[发明专利]一种瞬态三维土壤导气率测算方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及土壤物理学领域，特别涉及一种瞬态三维土壤导气率测算方法及测试装置。

背景技术

导气率是所有土壤气流模拟中最重要的参数之一，早在一百多年前导气率就被看作是土壤重要的特征指标，导气率状况在土壤结构及结构稳定性研究中非常重要，并且土壤导气率与土壤饱和导水率之间存在密切的关系，往往作为土壤饱和导水率的替代指标。从供气情况看，测量多孔介质（土壤、沥青、混凝土等）导气率的方法可分为两大类，一类为稳态气流测量方法（以下简称为稳态法），一类为瞬态气流测量方法（以下简称为瞬态法）。其中稳态法的出现较早，理论上也更为完善，研究人员已给出在一维和三维边界条件下多孔介质导气率的稳态计算模型。稳态法因为要维持稳定的供气压力△P及稳定的气体通量                                                ，一般需要空气压缩机或者气泵等供气装备提供稳定可控的气流和供气压力，同时需要精确的气体流量计来观测气体流量，因而导致稳定法测量装置结构复杂、价格高昂，并且在野外应用时往往因缺少电源而非常不便。

与稳态法相比，瞬态法出现较晚。然而，瞬态法具有稳态法无法比拟的巨大优势，主要体现在以下两点：①设备构造简单、价格低廉。测量导气率时，瞬态法不需要稳定的供气压力△P及稳定的气体通量，仅仅需要测量瞬时供气压力△P（t）的动态过程，无需对气体通量进行观测，因此不需要空气压缩机或者气泵等供气装备，用普通打气筒即可满足供气要求；②不需电源，适合野外观测。瞬态法观测设备易于携带和运输，不需要电源供电，因此特别适合于偏远野外的土壤导气率现场测量。由于瞬态法出现较晚，其理论基础发展并不完善，目前仅给出了一维边界条件下导气率的计算模型，缺乏野外原位观测对应的三维边界下的测算方法。尽管可以通过取原状土的方法，在一维条件下进行瞬态法测量，但取土时带来的人为扰动，影响其测量精度和可靠性。  

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种瞬态三维土壤导气率测算方法。

本发明的另一目的是提供一种瞬态三维土壤导气率测试装置。

本发明主要解决现有的一维条件下进行瞬态法测量，其取土时带来的人为扰动，影响其测量精度和可靠性等问题。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种瞬态三维土壤导气率测试装置，其特殊之处在于它包括供气部分、测管部分和气压计部分，测管部分包括圆柱形测管上设橡皮塞，橡皮塞上设导气管，导气管上通过第一连接软管与三通连接；供气部分通过第二连接软管与测管部分的三通的一个支管连接，气压计部分通过第三连接软管与测管部分的三通的另一个支管连接，各连接部分密封不漏气。

本发明的一种瞬态三维土壤导气率测试装置，其所述的气压计部分为压力表或U型管测压计；当气压计部分为U型管测压计，U型管测压计的一端通过第三连接软管与测管部分的三通的另一个支管密封连接。

本发明的一种瞬态三维土壤导气率测试装置，其所述的供气部分为打气筒、供气泵、真空泵或人工吹吸气；当供气部分为打气筒，打气筒上带开关阀门和气门嘴，气门嘴通过第二连接软管与测管部分的三通的一个支管密封连接。

采用上述测试装置的瞬态三维土壤导气率测算方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

a选定一待测点，把一直径为D高为H的圆柱形测管垂直打入地下一定深度h处，测管的一部分(H-h)在地面以上，一般为10-20cm；

b检查各连接处密封不漏气，由供气部分连续向测管供气，直到测管内封闭的气体压力到达预定值停止供气，保持测管内的气体不会流出；

c从测管内封闭的气体压力到达预定值开始计时，观测管内封闭气体压力P(t)的动态，并做好记录；以为因变量，时间t为自变量，分析~t的关系，确定二者之间所呈直线的斜率S，将其代入公式即可计算出所测位置土壤的导气率。

本发明所述的一种瞬态三维土壤导气率测算方法及测试装置与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步：1、土壤导气率的测量在野外原位进行，对土壤扰动性极小，所测结果真实反映了土壤的实际导气状况； 2、系统结构简单、易于操作，成本远远低于目前常用的测量设备，且使用和管理维修方便。

附图说明：

图1为本发明的构造连接示意图；

图2为一维边界土壤导气率测量工况；

图3为三维边界土壤导气率测量工况。

具体实施方式：

为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明。