大学土壤水分溶质动力学实验报告

土壤水分溶质动力学实验报告实验目的通过水平土柱以及垂直土柱入渗实验，了解水分的入渗过程、入渗特性，以及用水平土柱入渗法测定土壤水分扩散率的方法，利用垂直入渗实验测定土壤饱和导水率的方法。实验方法和步骤1、土壤样品准备：样品风干、磨细、过筛等。2、装土柱：分层次将一定容重的土壤装填在土柱中。3、入渗实验：在土壤入渗过程中，观测不同时间土壤湿润峰的迁移，不同时间的入渗水量，入渗结束后测定不同层次土壤含水量。实验结果分析（1）用EXCEL绘制土壤累积入渗量曲线，土壤入渗速率曲线、湿润锋的迁移与时间的平方根曲线、土壤水分在剖面分布曲线，分析土壤的入渗特性。（2）计算土壤水分扩散率，绘制扩散率与含水量曲线。计算土壤饱和导水率。一、水平土柱入渗实验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平入渗特性，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积入渗量曲线以及数学表达式，在此基础上,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（e）的关系，并绘制相应的图表。2、实验要求水平土柱（长30cm），是由直径5cm，厚度为2cm的单环组装形成的，土柱装土土壤为老师事先准备好的沙壤土，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、实验方法与步骤(1)土壤样品准备：样品风干，磨细、过筛(孔径2mm)；装土柱：在内径为5cm的水平实验土槽底部垫上滤纸，然后将实验用土按设计容重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2cm高度分层装入；在马氏瓶中装入一定量的水，将下部进气阀和出水阀关闭；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；水室充满水后，立即将马氏瓶加水孔和水平土柱的排气孔密封，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，打开秒表开始计时，并记下马氏瓶上的刻度数；按照先疏后密的原则进行连续观测，每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的铝盒中，然后称重，并放入烘箱进行烘干、承重。4、实验数据处理与分析4.1计算累计入渗量和入渗速率水平入渗的实验数据见表1-1.由马氏瓶的读数，计算出入渗水量W，除以土柱管的横截面积，换算为土柱中的累计入渗量I，绘制累计入渗量I与时间t的曲线，见图1-1，绘制湿润锋x与时间图的关系曲线，见图1-2.表1-1实验数据记录表马氏瓶内径(cm) 3 土柱内径(cm) 5时间t(min)水柱刻度马氏瓶读数(ml)入渗水量W(ml)土柱的累计入渗量1(mm)水柱刻度湿润锋x(cm)(mm)差(mm)0.00200014.1400.005.883010121.217.073.608.47344224.049.905.04

18.404511331.8117.679.0023.3048.43.4434.2120.0710.2228.9053.34.9537.6823.5411.9935.08584.7641.0026.8613.6845.35646745.2431.1015.8460.9372.58.5851.2537.1118.9085.638613.5960.7946.6523.76115.3298121069.2755.1328.08150.68112141179.1765.0333.12163.9011531281.2967.1534.20191.1012491387.6573.5137.44229.10136121496.1482.0041.76255.67144815101.7987.6544.64279.00150616106.0391.8946.803002796.1348.96330.30164818115.93101.7951.84358.28171719120.88106.7454.36394.37180920127.24113.1057.60428.10187721132.19118.0560.12481.601981122139.96125.8264.08501.82204622.1144.20130.0666.24根据Philip水平入渗公式（1-1）（1-2）1-1)1-2)I=St1/21-1)1-2)i二1S-1/2

t2式中，1为累计入渗量，mm；S为土壤吸湿率，不但与土壤特性有关，且与吸水过程的初始条件和边界条件有关，mm/mim/2；t为入渗时间，min；i为入渗速率，mm/min。我们令t1/2=X，则式（1-1）可改写为I=SX的线性方程，将t1/2带入式中，得到时间与累计入渗量的拟合曲线，见图1-3,其斜率即为土壤吸湿率S，S=2.81（mm/mins），再由式（1-2）计算入渗速率it，用入渗速度it及累计入渗量I与时间t的关系描述该土壤的入渗规律，见图1-4。m量深入0.0090.00)m80.0070.0060.0050.00计40.0030.0020.0010.000.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00时间t(min)图1-1累计入渗量I与时间t的关系曲线0.00100.00200.00300.00400.00500.00600.00时间t(min)图1-2湿润锋x与时间图的关系曲线70.00渗入计累60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00y=2.8092xR2=0.9881曰实测点0.005.0010.0015.0020.0025.00时间tA1/2(minA1/2)0.700.60)n0.50mmm0.40t-0.30率速0.20渗入0.100.000.00入渗速率it•累计入渗量I200.00 400.00时间t(min)60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00600.00mm{量渗入计累图1-4it—t与l—t关系曲线图4.2计算土壤水扩散率D3)根据式(1-3)计算土壤的体积含水率，计算结果见表1-2.1-3)e=mw—代xpX100%

ms1-3)s式中：e为土壤体积含水率，％；m为土壤湿重，g;m为土壤干重，g；pwss为土壤容重，1.3g/cm3.表1-2土壤体积含水率分布铝盒重量土壤鲜重+铝盒土壤干重+铝盒体积含水率序号(g) (g) (g) (%)112.5936.2629.8150.57212.8641.8333.9050.90312.7535.0228.8451.80412.9041.7834.0649.26512.4738.6031.7148.32612.3244.2435.9747.18712.5434.7829.0646.73812.9042.3135.2342.80912.7032.5627.7942.681012.5841.5634.8640.641112.4129.2725.6237.271212.1724.3922.0332.44

1412.2928.1127.772.961-4）根据式（1-4）计算不同含水率8对应的Boltzmann变换参数入值。1-4）九二Xt?l/2式中：入为Boltzmann变换参数，cm/mini/2；x为湿润锋，cm；t为入渗时间，min。由表i-i可知土壤入渗结束时间由表i-i可知土壤入渗结束时间t为501.82min,对应的总t1/2为总如端叽，根据表1-2计算的土柱体积含水率的分布，按式（1-4）计算此时不同含水率8对应的入值，计算结果见表1-3，绘制土壤体积含水率&和入值的关系曲线,见图1-5。表1-3入值计算表序湿润锋入渗结束时间t总t1/2体积含水率入x总总8号（cm）（min）（min1/2）（%）（cm/min1/2）10.050.570.0022.050.900.0934.051.800.1846.049.260.2758.048.320.36610.047.180.45712.0501.8222.4046.730.54814.042.800.62916.042.680.711018.040.640.801120.037.270.891222.032.440.981322.123.570.991422.52.961.00

50.00'二亠亠丁丁■ 4J%40.00A率水30.00含积体20.00\•%y=-54.646x2+28.158x+48.132R2=0.7672 氓10.00■0.000.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20X/(cm/mini/2)图1-5体积含水率e和入值的关系曲线根据之前步骤中计算的土壤体积含水率e和入值，根据式（1-5）计算土壤水扩散率D（e）,计算结果见表1-4,绘制土壤水扩散率D（e）与体积含水率e的关系曲线，见图1-6。D(0)二1-5)式中:D（e）为土壤水扩散率，cm2/min；入为Boltzmann变换参数,cm/mini/2；e为土壤体积含水率，%。由于在一般情况下，e和入的关系难以表达成—解析式，故式（1-5）常改写成差分形式。如表1-4中的第10列。表1-4土壤扩散率D（e）计算表e(%)△△入e(%)△△入e入AX△尢A0 A0Xae0.92.966--------1.120.0.10.023.5736181-1.0521.5421.54-0.98.8-0.-0.-0.32.44571802011.049.2530.790.090.74.8-0.-0.-0.37.27831703030.874.1834.970.4840.640.63.3-0.-0.-0.0.712.4037.370.7240.572.014-0.04-0.04-0.42.68441005050.591.2038.570.880.50.1-0.-0.-0.42.80420105050.540.0638.630.950.33.9-0.-0.-0.46.73232105050.431.6840.321.050.30.4-0.-0.-0.47310.1440.461.140.21.1-0.-0.-0.48.32340706060.260.3040.751.210.10.9-0.-0.-0.49.26740606060.200.1940.941.260.01.6-0.-0.-0.50.90641106060.110.1941.131.310.00.9-0.-0.-0.51.80000607070.030.0341.161.36(注：表中第2列入的值，可根据体积含水率e和入的拟合曲线求出)y=2.70391n(x)-9.2901R2=0.99230.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00体积含水率0y=2.70391n(x)-9.2901R2=0.99230.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00体积含水率0(%)0.0025.00图1-6土壤水扩散率D(e)与体积含水率e的关系曲线5、