(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911034502.5
(22)申请日 2019.10.29
(71)申请人 兰州理工大学
地址 730050 甘肃省兰州市七里河区兰工
坪路287号兰州理工大学
(72)发明人 范严伟 马天花 王延祥 朱鹏程
朱春燕 邵晓霞 魏虎军
(74)专利代理机构 成都正华专利代理事务所
(普通合伙) 51229
代理人 肖芳
(51)Int.Cl.
G01N 15/08(2006.01)
G01N 33/24(2006.01)
(54)发明名称
及其测量方法
(57)摘要
本发明公开了一种测量原状土饱和导水率
的圆筒入渗仪及其测量方法，圆筒入渗仪包括圆
筒、顶板、隔板、排气管和出水管，顶板密封安装
在圆筒的一端顶部，隔板密封安装在圆筒的另一
端上部，排气管的一端穿设于顶板，排气管的另
一端与隔板连接，排气管上开设有通气孔，出水
管贯穿安装于隔板上，排气管的管口安装有排气
阀，出水管的管口安装有止水阀，顶板上设有进
水口和橡胶塞，圆筒的底端安装有透水垫，圆筒
的侧壁设有刻度尺，该入渗仪结构简单，能快捷、
准确地测定原状土饱和导水率，以解决现有测定
导水率装置操作繁琐及准确率不高的问题，该测
量方法的计算结果不受过多因素的干扰，避免了
多种数据掺杂导致导水率K s 的计算结果精度偏
差过大的现象。权利要求书2页 说明书7页 附图4页CN 110595984 A 2019.12.20
C N 110595984
A
1.一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪，其特征在于：包括圆筒(1)、顶板(2)、隔板(3)、排气管(4)和出水管(5)，所述顶板(2)密封安装在所述圆筒(1)的一端顶部，所述隔板(3)密封安装在所述圆筒(1)的另一端上部，所述排气管(4)的一端穿设于所述顶板(2)，所述排气管(4)的另一端与所述隔板(3)连接，所述排气管(4)上开设有通气孔(6)，所述出水管(5)贯穿安装于所述隔板(3)上，所述排气管(4)的管口安装有排气阀(401)，所述出水管(5)的管口安装有止水阀(501)，所述顶板(2)上设有进水口(7)，所述进水口(7)处设有与进水口(7)配合的密封橡胶塞(8)，所述圆筒(1)的底端安装有透水垫(9)，所述圆筒(1)的侧壁设有刻度尺(10)。
2.根据权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪，其特征在于：所述进水口(7)的直径为2.4～2.8厘米。
3.根据权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪，其特征在于：所述排气管(4)和出水管(5)的直径均为0.5～0.8厘米。
4.根据权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪，其特征在于：所述通气孔(6)与所述隔板(3)之间的距离为0～0.5厘米，所述隔板(3)与所述圆筒(1)底端之间的距离为2～2.5厘米。
5.一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪的测量方法，其特征在于，采用权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪进行测量，包括如下步骤：
S1、检查圆筒入渗仪的气密性：打开排气管(4)的排气阀(401)，关闭出水管(5)的止水阀(501)，向圆筒(1)内注满水后关闭排气阀(401)，打开止水阀(501)，观察水位变化；
S2、选择测试点安装入渗仪：去除测试点地表植被及石头，整平地面，将气密性良好的盛水圆筒入渗仪竖直安装在测试点；
S3、记录不同质地土壤的入渗实验数据：打开排气管(4)的排气阀(401)，记录不同时刻圆筒(1)水位高度数据，直至稳定入渗阶段； S4、建立原状土饱和导水率K s的稳态模型：根据实验数据绘制圆筒(1)内水的减少量与时间的关系曲线，根据曲线的斜率计算得到稳定入渗阶段斜率值，分析数据建立稳态模型：
其中，K s为原状土饱和导水率，D为圆筒直径，ΔW为圆筒内水的减少量，Δt为时间间隔，
为曲线斜率；
S5、计算土壤饱和导水率计算值K s：根据实验数据和稳态模型计算得到土壤饱和导水率计算值K s。
6.根据权利要求5所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪的测量方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：
所述圆筒(1)内注满水后，关闭排气管(4)的排气阀(401)并打开止水阀(501)，静止一段时间后观察筒内水位是否能保持恒定，若水位保持恒定则表示圆筒入渗仪气密性良好。
7.根据权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪的测量方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
把圆筒(1)竖直放在测试点的平整地面上，外围用土掩埋压实。
8.根据权利要求1所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪的测量方法，其特征在于：所述步骤S4中建立稳态模型具体为：
S410、依据水量平衡原理，进入土壤中的水量等于圆筒(1)内水的减少量，得到的水量平衡公式：
ΔI＝ΔW
其中，ΔI为进入土壤中的水量，ΔW为圆筒(1)内水的减少量；
S420、计算圆筒内水的减少量ΔW：观察圆筒(1)内水位变化的刻度数值计算ΔW：
其中，D为圆筒(1)直径，X1和X2分别为不同时间水位的刻度尺读数；
S430、绘制圆筒内水的减少量与时间的关系曲线：分析关系曲线的斜率原状土饱和导水率K s和圆筒(1)直径D之间的关系，推导得到关系式并建立稳态模型：
一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪及其测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及土壤水动力学参数测量技术领域，具体涉及一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪及其测量方法。
背景技术
[0002]土壤入渗性能是土壤的固有属性，其与土壤侵蚀、水土流失、作物灌溉管理及溶质运移等方面密切相关。很多学者认为土壤入渗性能的测量是土壤性质的指示器，土壤饱和导水率K s既是反映土壤透水性能的定量指标，也是渗流计算中必不可少的物理参数。通常K s 不能由计算得出，只能通过试验测定，其测定方法可分为室内试验和现场试验两大类。室内试验简单易做，但由于取样时不可避免的扰动，
一般很难获得具有代表性的原状土样，尤其是砂土等粗粒土，故所得的K s往往不能很好地反映原状土的实际透水性能。现场试验比室内试验所得的K s数据准确，但现场测定K s仍是土壤水动力学研究中的一大难题，目前比较成功的方法是双环法和圆盘法。双环法是利用双环入渗仪，基于达西定律测定K s的一种方法，试验时，敲击入渗环入土，分别对内环及内外环之间的环形空间加水，保持内环与外环渗漏筒内水位恒定、高度一致，内环用以测定恒定水头下的入渗，内外环之间的环形空间作为缓冲带以防止入渗水的水平扩散。该方法在敲击入渗环入土过程中产生震动，容易造成环、土分离，出现缝隙，破坏原状土壤结构，导致测量结果往往偏大。圆盘法是利用圆盘入渗仪，基于负压入渗原理测定Ks的一种方法，试验时，首先，需平铺细沙以保持盘底与土壤良好接触；其次，需调节负压水头以满足负压入渗条件；最后试验结束，快速移开圆盘入渗仪，提取表层土壤，测定土壤含水率；由此可见，圆盘法试验设计较复杂，实际操作又较繁琐，因此，寻求一种相对简单、快捷、准确的方法测定原状土饱和导水率已成为亟待解决的问题。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪及其测量方法，能简单、快捷及准确地测定原状土饱和导水率，以解决现有的现场测定导水率装置的操作繁琐及准确率不高的问题。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪，包括圆筒、顶板、隔板、排气管和出水管，所述顶板密封安装在所述圆筒的一端顶部，所述隔板密封安装在所述圆筒的另一端上部，所述排气管的一端穿设于所述顶板，所述排气管的另一端与所述隔板连接，所述排气管上开设有通气孔，所述出水管贯穿安装于所述隔板上，所述排气管的管口安装有排气阀，所述出水管的管口安装有止水阀，所述顶板上设有进水口，所述进水口处设有与进水口配合的密封橡胶塞，所述圆筒的底端安装有透水垫，所述圆筒的侧壁设有刻度尺。
[0006]进一步地，所述进水口的直径为2.4～2.8厘米。
[0007]进一步地，所述排气管和出水管的直径均为0.5～0.8厘米。
[0008]进一步地，所述通气孔与所述隔板之间的距离为0～0.5厘米，所述隔板与所述圆
筒底端之间的距离为2～2.5厘米。
[0009]一种测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪的测量方法，采用所述的测量原状土饱和导水率的圆筒入渗仪进行测量，包括如下步骤：
[0010]S1、检查圆筒入渗仪的气密性：打开排气管的排气阀，关闭出水管的止水阀，向圆筒内注满水后关闭排气管的排气阀，打开止水阀，观察水位变化；
[0011]S2、选择测试点安装入渗仪：去除测试点地表植被及石头，整平地面，将气密性良好的盛水圆筒入渗仪竖直安装在测试点；
[0012]S3、记录不同质地土壤的入渗实验数据：打开排气管的排气阀，记录不同时刻圆筒水位高度数据，直至稳定入渗阶段；
[0013]S4、建立原状土饱和导水率K s的稳态模型：根据实验数据绘制圆筒内水的减少量与时间的关系曲线，根据曲线的斜率计算得到稳定入渗阶段斜率值，分析数据建立稳态模型：
[0014]
[0015]其中，K s为原状土饱和导水率，D为圆筒直径，ΔW为圆筒内水的减少量，Δt为时间间隔，为曲线斜率；
[0016]S5、计算土壤饱和导水率计算值K s：根据实验数据和稳态模型计算得到土壤饱和导水率计算值K s。
[0017]进一步地，所述步骤S1具体为：
[0018]所述圆筒内注满水后，关闭排气管的排气阀并打开止水阀，静止一段时间后观察筒内水位是否能保持恒定，若水位保持恒定则表示圆筒入渗仪气密性良好。
[0019]进一步地，所述步骤S2具体为：
[0020]把圆筒竖直放在测试点的平整地面上，外围用土掩埋压实。
[0021]进一步地，所述步骤S4中建立稳态模型具体为：
[0022]S410、依据水量平衡原理，进入土壤中的水量等于圆筒内水的减少量，得到的水量平衡公式：
[0023]ΔI＝ΔW
[0024]其中，ΔI为进入土壤中的水量，ΔW为圆筒内水的减少量；
[0025]S420、计算圆筒内水的减少量ΔW：观察圆筒内水位变化的刻度数值计算ΔW：
[0026]
[0027]其中，D为圆筒直径，X1和X2分别为不同时间水位的刻度尺读数；
[0028]S430、绘制圆筒内水的减少量与时间的关系曲线：分析关系曲线的斜率原状土饱和导水率K s和圆筒直径D之间的关系，推导得到关系式并建立稳态模型：
[0029]
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