土地工程.室外试验及模型模拟试验方法.docVIP

第三章土地工程的实验与试验 土地工程技术是土地工程科学合理实施的必要基础，而土地工程的实验与试验即为工程技术研发而服务的，为土地工程实践提供理论指导和技术支撑，进而提高土地利用效率，促进土地有效利用和可持续利用。通常土地工程技术研究以与土地工程相关的水土理化性质为载体，通过对比和分析，研究获取土地工程技术。土地工程技术研究是土地工程研究的重要内容，与其他学科相似，土地工程技术研究的方法包括室内实验分析、室外试验以及模型模拟实验等。 第二节室外试验及模型模拟实验方法 一、室外试验方法 (一）试验设计 试验设计是属于一般研究方法中的科学试验方法的范畴，它是由试验方法与数学方法，特别是统计方法相互交叉而形成的一门科学。试验设计自20世纪20年代问世至今，其发展大致经历了三个阶段:早期的单因素和多因素方差分析，传统的正交试验法和近代的调优设计法。 科学试验主要步骤大致可分为三个阶段，①试验设计阶段，主要包括选题、设计实验方案、准备试验材料和环境。②试验实施阶段，主要包括按照计划进行试验，准确进行试验操作，保证试验的一致性，观察试验结果，收集数据。③试验分析阶段，主要有检查核对试验数据、进行统计分析、解释试验结果、做出科学结论、总结试验，为今后的研究及生产提供科学依据(杨德，2002)。 试验设计的主要内容包括以下五个方面，①明确试验目的：首先提出研究的问题，确定研究的对象和目标，然后分析问题的因果关系，并推测问题的解决方法。②初拟实验计划:根据试验需解决的问题及途径，就可确定试验类型、试验单元、抽样单元、测量单元，初步拟定试验方案。③挑选试验设计:根据试验的处理因子、干扰因子等条件，挑选精度较高的试验设计。④计划抽样分析:感觉试验设计，确定具体的抽样及观察方法，以及数据分析方法。⑤制定试验计划及实施方案:制定试验技术及实施方案时，需要做到严密细致周到并要利于操作人员使用(杨德，2002)。 （二）试验监测 试验设计完成后，需要对试验进行监测，以收集试验数据，进行试验分析。不同的专业学科的试验监测方式多样，一般来说，根据监测位置分为原位监测和异位监测，原位监测即在试验场原地进行数据获取，异位监测主要是指将试验小区的采集样品带回实验室监测。根据监测周期可以分为周期性监测以及实时监测，周期性监测即指固定测定周期进行数据采集，如以一个周为一个周期;而实时监测是指对试验进行实时的数据测定。严格来说，实时监测是周期非常小的自动化周期监测，往往可以设定自动采集数据的周期以分乃至秒为单位。土地工程中几种原位监测常用的方法简述为如下三个： （1）便携式仪器原位测定。越来越多的水土性质可以通过便携式仪器进行原位测定，如采用便携式盐分计及pH计对盐碱土的改良进行原位监测。为了不破坏试验体的完整性，无创式测定也成为原位测定的新潮流，如利用电磁感应仪，只需要在地表测定大地的表观电导率即可反映土地的盐碱状况。 （2）采集样品现场测定。对于必需样品才能测定的指标，如土地的肥力状况，将养分速测仪器带至试验场地，在现场采集样品，使用养分速测仪测定，快速获取试验数据。 （3）实时在线监测。实时在线监测相对成本较高，但能自动获取连续时段的监测数据。对于土地工程方面的试验，一般可以将监测探头置于土地，然后通过有线或无线的方式与数据采集器及计算机连接，实现数据的自动采集。 二、模型模拟实验方法 (一）物理模型模拟方法 物理模型模拟方法是以模型与原型之间的相似为基础的一种模拟实验方法，其理论夸基础是相似理论，借助与原型相似的物质模型，间接地研究客体原型的一种特殊研究方法。 土地工程一般投资都比较大，所以实施方案的确定需要科学合理，在达到工程目的的同时应避免资金和资源的浪费。为制定科学的土地工程技术方案，除了需要进行大量的实验或试验外，还需要参照土地工程项目区实际的地形、地貌及土地性质等概况，通过按比例缩小模拟项目区，建立模型，将拟定的土地工程技术在模型上加以实施，以试验土地工程技术效果。 以白龙涧旧河道荒石滩地整治工程项目为例，为研究旧河道荒石滩地整治中最优化客土厚度及其稳定性，建立河道与田块1 : 100比例的水工物理模型，在旧河道已有沙砾地层上进行不同客土厚度、不同作物种植试验分析，根据作物的生长和产量，确定科学合理的土层厚度。 该模型试验装置分为模拟河道、灌溉渠、试验田和观测通道4个部分（图3-1)。建立一个人工模拟河道，布设6块试验田，每块试验田面积为2mX4m，共占地48m2 (图3-2): 根据立地条件，考虑光照、微地形等因素的均一性，6块田采取自东向西“一”字形布设。 通常土壤耕作层深度为30?40cm，因此试验田设计将覆黄土厚度分别设为30cm、40cm、 50cm、60cm、80cm和100cm(图3-3)，