渗透桶法测定土壤饱和导水率的改进

1、【灌溉·供水】渗透桶法测定土壤饱和导水率的改进刘亚敏1，程林2（1河北工程大学水电学院，河北邯郸056021；2黄河水利职业学院水文水资源系，河南开封475004）摘要：渗透桶法测定土壤饱和导水率所需仪器少、价格低、操作简单，但工作繁杂、精度不高，为了减少工作量，提高试验精度，基于马氏瓶定水头供水原理，对渗透桶法进行了改进，改进后可明显减小工作强度、提高试验精度，不仅能测定土壤的饱和导水率，还能测定土壤孔隙水的流速。关键词：渗透桶法；土壤饱和导水率；马氏瓶中图分类号：S1527文献标识码：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土壤饱和导水率又称土壤渗透系数，为单位水压梯度下通过垂直于水流方向的单位土壤截面水流速度。土壤饱和导水率是研究、设计水利工程、农田排水系统，以及研究土壤水分移动等工作的重要参数之一，同时也是比较农业土壤渗透性能好坏的一个指标，直接影响作物的生长发育12。目前，土壤饱和导水率的室内测定方法有定水头渗透仪法和变水头渗透仪法。于得芬等3根据资料仿制了定水头法和降水

6、头法测定装置，但装置比较复杂，而且占地面积大。霍丽娟等4对测定装置进行了改进，但所需仪器仍然较多。渗透桶法测定土壤饱和导水率所需仪器少、价格低、操作简单，但传统的渗透桶法要频繁地在渗透桶下接收流水以测定出水量、同时还要在渗透桶上不停补水以维持水层厚度，工作繁杂、精度不高。为了减少工作量，提高试验精度，笔者基于马氏瓶定水头供水原理，对渗透桶法进行了改进。1测定原理由达西定律可知，通过某一土层的水量与截面积、时间和水层厚度（水头）呈正比，与渗透经过的距离（饱和土层厚度）呈反比，即Q =KSth /L（1）由式（1）得K =QLSth（2）式中：Q 为渗透过一定截面积S 的水量，mL ；K 为饱和导

7、水率（渗透系数），cm /s；L 为渗透距离，cm ；S 为渗透筒的横截面积，cm 2；t 为渗透过水量Q 时所需要的时间，s ；h 为水层厚度（水位差），cm 。饱和导水率与土壤的孔隙率、质地、结构、盐分含量、含水量等有关。从达西定律可以看出，饱和导水率是土壤所特有的常数57。2试验仪器试验仪器包括渗透桶、改进的马氏瓶、烧杯、秒表和温度计。为了便于观测，渗透桶采用透明的有机玻璃管，桶的上沿打一进水口。试验装置结构见图1。收稿日期：2010-12-30基金项目：河北省自然科学基金资助项目（C2011402042，D2009000827）；水文水资源与水利工程国家重点实验室开放基金资助项目（20

8、09490211）；河北省科学技术研究与发展计划项目（09200805D ）；河北工程大学博士基金资助项目。作者简介：刘亚敏（1975），女，河北曲阳人，讲师，主要从事水利水电教学与科研工作。E-mail ：lymin1975163com第33卷第8期人民黄河Vol33，No82011年8月YELLOW RIVER Aug，2011图1改进渗透桶法测定土壤饱和导水率示意3操作步骤（1）土样的取得。在室内测定原状土和扰动土。原状土：用渗透桶取原状土，取土深度为10cm ，将垫有滤纸的底筛网盖好，带回室内待用。扰动土：在渗透桶下垫上滤纸，纱布包好，用橡皮筋沿渗透桶将纱布箍紧，按预定容重装入扰动土。

9、（2）将渗透桶浸入水中，水面距土柱1 2mm ，待土面出现水后将渗透桶取出，挂在适当位置，使重力水滴完。（3）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。灌水至合适位置时，将灌水口塞子塞紧，打开供水口排气至供水口不再流水。（4）将马氏瓶放在合适位置，将供水管接在渗透桶的进水口，调整马氏瓶高度，打开进气口、向渗透桶供水，使渗透桶上部保持约5cm 的水层。当渗透桶下面滴下第一滴水时，用秒表开始计时，并依据马氏瓶上的刻度记录液面高度变化过程，同时用温度计记录烧杯内出流液的温度。两次读数时马氏瓶液面高度之差乘以马氏瓶截面积，即为该时间段的出水量。（5）一般情况下试验60min 后单位

10、时间渗出水量达到稳定。如果单位时间内渗出水量不稳定，应延长到单位时间内渗出水量稳定为止。（6）每一土样重复测定5次，取其算术平均值为该土样在某一时间段的渗出水量。4结果计算试验饱和导水率（渗透系数）为K t =10Q n L t n S （h +L ）（3）式中：K t 为温度为t （ ）时的饱和导水率，mm /min；Q n 为渗出水量，mL ；t n 为渗透时间，min 。将所测得的K t 换算成10 时的饱和导水率（渗透系数）：K 10=K t07+003t（4）式中：t 为测定时水的温度， 。5结语基于马氏瓶定水头供水原理，对测定土壤饱和导水率的渗透桶法进行了改进，以减小工作强度、提高

11、试验精度。改进后的装置不仅能测定土壤的饱和导水率，还能测定土壤孔隙水的流速。参考文献：1陈效民，茆泽圣，刘兆普，等大丰王港试验站滨海盐渍土饱和导水率的初步研究J 南京农业大学学报，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，徐富安介绍一

12、种土壤饱和导水率测定仪J 土壤，1990，22（2）：1031064霍丽娟，李一菲，钱天伟定水头法和降水头法测定黄土的饱和导水率J 太原科技大学学报，2010，31（3）：2562595周蓓蓓，邵明安土石混合介质饱和导水率的研究J 水土保持学报，2006，20（6）：62666吕殿青，邵明安，刘春平容重对土壤饱和水分运动参数的影响J 水土保持学报，2006，20（3）：1541557胡伟，邵明安，王全九，等取样尺度对土壤饱和导水率测定结果的影响J 土壤学报，2005，42（6）：10411044【责任编辑吕艳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页）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，张可霓，吴吉春TOUGH2软件的发展及应用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 ，