[发明专利]利用雾化原理测定土壤吸水曲线新方法及测定装置

说明书

技术领域

本发明属于土壤水运动研究领域，涉及一种土壤水分特征曲线的测定方法，特别涉及一种土壤吸湿过程的土壤水特征曲线的新测定方法及其测定装置。

背景技术

土壤基质势(吸力)随土壤含水量不同而变化。土壤水分特征曲线表明了非饱和状态下土壤水的能态与土壤水含量之间的关系，通过水分特征曲线可对土壤的含水量和基质势进行相互换算，计算土壤中当量孔径的分布和比水容量，对于认识土壤的基本特性和研究土壤水保持与运动都有十分重要的作用。

但许多实验表明，对同一种土壤，在恒温条件下测得的水分特征曲线并不是单一的曲线，在土壤吸湿过程和脱湿过程中测得的土壤水特征曲线是不同的，这称为土壤水特征曲线的滞后效应。

土壤水分的滞后效应对于土壤水分运动过程的影响是相当显著的。滞后效应会影响蒸发条件下的土壤水分运动及其再分布过程，而且对入渗产流也会产生影响。刘贤赵(2001)对黄土高原沟壑区典型小流域坡地天然降雨入渗-产流研究表明，滞后效应对提高土壤水入渗性能和增加土壤蓄水具有积极的重要作用。Nielsen(1973)研究表明空间变异导致的土壤含水量平均误差为5％，而Royer(1975)通过野外实测资料证明，滞后效应所影响的含水率的变幅为10％，远大于空间变异的影响；沈荣开等(1988)研究显示在间歇入渗情况下，考虑滞后效应的模拟结果有更好的精度，考虑滞后与否与实测资料的拟合程度差异较大。

土壤水分滞后效应的存在，影响土壤水分通量及准确计算土壤水运动参数(包括导水率、扩散率和比水容重)，从而影响土壤-植物-大气系统(简称SPAC)中的非饱和流运动，尤其是“降水-土壤水-地下水”的三水转换过程。因而，摸清土壤水分运动的滞后机理，确定土壤水分特征曲线，探索考虑土壤水滞后特征的土壤水分运动过程，对于认识“三水”水量转换关系、准确评价地下水资源、开展农业高效用水和水土保持工作，起着关键性的作用。

对土壤水分特征曲线的测定，理论上至少应该包括吸水曲线和脱水曲线的测定。用增加吸力、逐渐脱水的方法，得到的为脱水曲线；用降低吸力、逐渐加水的方法，得到的为吸水曲线。目前测定方法一般有张力计法、砂芯漏斗法、平衡水汽压法、离心机法、压力膜法等。张力计法能较直观地测出土壤基质势和土壤含水量，可在室内测定扰动土样和原装土样的特征，也可在田间测定，但由于张力计测定的吸力范围为0～0.08MPa，故此法只能测定低吸力范围的水分特征曲线。砂芯漏斗法装置简单，容易实现，但此法只适用于室内土样的测定，且其能获得的最大吸力只有0.1MPa。平衡水汽压法关键是要精确测定密封容器中的相对湿度，否则会带来很大误差，必须用灵敏度很高的势电偶湿度计进行测定。测定过程中，恒温、密封条件的要求也比较高，故所需要的设备条件比较高，但其测定的土水势范围较宽，可测-0.05MPa～-7MPa。离心机法重复性较好，压力膜法观测范围较宽(0～1.5MPa)，但两种方法均只能测得脱水曲线。

上述方法中，只有张力计法和砂芯漏斗法能测定吸湿条件下的水分特征曲线，但它们测定土水势的范围都很窄，不能全面反映土壤水分特征曲线的变化。此外，在供水条件上，张力计法通过陶土杯吸收水分，陶土杯附近吸水量大，往外水量明显递减，容易造成水量空间分布不均匀，局部出现瞬间饱和水流；而砂芯漏斗法通过陶土多孔板传导水量，也容易造成土样底部出现饱和水。目前土壤水分特征曲线的测定大多数仅局限于脱水曲线，因为滞后效应的测定困难且特别费时，要在一个比较宽的水分条件下同时测定吸力和含水量，这在野外条件下，尤其是干旱地区的土壤是很难创造的，因此，土壤水分特征曲线的滞后效应多从室内研究得到。

因此，需要开发一种能解决土壤在吸水过程中出现瞬间饱和流问题，且测定的土水势范围足够宽的新仪器，能实现连续测定吸水曲线和脱水曲线，准确描绘考虑滞后效应的土壤水分特征曲线。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有土壤吸水曲线的测定方法少、测定土水势范围有限、土壤吸水易出现局部瞬间饱和水流等问题，提供一种考虑滞后效应的土壤水分特征曲线的完整测定方法及装置。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案是：对吸水曲线的测定，利用压力装置定量控制土样的压力(土水势)，同时利用超声雾化装置和均匀加湿装置实现土样的均匀吸水过程，避免局部出现饱和水流，保证吸水曲线的测定精度，其特征在于，该装置包括：