滲透桶法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率的改進(jìn)

1、【灌溉·供水】滲透桶法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率的改進(jìn)劉亞敏1，程林2（1河北工程大學(xué)水電學(xué)院，河北邯鄲056021；2黃河水利職業(yè)學(xué)院水文水資源系，河南開(kāi)封475004）摘要：滲透桶法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率所需儀器少、價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單，但工作繁雜、精度不高，為了減少工作量，提高試驗(yàn)精度，基于馬氏瓶定水頭供水原理，對(duì)滲透桶法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后可明顯減小工作強(qiáng)度、提高試驗(yàn)精度，不僅能測(cè)定土壤的飽和導(dǎo)水率，還能測(cè)定土壤孔隙水的流速。關(guān)鍵詞：滲透桶法；土壤飽和導(dǎo)水率；馬氏瓶中圖分類(lèi)號(hào)：S1527文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi ：103969/jissn1000-1379201108037Improvement

2、of Saturated Soil Hydraulic Conductivity Measuredby Using Method of Permeating BucketLIU Ya-min 1，CHENG Lin 2（1Institute of Water Resources and Electric Power ，Hebei Engineering University ，Handan 056021，China ；2Hydrological and water Resources Department ，Yellow River Conservancy Technical Institut

3、e ，Kaifeng 475004，China ）Abstract ：The method of measuring saturated soil hydraulic conductivity by using permeating bucket is easy and simple and the instrument is cheap ，but works are miscellaneous and the precision is not highIn order to reduce the work load and increase the experimental precisio

4、n ，based on the principles of supplying water in the mixed water head by Marriott bottle ，the method mentioned above is improvedAfter improving ，it can reduce the work load and improves the testing accuracy obviouslyIt can not only determine the saturated soil hydraulic conductivity ，but also determ

5、ine the soil pore velocityKey words ：method of permeating bucket ；saturated soil hydraulic conductivity ；Marriott bottle土壤飽和導(dǎo)水率又稱(chēng)土壤滲透系數(shù)，為單位水壓梯度下通過(guò)垂直于水流方向的單位土壤截面水流速度。土壤飽和導(dǎo)水率是研究、設(shè)計(jì)水利工程、農(nóng)田排水系統(tǒng)，以及研究土壤水分移動(dòng)等工作的重要參數(shù)之一，同時(shí)也是比較農(nóng)業(yè)土壤滲透性能好壞的一個(gè)指標(biāo)，直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育12。目前，土壤飽和導(dǎo)水率的室內(nèi)測(cè)定方法有定水頭滲透儀法和變水頭滲透儀法。于得芬等3根據(jù)資料仿制了定水頭法和降水

6、頭法測(cè)定裝置，但裝置比較復(fù)雜，而且占地面積大。霍麗娟等4對(duì)測(cè)定裝置進(jìn)行了改進(jìn)，但所需儀器仍然較多。滲透桶法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率所需儀器少、價(jià)格低、操作簡(jiǎn)單，但傳統(tǒng)的滲透桶法要頻繁地在滲透桶下接收流水以測(cè)定出水量、同時(shí)還要在滲透桶上不停補(bǔ)水以維持水層厚度，工作繁雜、精度不高。為了減少工作量，提高試驗(yàn)精度，筆者基于馬氏瓶定水頭供水原理，對(duì)滲透桶法進(jìn)行了改進(jìn)。1測(cè)定原理由達(dá)西定律可知，通過(guò)某一土層的水量與截面積、時(shí)間和水層厚度（水頭）呈正比，與滲透經(jīng)過(guò)的距離（飽和土層厚度）呈反比，即Q =KSth /L（1）由式（1）得K =QLSth（2）式中：Q 為滲透過(guò)一定截面積S 的水量，mL ；K 為飽和導(dǎo)

7、水率（滲透系數(shù)），cm /s；L 為滲透距離，cm ；S 為滲透筒的橫截面積，cm 2；t 為滲透過(guò)水量Q 時(shí)所需要的時(shí)間，s ；h 為水層厚度（水位差），cm 。飽和導(dǎo)水率與土壤的孔隙率、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、鹽分含量、含水量等有關(guān)。從達(dá)西定律可以看出，飽和導(dǎo)水率是土壤所特有的常數(shù)57。2試驗(yàn)儀器試驗(yàn)儀器包括滲透桶、改進(jìn)的馬氏瓶、燒杯、秒表和溫度計(jì)。為了便于觀測(cè)，滲透桶采用透明的有機(jī)玻璃管，桶的上沿打一進(jìn)水口。試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。收稿日期：2010-12-30基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（C2011402042，D2009000827）；水文水資源與水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（20

8、09490211）；河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（09200805D ）；河北工程大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目。作者簡(jiǎn)介：劉亞敏（1975），女，河北曲陽(yáng)人，講師，主要從事水利水電教學(xué)與科研工作。E-mail ：lymin1975163com第33卷第8期人民黃河Vol33，No82011年8月YELLOW RIVER Aug，2011圖1改進(jìn)滲透桶法測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率示意3操作步驟（1）土樣的取得。在室內(nèi)測(cè)定原狀土和擾動(dòng)土。原狀土：用滲透桶取原狀土，取土深度為10cm ，將墊有濾紙的底篩網(wǎng)蓋好，帶回室內(nèi)待用。擾動(dòng)土：在滲透桶下墊上濾紙，紗布包好，用橡皮筋沿滲透桶將紗布箍緊，按預(yù)定容重裝入擾動(dòng)土。

9、（2）將滲透桶浸入水中，水面距土柱1 2mm ，待土面出現(xiàn)水后將滲透桶取出，掛在適當(dāng)位置，使重力水滴完。（3）將馬氏瓶灌水口打開(kāi)，關(guān)掉進(jìn)氣口和供水口，由灌水口向馬氏瓶灌水。灌水至合適位置時(shí)，將灌水口塞子塞緊，打開(kāi)供水口排氣至供水口不再流水。（4）將馬氏瓶放在合適位置，將供水管接在滲透桶的進(jìn)水口，調(diào)整馬氏瓶高度，打開(kāi)進(jìn)氣口、向滲透桶供水，使?jié)B透桶上部保持約5cm 的水層。當(dāng)滲透桶下面滴下第一滴水時(shí)，用秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，并依據(jù)馬氏瓶上的刻度記錄液面高度變化過(guò)程，同時(shí)用溫度計(jì)記錄燒杯內(nèi)出流液的溫度。兩次讀數(shù)時(shí)馬氏瓶液面高度之差乘以馬氏瓶截面積，即為該時(shí)間段的出水量。（5）一般情況下試驗(yàn)60min 后單位

10、時(shí)間滲出水量達(dá)到穩(wěn)定。如果單位時(shí)間內(nèi)滲出水量不穩(wěn)定，應(yīng)延長(zhǎng)到單位時(shí)間內(nèi)滲出水量穩(wěn)定為止。（6）每一土樣重復(fù)測(cè)定5次，取其算術(shù)平均值為該土樣在某一時(shí)間段的滲出水量。4結(jié)果計(jì)算試驗(yàn)飽和導(dǎo)水率（滲透系數(shù)）為K t =10Q n L t n S （h +L ）（3）式中：K t 為溫度為t （ ）時(shí)的飽和導(dǎo)水率，mm /min；Q n 為滲出水量，mL ；t n 為滲透時(shí)間，min 。將所測(cè)得的K t 換算成10 時(shí)的飽和導(dǎo)水率（滲透系數(shù)）：K 10=K t07+003t（4）式中：t 為測(cè)定時(shí)水的溫度， 。5結(jié)語(yǔ)基于馬氏瓶定水頭供水原理，對(duì)測(cè)定土壤飽和導(dǎo)水率的滲透桶法進(jìn)行了改進(jìn)，以減小工作強(qiáng)度、提高

11、試驗(yàn)精度。改進(jìn)后的裝置不僅能測(cè)定土壤的飽和導(dǎo)水率，還能測(cè)定土壤孔隙水的流速。參考文獻(xiàn)：1陳效民，茆澤圣，劉兆普，等大豐王港試驗(yàn)站濱海鹽漬土飽和導(dǎo)水率的初步研究J 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，17（4）：1341372Kammar R S ，Rizvi H A ，Ahmed M ，et alMeasurement of field saturated hy-draulic conductivity by using Guelph and Velocity permeameters J Transactions of the ASAE ，1989，32（6）：188518903于得芬，徐富安介紹一

12、種土壤飽和導(dǎo)水率測(cè)定儀J 土壤，1990，22（2）：1031064霍麗娟，李一菲，錢(qián)天偉定水頭法和降水頭法測(cè)定黃土的飽和導(dǎo)水率J 太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31（3）：2562595周蓓蓓，邵明安土石混合介質(zhì)飽和導(dǎo)水率的研究J 水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（6）：62666呂殿青，邵明安，劉春平容重對(duì)土壤飽和水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響J 水土保持學(xué)報(bào)，2006，20（3）：1541557胡偉，邵明安，王全九，等取樣尺度對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率測(cè)定結(jié)果的影響J 土壤學(xué)報(bào)，2005，42（6）：10411044【責(zé)任編輯呂艷梅櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁

13、櫁櫁櫁櫁櫁櫁】（上接第105頁(yè)）13Jacques D ，J SimunekNotes on HP1a software package for simulating vari-ably saturated water flow ，heat transport ，solute transport and biogeochemistry in porous media ，HP1Version 22R Bulgaria ：belgian Nuclear Researth Center ，201014Moridis G ，K PruessAn Enhanced Package of Solvers

14、for the TOUGH2Familyof Reservoir Simulation Codes J Geothermics ，1998（4）：41544415Finsterle STOUGH2User s Guide R Berkeley ：Lawrence Berkeley Nation-al Laboratory ，199916Pruess K ，C Oldenburg ，G MoridisTOUGH2User s Guide ，Version 20R Berkeley ：Lawrence Berkeley National Laboratory ，199917Pruess KThe

15、TOUGH Codes ：A Family of Simulation Tools for Multiphase Flow and Transport Processes in Permeable Media J Vadose Zone Journal ，2004（3）：73874618施小清，張可霓，吳吉春TOUGH2軟件的發(fā)展及應(yīng)用J 工程勘察，2009（10）：293919Shi Xiaoqing ，Zhang Keni ，Wu JichunThe history and application of TOUGH2code J Geotechnical Investigation and Surveying ，2009（10）：293920Healy R W ，Ronan A DDocumentation of computer program VS2DH for simu-lation of energy transport in variably saturated porous medi Modification of the USGS s computer program VS2DT R Denver ：Geological Surrey ，199621Hsieh P A ，