1试验二、沟灌条件下土壤水分运动

试验二、沟灌条件下土壤水分运动规律实验设计

2011年07月17日00:08

一、实验目的

沟灌宽垅作物的地面灌水方法，灌水沟的间距与长度决定于灌水流量。

本实验的目的：

1. 在室内土壤模拟沟灌条件，观察沟灌是土壤湿润锋面的扩展过程，认识沟灌条件下土壤水分运动的规律；

2. 了解并对比不同人土质的湿润范围；

3. 了解灌溉的灌水特点，入渗水量随时间的变化关系；

4. 了解非饱和土壤水运动室内实验技术几测试方法。

二、实验设备

1. 实验土槽

实验在1500*150*20是厘米3的土槽上进行，土槽为钢框架，三侧壤状塑科技，一侧壤装有机玻璃，透过有机玻璃可以观测湿润锋面扩展过程。槽内如何装填试样视实验安排而定。看进行匀质土实验，可根据预先制备的土壤（最好选用轻质土，以免实验时间过长）按一定容量分层装填；看进行非匀质土（即层状结构）实验，则按预先设定的土层区结构和各层土壤的容量，逐层填装；为了对比不同土质沟灌时土壤水分运动的差异（如湿润形状和湿润速度的差异），亦可在同一土槽中在中部（75cm处）临时用垂直隔扳分成两部分，分别装填不同质地的试样。填土厚度为140cm，在中部挖出梯形或三角形面的灌水沟（见图（试）5-1）。在同一槽中进行两种土质对比实验时，灌水沟挖在两侧边具其断面为前述的一半（见图（试）5-2）为了标记不同时刻土壤湿润范围，在有机玻璃一侧应标有刻度。

2. 供水装置

为使灌水过程中维持一定的灌水沟水位，在灌水沟上方装设自动供水箱（亦称马立奥特瓶），水箱进气管的高程即为灌水沟的水位高程，供水箱自动补充灌水沟中由于水量入渗而减少的水量，故灌水沟渗水量的多少可以通过测读供水箱水位变化值换标求得。

3. 土壤含水率的测量

在实验过程中，不可能采用取土烘干法测量土壤含水率，只能通过间接的方法进行测定，有条件时可采取r射线衰减法或其他电测方法定时测定土壤含水率，较简单可行的方法

是采用张力计，通过测定土壤负压而换称为土壤含水率，目前在实验室中常用的是直管式或U型管式水银张力计，其结构见图（试）5-3（a）5-3(b)。

在U型管的断面均匀的情况下，预先测定U行管两边水银等高时与多孔陶瓷管埋设点之间的距离b(见图（试）5-3(b)),实验时测读U型管左右水银柱的高差a,可按（试）5-1或计标测点负压值。直管式水银计则根据水银面与测点的垂直距离b及水银柱上升高度，按（式）5-2或计标测点负压值。

（式）5-1）

（式）5-2）

土壤负压（或称土壤基质势）与土壤含水率的关系根据预先测定的土壤水分特征曲线查得。.土壤水分特征曲线（如示意图（试）5-4）可在野外田间进行测定，也将原状土取样后在室内用压力膜（或压力板）提取器测定，对于扰动土，则按原壮的容量装填在专用的环刀用提取器测定。由于土壤水运动的滞后特性，土壤负压与含水率之间不是单值函数关系，对于入渗过程，可采用吸湿过程的土壤水分特征曲线进行土壤负压与含水率之间的换标。

在室内实验槽内，张力计穿过槽壁水平埋设，其埋设点及埋设密度视需要而定，一般的原则是，含水率变化较大或较快的区域布设较密，变化不大或变化较缓慢的区域布设较稀。

三、实验步骤及人员分工

本实验是研究及测试在一定的原始土壤中含水率情况下进行沟送时土壤水的运动，起测试内容包括：土壤湿锋扩展规律，土壤湿润范围及形状，在土壤负压及含水率随空间及时间的变化规律等。实验步骤如下：

1. 将实验设置情况—送水沟的位置及尺寸，张力计埋设点及编号按比例尺描绘在图（式）5-1或图（试）5-2上；

2. 记录张力计及马力奥特瓶初始读数；

3. 实验开始（即计时开始）迅速向灌水沟送进一定水量（其体积为灌水沟过水断面乘土槽厚度）。同时打开马氏瓶的进气管和进水管，按规定的观测时间测绘湿润轮廓线在有机玻璃板壁上，测量+-x,+-y轴上的距离记录在表（试）5-2上，张力计负压读数及马氏瓶水位读数则分别记录在表（试）5-1及表（试）5-3上。

4. 实验约进行一小时结束，停止送水并清理现场。

人员分工：计时（兼指挥）一人；马氏瓶测读二至三人；湿锋缘测绘及记录三人；其余观测张力计读数。

四、实验资料的整理及分析

1. 根据湿锋轮廓线记录，绘制不同时刻湿润锋面范围图。

2. 对沟灌条件下，实验土质土壤湿润情况、形状进行描述。

3. 根据试样的土壤水分特征曲线，将不同时刻所测得的测量土壤负压值换标成土壤含水率值。

4. 分析湿锋扩展随时间变化规律。

〈1〉在方格纸上绘制x方向（正负方向取平均值）y方向湿锋扩展距离与时间关系曲线。实际表明该关系为一幂函数，其公式为：

式中：—t时刻湿峰扩展距离

、—经验常数

将（（试）5-3）式区取对数，即得

式（（试）5-4）表明，与t取对数后，（（试）5-3）式变成直线方程，因而通过作图，可以将待定常数及x值求出。

〈2〉在双对数纸上，以t为横坐标，以为纵坐标，将表（试）5-2所测得的数据点绘其上（分x y方向），看符合（试）5-1式所表示的关系，这些点据将呈直线，该直线的斜率即为x值，当t=1时，直线上相应的即为值。

5.绘制累积入渗水量和入渗流量与时间的关系线，入渗流量可采用时段平均入渗流量计算，如以表示其时间间隔内的入渗水量，入渗流量