农水课程实验指导.docVIP

室内非饱和土壤渗吸实验 相关知识点 在地面形成一定水层的入渗称为有压入渗，对于均质土的入渗强度，菲利普根据严格的数学推导，求得为： （1） 式中：为时刻的入渗；S为与土壤初始含水率有关的特性常数，称为吸水率；为稳定入渗，即饱和土壤渗透系数。 式（1）表明：在入渗初期， 较小时，值比较大，此时，随着入渗时间增加，逐渐减小，值足够大，。 考斯加可夫根据野外实测资料的分析，发现入渗强度（渗吸速度）与时间呈指数关系，其形式为： （2） 式中：为第一个单位时间的人渗强度；a为反映土壤性质与人渗初始时土壤含水率的经验常数。 饱和与非饱和土壤水运动均服从达西定律，所不同者，在饱和情况下，认为渗透系数是常量；而在非饱和情况下，渗透系数是变量，其值随土壤含水率而异，含水率愈低，渗透系数愈小。 入渗初期，表土首先被湿润，湿锋逐渐向下部土层推进。表土处，水力坡降近似地写成差分形式为： （3） 式中：a为土表面水层的厚度，h为处的压力势（对于非饱和土壤，其水势为土壤基质势，为负值）入渗初期，土壤远未饱和，仍具有较大的吸力，即h为较大的负值，水力坡降J远大于1，因而值较大，随着表土含水率的增大，土壤吸力减小，值也随之减小，在吸力为零时，J≈1，此时的人渗速度即接近土壤的饱和渗透系数K值。由于水流的运动方向是垂直向下，因而所测得的渗透系数为垂向渗透系数值。 实验目的 观土壤入渗过程，包括累积入渗量和湿润峰变化规律； 测定渗吸速度随时间变化规律； 根据土壤渗吸速度公式，通过实验资料土壤水分运动参数； 熟悉相关实验装置的工作原理及测试方法。 实验任务与要求 1. 实验任务 模拟在2cm积水入渗条件下，一维土柱垂直入渗规律掌握维土柱垂直测定土壤渗透系数的方法，数据整理与计算分析方法。2. 实验要求 1 试验土柱装土均匀； 2 积水水头为2cm，变幅不超过±0.5cm 3 利用实测入渗资料，推求渗吸速度与时间关系的经验公式； 了解及量水技术。 实验设备和装置 有机玻璃土柱个，直径4.5cm，长度19cm；马氏瓶个；支架个，固定马氏瓶；秒表只，止水夹个，量杯个，橡胶管段。整个装置见图1所示。 法和步骤 1. 实验方法：采用一维垂直土柱入渗法测定。 2. 试验步骤 1 装土：土样按要求容重分层装入土柱。为使装土均匀，土样应分层填装，每装一层，用橡皮锤捣实，表面刮毛，再装下一层；每次填土厚度3cm，共填装5次。 2 准备积水：根据土柱表面拟控制的水层厚度及土柱直径计算出需蓄水体积，准备相应水量于量杯中待用。 3 马氏瓶装水：了解马氏瓶工作原理，通过马氏瓶下部进水孔向瓶内装水。 4 调整马氏瓶：调整马氏瓶位置，使进气管口高度位于土样表面拟控制水位处，将其固定于支架上；打开马氏瓶下部进水孔橡胶管，使内外压力平衡；通过橡胶管上的止水夹关闭马氏瓶，并记下原始读数。 4 开始入渗：各项工作准备就绪后，将备于量杯中的水倒入土柱（动作要轻，以防冲动土样）后，立即打开马氏瓶止水夹，同时开始计时，实验即正式开始。 5 记录：在初始时入渗速度快，一般每10秒记录马氏瓶水位读数、测定土壤湿润峰位置及相应时间。以后随入渗速度减小，读数间隔可逐渐加大。实验至入渗锋距离底部5-10cm时即可停止。记录格式见表1。 表1 实验资料记录表 时间 水位刻度（cm） 累积入渗量I（cm） 渗吸速度i （cm/min） 湿润峰距离F（cm） 入渗时刻 入渗时间（min） 备注：第一行在水位刻度处应填入试验开始时马氏瓶初始水位读数。注意事项 1 装土时每次填土厚度、捣实次数及用力程度要一致，以保证装土均匀； 2 将量杯中的水倒入土柱时，动作要轻，以防冲动土样，可以事先在土样表层放一张与土柱直径相等的滤纸； 3 倒水的同时按下秒表，因此需要多人配合； 4 读数记录都要准确无误，发现异常情况，要及时与老师或实验室有关人员联系。 实验成果分析处理 1. 根据菲利普公式，计算吸水率S和稳定入渗率if。 1 将实验值i，t点绘于方格纸上，当入渗率随时间变化很小时的入渗率即为稳定入渗速度if。 2 由实验初期资料求S值，两种方法分别为： a 由初期入渗量i求S。由图1–2可见，实验初期i很大，远远大于if；因而将if忽略不计，对菲利普公式取对数，得；所以将初期资料i~t点绘于双对数纸上，通过点群作一斜线如图1–3所示。直线截距，则S 2D。 b 由初期入渗量I求S。根据初期累积入渗量I和相应入渗时段t，得S，计算公式为。 图 1–2 图1–3 2. 由考斯可加夫公式求i1和α值。 对考斯可加夫公式取对数，得， i、t点绘在双对数纸上是一条直线如图1–4所示。则直线斜率即为α值，在t 1时的截距即为i1。 思考题 1. 马氏瓶维持水位工作原理是什么？ 2.