一种室内土壤入渗速率测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土壤水平衡和水土保持观测技术领域，尤其涉及一种室内土壤入渗速率测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]入渗是土壤的基本物理性状，与降雨产流、土壤侵蚀、非点源污染等密切相关。土壤入渗速率作为一个重要的参数对局部地区洪水预报、土壤侵蚀预测预报以及相关水土保持措施的制定起着决定性的作用，因此快速、准确测定土壤入渗速率具有重要的意义。
[0003]目前，在室内多采用定水头法来测定土壤的入渗速率。当土壤的入渗速率保持不变时则认为达到了稳渗状态，此时的入渗速率即为土壤的稳渗速率。
[0004]现有的室内定水头法往往通过排水法来记录水分透过环刀内土样滴落的水滴量和水滴滴落的时间间隔来计算土壤渗透速率，假如相同时间内滴落的水量相等则证明已经达到稳渗状态。然而由于水分从土壤底面开始渗出到形成水滴再到水滴滴落需要一定的时间，这个时间可以是几秒到几十秒不等。且形成的水滴体积在较短的时间间隔内变化不大，难以准确测量，因此观察是否达到稳渗所用的时间间隔较大，一般为Imin到5min。所以用这种方法在判定土壤达到稳渗的时刻、测量入渗时间及入渗量方面存在较大误差，继而使得土壤入渗速率的测量存在较大误差。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明实施例提供一种室内土壤入渗速率测量装置及方法，能够解决现有技术中土壤入渗速率的测量存在较大误差的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0007]一方面，本发明提出了一种室内土壤入渗速率测量装置，包括:
[0008]定水头供水装置、环刀、过滤网、水分采集测量装置、铁架台、储水容器和计时器；其中，
[0009]所述定水头供水装置的供水口与所述环刀上部紧密结合；
[0010]所述环刀，用于放置土壤样品；
[0011]所述过滤网，置于所述环刀底部，与所述环刀底面紧密接触，用于防止水分入渗过程中土粒掉落在所述水分采集装置；
[0012]所述水分采集测量装置，置于所述过滤网下部，用于测量土壤入渗水量；
[0013]所述铁架台，置于所述水分采集测量装置底部，用于固定所述定水头供水装置、所述环刀以及所述过滤网；
[0014]所述储水容器，用于接收所述定水头供水装置排出的水；
[0015]所述计时器，用于判定土壤入渗时刻和土壤达到稳渗的时刻。
[0016]本发明实施例提供的室内土壤入渗速率测量装置，在土壤底面刚刚有水渗出还未形成水滴时通过水分采集测量装置将水进行吸附，并可以及时读取水分采集测量装置显示的不同时刻土壤入渗水的总量，可以通过判断水分采集测量装置示数增加速率是否稳定来及时判定土壤是否达到稳定状态，观察示数变化的时间间隔相比现有方法小了很多，也更为精确，可以通过几秒内水分采集测量装置示数增量是否一致来作为土壤达到稳渗状态的判定条件，解决了现有技术在判定土壤达到稳渗的时刻、测量入渗时间及入渗量方面存在较大误差的问题，因而解决了现有技术中土壤入渗速率的测量存在较大误差的问题。
[0017]一方面，本发明提出了一种室内土壤入渗速率测量方法，包括:
[0018]对所述的室内土壤入渗速率测量装置进行安装；
[0019]对所述电子天平进行调零；
[0020]利用所述定水头供水装置供水，并使水进入所述环刀放置的土壤样品中；
[0021]通过所述计时器进行计时，并当连续第一阈值个预设时间间隔At的土壤入渗水量的增量Λ Q 一致时，按照公式V = Λ Q/ Λ t计算土壤入渗速率。
[0022]本发明实施例提供的室内土壤入渗速率测量方法，使用室内土壤入渗速率测量装置，在土壤底面刚刚有水渗出还未形成水滴时通过水分采集测量装置将水进行吸附，并可以及时读取水分采集测量装置显示的不同时刻土壤入渗水的总量，可以通过判断水分采集测量装置示数增加速率是否稳定来及时判定土壤是否达到稳定状态，观察示数变化的时间间隔相比现有方法小了很多，也更为精确，可以通过几秒内水分采集测量装置示数增量是否一致来作为土壤达到稳渗状态的判定条件，解决了现有技术在判定土壤达到稳渗的时亥IJ、测量入渗时间及入渗量方面存在较大误差的问题，因而解决了现有技术中土壤入渗速率的测量存在较大误差的问题。
【附图说明】
[0023]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0024]图1为本发明室内土壤入渗速率测量装置一实施例的部分结构示意图；
[0025]图2为图1中圆形盛水箱与环刀接口一实施例的纵切面示意图；
[0026]图3为图1中水分采集测量装置一实施例的部分结构示意图；
[0027]图4为本发明室内土壤入渗速率测量方法一实施例的流程示意图；
[0028]图5为图4中S4—实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0030]参看图1，本发明的实施例提供一种室内土壤入渗速率测量装置，包括:定水头供水装置、环刀、过滤网、水分采集测量装置、铁架台、储水容器和计时器；其中，
[0031]所述定水头供水装置的供水口与所述环刀上部紧密结合；
[0032]所述环刀，用于放置土壤样品；
[0033]所述过滤网，置于所述环刀底部，与所述环刀底面紧密接触，用于防止水分入渗过程中土粒掉落在所述水分采集装置；
[0034]所述水分采集测量装置，置于所述过滤网下部，用于测量土壤入渗水量；
[0035]所述铁架台，置于所述水分采集测量装置底部，用于固定所述定水头供水装置、所述环刀以及所述过滤网；
[0036]所述储水容器，用于接收所述定水头供水装置排出的水；
[0037]所述计时器，用于判定土壤入渗时刻和土壤达到稳渗的时刻。
[0038]本实施例中，图1为本发明室内土壤入渗速率测量装置的除计时器外的结构示意图，除计时器外的各个部分分别为:⑴水泵；⑵供水箱；⑶供水管；⑷圆形盛水箱；(5)进水口 ；(6)排水管；(7)环刀；(8)过滤网；(9)海绵；(10)细铁丝网；(11)广口集水桶；
(12)电子天平；(13)底座；(14)纵向支柱；(15)横向铁杆；(16)储水容器；(17)电子显示屏。水泵(1)、供水箱(2)、供水管(3)、圆形盛水箱(4)和排水管(6)组成定水头供水装置，海绵(9)、细铁丝网(10)、广口集水桶(11)和电子天平(12)组成水分采集测量装置，底座
(13)、纵向支柱(14)及三根可上下移动的横向铁杆(15)组成铁架台。
[0039]本发明实施例提供的室内土壤入渗速率测量装置，在土壤底面刚刚有水渗出还未形成水滴时通过水分采集测量装置将水进行吸附，并可以及时读取水分采集测量装置显示的不同时刻土壤入渗水的总量，可以通过判断水分采集测量装置示数增加速率是否稳定来及时判定土壤是否达到稳定状态，观察示数变化的时间间隔相比现有方法小了很多，也更为精确，可以通过几秒内水分采集测量装置示数增量是否一致来作为土壤达到稳渗状态的判定条件，解决了现有技术在判定土壤达到稳渗的时刻、测量入渗时间及入渗量方面存在较大误差的问题，因而解决了现有技术中土壤入渗速率的测量存在较大误差的问题。
[0040]可选地，参看图1和图2，在本发明室内土壤入渗速率测量装置的另一实施例中，所述定水头供水装置，包括:水泵、供水箱、供水管、圆形盛水箱和排水管；其中，
[0041]所述水泵安装在所述供水箱内，通过供水管与圆形盛水箱的进水口连接；
[0042]所述圆形盛水箱的直径与所述环刀一致，下部与所述环刀的上部紧密结合，在侧壁上预定高度处安装有出水口并连接排水管，在侧壁另一高于出水口的位置设置有塞有海绵的进水口。
[0043]本实施例中，圆形盛水箱⑷没有上下底面，进水口(5)处塞有海绵，保证水流平稳流入圆形盛水箱(4)中。所述水泵(I)安装在所述供水箱(2)内，通过供水管(3)与圆形盛水箱(4)的进水口(5)连接，向圆形盛水箱(4)中供水，当水位高过排水管(6)高度时则会自动溢出，从而使水头保持恒定。圆形盛水箱(4)下部与环刀(7)的上部紧密结合，圆形盛水箱(4)与环刀(7)接口的纵切面示意图如图2所示。
[0044]可选地，参看图1和图3，在本发明室内土壤入渗速率测量装置的另一实施例中，所述水分采集测量装置，包括:海绵、细铁丝网、广口集水桶和电子天平；其中，
[0045]所述海绵剪裁成圆柱形，表面覆盖有所述细铁丝网，与所述广口集水桶桶身直径相同，且大于所述圆形盛水箱的直径；
[0046]所述被所述细铁丝网包裹的所述海绵安放在所述广口集水桶的桶口处，上表面与所述过滤网的距离小于预设的距离；
[0047]所述广口集水桶安置在所述电子天平的中心位置，用于存储土壤入渗的水；
[0048]所述电子天平设置有电子显示屏，用于实时显示土壤入渗水量。
[0049]本实施例中，海绵(9)与广口集水桶(11)桶身直径相同，略大于圆形盛水箱(4)及环刀(7)的直径，目的是保证所有入渗的水分均能落在海绵(9)表面上。海绵(9)表面覆盖有细铁丝网(10)，目的在于使海绵(9)保持固定的形状，不至于膨胀并与土壤样品接触，如图3所示。被细铁丝网(10)包裹的海绵(9)安放在广口集水桶(11)的桶口处，当海绵(9)吸水量过多时多余的水量便会滴入广口集水桶(11)中。广口集水桶(11)安置在电子天平(12)上，用于实时记录海绵(9)及广口集水桶(11)中增加的重量，也就是土壤入渗水量。
[0050]可选地，在本发明室内土壤入渗速率测量装置的另一实施例中，所述铁