[发明专利]一种用于测量土壤垂向饱和渗透系数的方法

说明书

技术领域

本发明一种用于测量土壤垂向饱和渗透系数的方法，属于水文测验领域，尤其是一种野外便携式设备测量土壤垂向饱和渗透系数的方法。

技术背景

野外试验测定土壤渗透系数等流域水文地质参数对于研究降水入渗过程、流域产汇流规律具有重要意义。目前野外常用测量渗透系数的方法有：单/双环定水头法，井流法，吸力盘法等。但是上述方法存在如下缺陷：(1)需要大量注水以维持定水头；(2)测量的尺度都比较小。

在单环变水头入渗试验推求土壤渗透系数等水力特征参数的计算方法方面，Philip于1992年基于Green-Ampt入渗模型(简称GA模型)导出了一维变水头GA入渗公式，1993年基于土壤水球面扩散假说及GA模型导出了三维井流变水头入渗公式，并提出了两点法推求土壤吸力(C)与垂向渗透系数(K)的方法。Regalado运用Philip三维井流变水头入渗方法的室内外试验成果，得出了推求C、K的经验公式。Nestingen在Philip研究基础上进一步考虑单环对水流影响，提出了球缺扩散假说，导出了单环变水头入渗试验推求C、K的方法。然而Nestingen方法存在如下概念上的偏差及解法上的缺陷：(1)仅考虑土壤水三维入渗，实际上由于单环插入土壤一定深度，因此土壤水进入三维入渗前需先经历一维入渗；(2)球缺扩散假说只有当作用在湿润峰上的力大小相等且都沿球面法线方向的情况下才成立，而三维土壤入渗水在受重力作用下，湿润峰“受力”不均，因此使用球缺扩散假说需从土壤入渗水中除去重力入渗水；(3)采用差分离散法求解微分方程，其数值计算结果受限于实测资料的精度，容易造成计算结果失真。为此，本发明借鉴Philip及Nestingen有关土壤水运动的研究方法，将非饱和一维入渗与三维入渗水运动相结合，推导出在单环变水头入渗试验中描述单环水深变化过程的公式，提出了推求土壤垂向渗透系数的改进Nestingen方法(Modified Nestingen方法，简称MN方法)。

发明内容

本发明一种用于野外测定土壤垂向饱和渗透系数的方法，该方法具有需水量少，设备简易，操作简单，野外携带方便等优点，并且其半径可变，适用于较大尺度测量土壤渗透系数。

一种用于测量土壤垂向饱和渗透系数的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将单环缓慢均匀插入土壤，记录单环插入土壤的深度；

(2)将土壤含水量测量仪插入单环内的土壤中，测量记录土壤初始含水量；

(3)将自记水位计放入单环内，然后往单环内注水，记录单环水位变化，即时间序列{t_i}及单环内水深变化序列{H_i}；

(4)在单环中水入渗结束时，再用土壤含水量测量仪测定单环内土壤含水量，此时所测得单环内土壤含水量作为土壤饱和含水量；

(5)根据单环变水头入渗试验中水深变化过程的计算原理，将单环内水流入渗分为两个阶段，单环中的一维入渗及出单环后的三维入渗。单环中一维入渗采用一维变水头Green-Ampt入渗模型计算：