土壤容重的测定

河北工程大学研究生课实验报告

垂直一维入渗实验报告

一、实验目的和意义

观察土壤垂直入渗过程，测定土壤累积入渗量、湿润锋运移距离，根据实测的累积入渗量计算相应的入渗率；通过土壤入渗实测资料，验证土壤水分运动参量间关系，如累积入渗量与时间关系、湿润锋运移距离与时间关系、入渗率与时间关系、累积入渗量与湿润锋关系、入渗率与湿润锋关系等，验证描述垂直一维入渗的常用模型，如考斯加可夫模型(Kostiakov)、菲利普模型(PhiliP)等；测定实验结束时不同深度的土壤含水量，绘制土壤含水量剖面曲线。

入渗是将地表水与地下水、土壤水联系起来的纽带，是径流形成过程、水循环过程的重要环节。垂直入渗是有重力作用的一维入渗，入渗率、累积入渗量和入渗距离（即湿润锋的位置）是描述入渗过程的重要特征量，针对于具体的入渗边界条件，上述特征量的取得对于区域产流产沙估算、农田灌溉、农田排水、地下水补给等效果评估有着重要的意义。

二、实验原理

实验装置由土柱和马氏瓶组成，土壤吸渗水分，土面上的水分减少，供给水面下降，使马氏瓶出水口所受外部压力减小，与马氏瓶内部压力差达到马氏瓶灵敏度时，马氏瓶进气口冒气泡进气，马氏瓶中的水流向土柱，如此反复，马氏瓶定水头自动供给土柱水量。

三、实验设备和装置

垂直入渗实验装置形式多样，但都由实为常用的垂验土柱和供水装置组成，图5-2

直入渗实验装置。实验土柱：目前，已发表论文中试验土马氏瓶可～20cm，土柱直径减小，柱直径范围在4.0供水管水层减小实验土样用量。为了提高实验精度，马进气口出水口进水口氏瓶截面积应相应减小，为了便于观察湿润锋和马氏瓶液面变化，实验土柱和马氏瓶用湿润锋～1透明有机玻璃管制成，土柱管壁交错打上土柱4排取土孔。出水口供水装置：供水装置采用带刻度的改进水室的马氏瓶，可实现恒定水头下自动供水。

改进的马氏瓶的工作原理：马氏瓶供水垂直入渗实验装置示意图5-2 图（高于马氏瓶出管的出水口所受压强等于P内（高于马），也等于）加上马氏瓶内空气压强水口的马氏瓶内水层的静水压强（hPP外马马）；土壤吸渗水分，使土柱(P)）加上大气压强h氏瓶出水口的土柱内水层的静水压强（大土11

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内供给水量减少，即供给水面下降，使得马氏瓶出水口所受压力P小于P，当供给水面内外继续下降，使ΔP（P-P）达到一定数值，达到马氏瓶灵敏度时，马氏瓶中的水流向土柱，外内马氏瓶进气口冒气泡进气，增大马氏瓶内空气压强，当马氏瓶供水管的出水口所受压强P内再次等于P时，马氏瓶进气口停止进气，马氏瓶中的水停止流向土柱；如此反复，使得马外氏瓶定水头自动供给土柱水量。

改进的马氏瓶的操作方法：将马氏瓶灌水口打开，关掉进气口和供水口，由灌水口向马氏瓶灌水，待灌到合适位置时，将灌水口塞子塞紧（或阀门关闭），打开供水口排气，当供水口不再流水时，表明排好气，关掉马氏瓶供水口。将马氏瓶放在合适位置，将马氏瓶的供水管接在土柱的进水口处。调整马氏瓶高度，打开供水口和进气口向土柱供水。

其它设备和仪器：土样、天平、铝盒、滤纸、量筒、洗耳球、小型取土钻（也可以用其它设备代替）、秒表、刻度尺。

四、实验步骤

1.土样经风干过2mm筛，按要求容重分层装入实验土柱，填装方法为：

V体积所用干土重。先计算按要求容重填装

2??????m?V?R?H（1-1）干m RHRH为分；为土柱半径、高为,cm的环体所装干土质量，式中：g为半径为；干3-3?VRH、为要求达到的土壤容重,g.cm层装土高度,cm；高为为半径为的环体体积，cm。；V体积时所用湿土重为由于装土时常用一定含水量的湿土，按照要求容重填装?m)1?(m?（1-2）= 干湿?m V时所用含水量为θ的湿土重，g为按土壤容重；填装体积θ为填装所用式中：湿3?,m=854.12g,

2.0=30cm, =1.436g/cm。此次试验%R=2.5cm，H=15×湿土的含水量，=852g

m湿装好后土柱应放置24h，使土壤剖面含水量均匀。将排好气的马氏瓶安装在合适位置（进气口高度略大于土柱设计水层高度），提高马2.然后拧紧进气口，氏瓶供水管末端与进气口齐平，使供水管完全充水，打开供水口和进气口，将马氏瓶供水管接到土柱的进水口上。，打开马氏瓶进气口，同时计时，开始实验。记下马氏瓶初始读数H3.0，，5min，7min，10min15min，在实验过程中4.,根据由密到疏的原则（如1min3min，）记录入渗时间、湿润锋运移距离和马氏瓶

液面刻度。90…，，30min45, 60min minmin用量筒量出土面上关掉马氏瓶出水口阀门，,5.当入渗达到稳定后结束实验拧紧进气口，剩余水量W。从湿润锋向上开始从取土孔迅速取土用烘干法测定土壤含水量。,0

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五、数据记录

010C 总入渗时间70min 空气温度剩余水量35ml

3 1.436g/cm 土壤容重土壤初始含水量0.7%

2土柱直径马氏瓶截面积（S）6.73cm 2.5cm

垂直一维入渗实验记录表

注：累积入渗量为某一时间内马氏瓶液面下降高度乘以马氏瓶截面积，然后减去剩余水量（实验结束时土柱内剩余水量）的差。

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入渗后土壤含水量测定记录表

六、结果分析

1.通过实测资料，在EXCELL中绘制出土壤含水量分布曲线，绘制入渗量与时间关系曲线、湿

润锋运移距离与时间关系曲线、入渗率与时间关系曲线、累积入渗量与湿润锋关系曲线、入渗率与湿润锋关系曲线，各曲线图见附录。

2.根据实测资料，验证考斯加可夫入渗模型()、菲利普入渗模型()，利用考PhilipKostiakov斯加可夫入渗模型()和菲利普入渗模型()建立的累积入渗量和时间的关系，通过PhilipKostiakov推导，求出入渗率方程。

七、分析思考

影响垂直入渗的因素很多，如土壤初始含水率、土壤容重、土壤质地、入渗水头、入渗溶液等。影响因素不同，垂直入渗特性也有所不同，因此可以设定因素水平，研究某一因素或多因素对垂直一维入渗特性的影响。

八、注意事项

1.土样填装好后，在土面上放一张比土柱内径略小的滤纸，避免瞬时进水时冲刷土样表面。

2.由于垂直入渗的有机玻璃管直径一般在10以上，而最初入渗速率大，若用马氏瓶cm供水至预定水头，需要时间长，影响实验精度，可提前计算好设定水层厚度所需水量，用量筒量出，瞬时灌入土柱中，同时打开马氏瓶进气口供水，按下秒表计时，这样可在尽可能短的时间内使土层上面达到预定水头。11

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土壤含水量分布曲线

31.0%