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土壤入滲理論和研究方法

2022-05-10 14:11:20 點(diǎn)將科技 670

入滲是指自然降水或人為給水后地表水分進(jìn)入土壤的過程,是自然界水循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)。土壤入滲性能是土壤的固有屬性,在入滲過程中,土壤入滲率隨著時(shí)間的推進(jìn)不斷降低,最后趨于穩(wěn)定,達(dá)到穩(wěn)定入滲率。土壤的穩(wěn)定入滲率與土壤飽和導(dǎo)水率相等或者相近。土壤飽和導(dǎo)水率是土壤在飽和狀態(tài)下,單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的水量,反映了土壤入滲性能和導(dǎo)水能力,其大小直接影響地表徑流量和土壤水分分布特征。土壤飽和導(dǎo)水率受土壤密度及孔隙分布特征、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、植被類型等多個(gè)因素共同影響,具有較強(qiáng)的空間變異。

常用指標(biāo):

入滲速率 i(Infiltration rate):又稱入滲率,單位時(shí)間內(nèi)單位面積入滲到土壤中的水量(mm/min、cm/d)

       1)最初入滲率:指入滲開始時(shí)較短時(shí)間內(nèi)的入滲率。

       2) 最后入滲率:指隨著時(shí)間進(jìn)展而變成為穩(wěn)定和較固定的入滲率(實(shí)際上與土壤的飽和導(dǎo)水率相等或接近,視水頭而定)。

累積入滲量 I(accumulative infiltrometer capacity):在某一時(shí)間段,通過單位土壤表面所滲入的總水量。

入滲能力ip(Infiltration capacity):土壤對(duì)水的入滲能力,簡(jiǎn)稱入滲能力。

穩(wěn)定入滲率id(steady infiltrometer):在一般常見條件下最初土壤的入滲率都較快,隨著時(shí)間和入滲的進(jìn)展,入滲率逐漸緩慢下來,最后降低到一個(gè)比較固定的水平。


土壤飽和導(dǎo)水率的測(cè)定方法主要有室內(nèi)環(huán)刀法、圓盤入滲儀法、雙環(huán)入滲法、Guelph 入滲儀法、Hood 入滲儀等。


環(huán)刀法

用環(huán)刀取原狀土樣,浸水后,在單位水壓梯度下,根據(jù)達(dá)西定律,求得通過垂直于水流方向的單位土壤截面積的水流速度,稱為土壤的飽和導(dǎo)水率或滲透系數(shù)。

雙環(huán)法

通常采用同心環(huán)入滲裝置,一般常用的同心環(huán)為二同心鐵環(huán),內(nèi)外環(huán)中維持同樣水層深度,通過記錄某一時(shí)段的入滲量來計(jì)算土壤入滲率的變化過程。

優(yōu)點(diǎn):儲(chǔ)水量少、設(shè)備簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)單、野外攜帶方便,適于野外試驗(yàn)。

缺點(diǎn):對(duì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,有可能會(huì)破壞土壤容積,不方便測(cè)下層土壤,很難在碎石中使用。

此外,由于雙環(huán)頂部為開放式(便于讀數(shù)),在入滲過程中環(huán)內(nèi)水分同時(shí)蒸發(fā),造成測(cè)量的準(zhǔn)確性較差。

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Hood IL-2700自記錄土壤入滲儀

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Hood 入滲儀法是一種新型張力式滲透計(jì),是通過負(fù)壓力來測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率,具有省時(shí)省力、不擾動(dòng)土體、讀數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),其測(cè)定結(jié)果最為接近土壤飽和導(dǎo)水率的實(shí)際值。主要集中研究在林地、草地、耕地等自然土壤。滲透系數(shù)的計(jì)算基于WOODING平衡方程(1968)


SW080B張力土壤入滲儀

可測(cè)量原位土壤非飽和導(dǎo)水率。入滲儀中的水透過高滲透性的滲透膜滲入土壤中。根據(jù)單位時(shí)間的入滲量可以測(cè)出非飽和導(dǎo)水率和相關(guān)的水力特性。滲透膜可換??梢詼y(cè)量不同表面張力下的導(dǎo)水率,張力可以用標(biāo)配的張力調(diào)節(jié)管調(diào)節(jié)。兩個(gè)張力下的導(dǎo)水率數(shù)據(jù)就可以根據(jù)得到土壤非飽和導(dǎo)水率和表面張力的關(guān)系公式了。入滲儀采用人工觀測(cè)。如果使用壓力傳感器并連接到數(shù)采儀,可以自動(dòng)記錄入滲速率。

 

Guelph入滲儀

Guelph入滲儀是一種以Mariotte原理制作的“定位”入滲儀。該儀器應(yīng)用恒定水頭原理,測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)原位土壤的滲透系數(shù)。測(cè)定深度為土壤表層之下15cm~75cm。將入滲儀置于鉆孔內(nèi),水從入滲儀的儲(chǔ)水管徑支撐管緩慢流入鉆孔并深入土壤中,至某一時(shí)刻達(dá)到飽和狀態(tài),儲(chǔ)水管中的水流的下降速度也將達(dá)到一個(gè)恒定值(可測(cè)量出)。根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù),以及鉆孔直徑和鉆孔內(nèi)水位,可以計(jì)算出土壤的滲透速率。

Guelph入滲儀

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