土壤水分溶质动力学实验报告实验报告

1、博士口硕博连读研究生口学术型硕士回农业推广硕士专业学位口同等学力在职申请学位口高校教师攻读硕士学位口基地班硕士口兽医硕士专业学位口工程硕士专业学位口全日制专业学位硕士口中职教师攻读硕士学位口风景园林硕士专业学位口西北农林科技大学研究生课程结课论文封面（课程名称：土壤水分溶质动力学）学位课回选修课口研研所专任考考究生年级、姓名究生学号在学院（系、部）业学科课教师姓名试日期试成绩卷教师签字处2vcccccccccccccXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学院农业工程XXXXXXXX土壤入渗实验报告一、垂直入渗实验1、实验目的测定土壤的垂直入渗特征曲线，掌握测定方法。了解土壤一维入

2、渗特性，确定入渗条件下土壤累积入渗量曲线以及入渗速率数学表达式，用不同的入渗经验公式描述入渗速率并绘制相应的图表。2、实验要求(1)土柱圆筒高约29cm，内径10cm。控制装土容重为1.4g/cm3。垂直入渗过程中，进水端的水位由马氏瓶控制。入渗过程中，观测不同时间的累积入渗量。(2)根据实验数据在方格纸上点绘入渗过程线(速度入渗时间)，确定饱和入渗速度k值。根据实验数据在双对数纸上点绘入渗曲线，确定a及k值，写出该种土壤的入渗公式。(4)略述土壤入渗过程，入渗性强弱，分析原因。3、实验原理实验利用马氏瓶供水并维持稳定水压；(2)对于均质土的入渗强度，已有若干计算公式，菲利普根据严格的数学推导

3、，求得解析解为：Si=+i1f2t2式中，it时刻的入渗速率；S与土壤初始含水率有关的特性常数，成为吸水率；i稳定入渗率，即饱和土壤渗透系数。在非饱和土壤入渗初期，S起主要作用，所以菲利普公式可以改写为：考斯加可夫根据野外实测资料的分析，发现入渗强度与时间之间成指数关系，其形式为：i=it-a1式中，i第一个单位时间的入渗强度；a反应土壤性质与入渗初始时土壤含水率的经验常数；累积入渗量：=it(1-a)0I=fti(t)dt=ftit-adt=1t-a0011a4、实验仪器马氏瓶、玻璃土柱、天平、滤纸、秒表、烧杯5、实验方法和步骤（1）测量玻璃土柱的内径R=10cm，控制土壤容重为1.4g/c

4、m3，计算2cm高土柱所需的土量10m=y-V=1.4x兀（一）2x2=219.8g；2（2）分层装土：在玻璃柱底部放入一片滤纸，然后装土。称土219.8g，控制每次装土高度为2cm，压实，装下一层时表面打毛。（3）调节马氏瓶，使其进气孔高出土柱面2cm，形成水头差；（4）用烧杯迅速向玻璃柱中加水，立即打开供水阀，同时打开秒表计时，三者要求同时进行，然后开始实验；（5）每隔一定时间测定一组实验数据（记录马氏瓶读数、时间）；（6）处理与分析实验数据。6、实验数据处理1）测定的实验数据及数据处理见表1表1实验数据处理入渗时间(min)时间间隔(min)时段入渗里(ml)累积入渗里(ml)入渗速率(

5、ml/min)000.000.000.001142.0042.0042.002148.0090.0048.003130.00120.0030.004130.00150.0030.005124.00174.0024.006118.00192.0018.007114.00206.0014.008112.00218.0012.00918.00226.008.001016.00232.006.001114.00236.004.001214.00240.004.001316.00246.006.001414.00250.004.001514.00254.004.001615.00259.005.0017

6、17.00266.007.001818.00274.008.001912.00276.002.002016.00282.006.002114.00286.004.002214.00290.004.002315.00295.005.002415.00300.005.002514.00304.004.002616.00310.006.002715.00315.005.002815.00320.005.002914.00324.004.003017.00331.007.0035521.00352.004.2040518.00370.003.6045516.00386.003.2050514.0040

7、0.002.8055518.00418.003.6060515.00433.003.0065513.00446.002.6070518.00464.003.6075514.00478.002.8080522.00500.004.4085516.00516.003.2090514.00530.002.809558.00538.001.60100510.00548.002.00105514.00562.002.80110511.00573.002.20115511.00584.002.20120515.00599.003.001301023.00622.002.301401028.00650.00

8、2.801501024.00674.002.401601024.00698.002.401701026.00724.002.601801023.00747.002.301901025.00772.002.502001023.00795.002.302101019.00814.001.902201020.00834.002.002301030.00864.003.0023448.00872.002.0023956.00878.001.2024456.00884.001.20249512.00896.002.4025012.00898.002.0025112.00900.002.0025212.0

9、0902.002.0025311.00903.001.0025411.00904.001.0025511.00905.001.0025611.00906.001.00261510.00916.002.00266510.00926.002.00271510.00936.002.002）累积入渗量、入渗速率与时间的关系曲线分别见图1、图2。累积入渗量随时间变化曲线1000.00900.00800.00)“时间t(min)lm(一里渗入积累图1累积入渗量I与入渗时间t的关系曲线入渗速率随时间变化曲线时间t(min)皋速渗入图2入渗速率i与入渗时间t的关系曲线由图可以看出整体结果还是比较符合的，但是相

10、关性不太高。7、对三种经验公式的拟合效果进行对比分析土壤垂直累计入渗量散点图及各经验公式拟合曲线使用Philip入渗公式进行拟合如下图3：累积入渗量随时间变化曲线时间t(min)車渗入积I1图3philip入渗公式拟合图使用考斯加可夫入渗公式进行拟合如下图4：累积入渗量随时间变化曲线1000.00R2=0.9813y二72.354x0.4516lm(一里渗入积累0306090120150180210240270300时间t(min)图4考斯加可夫入渗公式拟合图使用Green-Ampt入渗公式进行拟合如下图5：累积入渗量随时间变化曲线时间t(min)lm(一里渗入积累lm(一里渗入计累1000.

11、00900.00800.00700.00600.00500.00400.00300.00200.00100.000.000306090120150180210240270300图5Green-Ampt入渗公式拟合图对土壤垂直入渗三种经验公式拟合效果进行对比分别用三种经验公式拟合的回归系数见下表2表2不同拟合公式回归系数对比表不同拟合公式Philip入渗公式考斯加可夫入渗公式Green-Ampt入渗公式回归系数0.98980.98130.9737拟合效果对比图如下图6累积入渗量随时间变化曲线*实测点线性多项式时间t(min)图6采用不同经验公式拟合效果对比图由上述图表可知：（1）累积入渗量随时间

12、的增加而增大，但增加的速率越来越小，最终趋于稳定，入渗速率随时间的增加而减小，最后趋于稳定，其值为稳定入渗率；（2）采用考Philip入渗公式拟合效果最好，其次是采用斯加可夫公式拟合，而采用Green-Ampt入渗公式拟合的效果也比较好，但是相对于前两种模型来说误差还是比较大的。二、水平入渗实验1、实验目的在熟练掌握水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水扩散率原理的基础上，了解土壤水分水平入渗的过程、入渗特性，确定入渗条件下湿润锋x和时间t之间的关系，了解入渗条件下土壤累计入渗量曲线以及数学表达式，计算土壤的入渗速率以及数学表达式，同时得到土壤水扩散率D（0）的关系，并绘制相应的图表。2、实验要求水平

13、土柱（长30cm），是由直径5cm、厚度为2cm的单环组装形成的，控制装土容重为1.4g/cm3。水平入渗过程中，进水端的水位由马氏瓶控制。入渗过程中，观测不同时间的累积入渗量以及湿润锋的距离。实验结束后，用烘干法分层测定土壤重量含水率计算体积含水率。3、实验仪器马氏瓶（3cmx5cm）、玻璃土柱、天平、滤纸、秒表、烧杯。4、实验原理水平土柱入渗法测非饱和土壤水扩散率D（0）要求土柱的土壤质地均一，且初始含水量分布均匀,在进水端边界含水量稳定不变,忽略重力作用的条件下,该土壤水属于一维流问题，其微分方程及定解条件为:dtdxD（0）営dx(1)0(x,t)=000(x,t)=0sx0,t=0

14、x=0,t0(2)(3)式中：t为入渗时间（min）；x为水平入渗距离（cm）；0为体积含水量（cm3/cm3）；0，0分别为土壤的初始含水量和饱和含水量。0s对方程施以Boltzmann变换可得：d（0）=-1.乜J0九d2d0000带入Boltzmann变换参数九二xt-1/2，上式可变为:I/._De)一2(A0式中：齐为相邻两点6对应的九平均值；算为相邻两点九和6增量比值孚AOA6的平均值。Philip水平入渗公式：I=S-12或者i二2S-1-25、实验方法和步骤（1）称土：控制土壤容重为1.4g/cm3，计算4cm高土柱所需的土量：m=丫V=1.4x兀（5）2x4=109.9g（2

15、）装土柱：在水平实验土槽底部垫上滤纸，然后将实验用土按设计容1.4g/cm3的标准分层装入水平土槽中，为保证土的均匀性，我们将土按4cm高度分层装入。（3）装水：在马氏瓶中装入一定量的水，将下部进气阀和出水阀关闭。（4）连接仪器：用橡皮输水管将马氏瓶的出水口与水平土槽进水口相连，然后打开马氏瓶顶部的加水孔的橡皮塞和出水阀，同时将水平槽的排气孔打开，给水平土槽下部的水室进行排气和充水，保证水能够均匀的入渗。（5）待水室充满水后，立即将马氏瓶的加水孔和水平土槽的排气孔密封，打开马氏瓶下部的进气阀，将水平土柱放平，让水平土柱中心轴与马氏瓶的进气阀相平，这样才能保证水平入渗在无压条件下进行，同时，打开

16、秒表开始计时，并记下马氏瓶上的刻度数。（6）进行连续观测，每当湿润锋前进2cm时，记下时间和马氏瓶上的刻度数，达到稳定入渗时，停止实验，然后打开水平土槽，将其中的土按2cm长度分层装入事先准备好的铝盒中，然后称重，并放入烘箱进行烘干、称重。6、实验数据处理与分析(1)计算累积入渗量I,结果见表1；绘制湿润锋x与时间t的关系曲线,见图1;再绘制累积入渗量I与时间t的关系曲线，见图2。表1累计入渗量计算表入渗时间(min)时间间隔(min)马氏瓶读数(ml)湿润锋入渗距离x(cm)累计入渗量I(ml)0042003.7833.7835841610.2836.5006862620.1339.8508

17、183933.16713.03494105251.46718.300110126885.38333.916131148998.11712.7341391697132.55034.43315718115165.16732.61717320131206.63341.46619222150241.41734.78421924177273.91732.50023926197图1湿润锋x与时间t的关系曲线累积入渗量随时间变化oooooO208642OQ1111y=6.909x0-5816R2=0.997100.00030.00060.00090.000120.000150.000180.000210.0

18、00240.000270.000300.000时间t(min)图2累积入渗量I与时间t的关系曲线(2)根据I二ST0.5反解S二I/T05,计算入渗率i二S/2t0.5,结果见表2,总总总总然后绘制入渗速率i与时间的关系曲线,见图3。表2入渗速率i计算表时间t(min)t0.5S二I/T0.5总总入渗速率i(ml/min)00.00011.9030.0003.7830.5143.06010.2830.3121.85620.1330.2231.32633.1670.1741.03351.4670.1390.83085.3830.1080.64498.1170.1010.601132.5500.0

19、870.517165.1670.0780.463206.6330.0700.414241.4170.0640.383273.9170.0600.360入渗速率随时间变化曲线时间t(min)图3入渗速率i与时间t的关系曲线3)计算土壤体积含水率，计算结果见表3。表3土壤体积含水率计算表编号盒重(g)铝盒+湿土重铝盒+干土重(g)水重(g)质量含水率(g/g)体积含水率(cm3/cm3)(g)116.3035.9331.464.4729.48541.280214.6239.1333.445.6930.23442.327314.0040.0733.816.2631.60044.240414.7638

20、.2333.524.7125.10735.149515.5737.2132.494.7227.89639.054615.5037.9732.855.1229.51041.314715.2637.232.544.6626.96837.755815.0739.7334.415.3227.50838.511916.2338.3134.14.2123.55932.9831016.1341.0736.07525.07535.1051116.0841.6636.784.8823.57533.0051216.1632.7330.082.6519.03726.652(4)计算X=x/0.5，其中*为总累计入渗

21、时间，可得出不同含水率。对应总总的九值。结果见表4,然后绘制二者关系图，见图4。表42值计算表湿润锋入渗距离x(cm)时间t(min)t护，总体积含水率(cm3/cm3)九0016.55000.00043.7830.4130.242610.2830.4230.363820.1330.4420.4831033.1670.3510.6041251.4670.3910.7251485.3830.4130.8461698.1170.3780.96718132.5500.3851.08820165.1670.3301.20822206.6330.3511.32924241.4170.3301.45026

22、273.9170.2671.571图4含水率e与入的关系曲线(5)根据6和九的值，计算土壤扩散率D(9),结果见表5,然后绘制6和D(9)的关系曲线，见图5。表5土壤扩散率计算表（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）0九A0A九AA0A九A0X九A0XXA0D=-丄AXxXA02A0D)0.291.5650.301.5150.010.055.000.311.4600.010.055.505.251.5400.0770.047-0.1220.1220.321.4000.010.066.005.751.4880.0820.128-0.3690.3690.331.3450.010.055.505.751.4300.0860.214-0.6160.6160.341.2800.010.066.506.001.3730.0750.290-0.8690.8690.351.2200.010.066.006.251.3130.0850.375-1.1721.1720.361.1500.0