学研究中，也是非常关键的基础参数。求得更精确的土壤入渗率，有助于更明确的了解水文过程、减少农田土壤污染、节约灌溉水资源、计算土体稳定性以期降低各类地质灾害带来的风险等。双环法是广泛使用的田间测定土壤入渗率的方法。现有研究中对双环法的改进一般是供水系统的改进，如自动读数、自动计量入渗水量等，使得测量过程更加轻松，却没有从根本上提高渗透结果的精确性。经研究，发现外环只能确保试验浅层范围内水分接近一维入渗，却无法使更深范围内水分也呈一维状态入渗。且即水分入渗超过双环贯入深度后，内、外环的入渗会互相影响。外环水分流入内环的垂直入渗区，会造成内环入渗率偏低。双环入渗仪由两个环组成，分别为外环和内环。在试验地区拟定的测试土壤中，开挖试坑。两个环呈同心相互套嵌，砸入所测土壤，使环口水平，插入土壤中；在环底部土体上均匀铺细沙作过渡层，以减少水体对土表的冲刷，向两环注水至满；安放支架，将两个5000ml的供水瓶加水，通过支架，分别倒放在内外环水面位置。供水瓶斜口和进气口插入水面以下，且在同一高度；打开橡皮塞，调节供水瓶出水量，由供水瓶控制，使内外环水位保持不变；记录渗水开始时间及供水瓶的水位，开始试验时记录的时间间隔短，随试验进行，可适当增长记录时间间隔。根据记录的供水瓶水位的下降高度及其对应时间，通过对应公式计算渗透系数。此试验中，外环的作用是防止内环下渗水流的侧渗，尽量使内环的水分接近一维入渗。
技术实现思路
为了克服传统双环试验外环无法确保内环水分垂直一维入渗和无法确定湿润锋深度的不足，本专利技术提供一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，外环由开挖后的空间代替，挖开的空间使得湿润锋可视，可以直接测量湿润锋运移的深度，此外，可在土柱侧壁安装土壤体积含水率传感器和基质吸力传感器等传感器。本方法提高了多个学科科学研究中基础数据--土体入渗系数的精度，为土壤入渗测量实验的设计提供新思路，提高了水文学、农学、灾害学等多研究领域的基础数据的精度。同时，结合获得的湿润锋运移曲线和由传感器数据获得的土体含水率曲线，掌握土体实时入渗信息，进一步开展入渗模型建立等研究。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下所述：一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，包括，S1、对测试土体进行双环试验，挖空外环土体，形成独立土柱；S2、在土柱上方嵌入内环，在土柱侧壁安装传感器组合；S3、在内环内通过马氏瓶注水，记录马氏瓶水位下降量和时间；S4、内环水分入渗形成湿润锋，连续记录湿润锋数据；S5、根据传感器组数据获得水分入渗信息；S6、通过湿润锋数据和入渗信息生成模型。所述土柱直径为30cm～120cm，且内环直径小于土柱直径，差值小于5％。所述马氏瓶的进气口与出水口安装于内环内壁，且保持进气口与出水口在同一平面。所述内环通过马氏瓶注水过程中，内环水位保持不变。所述土柱侧面平行设置有软尺，通过软尺读取湿润锋的运移深度。所述传感器组为布设在土柱侧壁的水分类传感器和压力类传感器。所述生成的模型包括经验类模型、具有物理基础的以Green-Ampt为代表的入渗模型。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过改进的双环渗透试验，通过改进，有三点明显区别于普通双环试验的优势。(1)传统双环试验的外环只能控制测定区域表面约30cm的水分垂直入渗，而无法确保更深部分土体的一维入渗，更深部分水分会进行侧向流。挖开的空间代替传统双环试验的外环，确保渗入土体的水严格按照一维渗流，避免了内环水侧向流动对试验结果带来的误差；(2)传统的获得湿润锋运移速率的方法均为室内土柱试验，扰动的重塑土使得试验结果与天然原状土的湿润锋运移有极大的差距。真实准确的湿润锋在渗流计算当中是一个非常关键的因素，如在湿润锋前进法计算渗透速率曲线、Green-Ampt模型计算饱和渗透系数等研究中的应用；(3)水分传感器采集的数据可以明确得知土体含水量分布情况，在各类水力计算中是一个很重要的参数。本次的双环改进试验花费经费少，所需试验时间和传统双环试验接近，获得的结果精度更高，也可在试验中引入其他包括但不限于水分传感器的其他水土力传感器，为水文学、农学、灾害学等相关领域的研究提供了更准确的基础数据。附图说明图1为本专利技术实施例渗透系数与时间关系曲线；图2为本专利技术实施例湿润锋与时间关系曲线；图3为本专利技术实施例采集的水分传感器数据；具体实施方式下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本专利技术的技术方案：实施例1本专利技术提供了一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，包括以下步骤：步骤一：在野外选定需要测试的土体，在选定区域开挖一直径为2m左右的试坑，清除表层土壤，以避免根系通道等产生的扰动，在试坑内开挖形成一直径为1m，高为1.6m的土柱。步骤二：在土柱上方嵌入内环钢圈，形成内环水槽，钢圈周围内外用膨胀土密封，使钢圈与土柱紧密接触，在钢圈内部土体表面铺设细沙作为缓冲层。步骤三：在土柱侧壁钉三条软尺，方便观察测定湿润锋运移的深度，在土柱侧壁安装若干水分传感器和压力传感器。水分传感器和压力传感器的位置分别为位于土柱上表面以下10cm，30cm，50cm,70cm,110cm,150cm处。步骤四：将马氏瓶进气口管与出水孔管与钢圈内部相连，且两管处于同一高度，在钢圈中注入水，高度为10cm，调节马氏瓶，使得钢圈内部水位不变；步骤五：开始试验时，每隔5min记录一次湿润锋的位置和马氏瓶中消耗的水量，随着试验进行，适当延长记录间隔，当单位时间内马氏瓶中消耗的水量稳定时，即可停止试验。试验停止后，采集含水率数据。根据达西定律，对记录的时间t、马氏瓶消耗的水量Q进行计算。kT是土壤渗透系数，Ah是钢圈的面积。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，其特征在于，包括，/nS1、对测试土体进行双环试验，挖空外环土体，形成独立土柱；/nS2、在土柱上方嵌入内环，在土柱侧壁安装传感器组合；/nS3、在内环内通过马氏瓶注水，记录马氏瓶水位下降量和时间；/nS4、内环水分入渗形成湿润锋，连续记录湿润锋数据；/nS5、根据传感器组数据获得水分入渗信息；/nS6、通过湿润锋数据和入渗信息生成模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，其特征在于，包括，
S1、对测试土体进行双环试验，挖空外环土体，形成独立土柱；
S2、在土柱上方嵌入内环，在土柱侧壁安装传感器组合；
S3、在内环内通过马氏瓶注水，记录马氏瓶水位下降量和时间；
S4、内环水分入渗形成湿润锋，连续记录湿润锋数据；
S5、根据传感器组数据获得水分入渗信息；
S6、通过湿润锋数据和入渗信息生成模型。


2.根据权利要求1所述的一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，其特征在于，所述土柱直径为30cm～120cm，且内环直径小于土柱直径，差值小于5％。


3.根据权利要求1所述的一种改进的确保内环水分垂直入渗的双环渗透试验方法，其特征在于，所述马氏瓶的进气口与出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建花，曾润强，姚云琦，孟兴民，孟祥沛，王鸿，尹海龙，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62