[发明专利]非饱和土壤紊散动力学系数测定方法及装置

说明书

本发明一种非饱和土壤紊散动力学系数测定方法及装置，该方法包括以下步骤：进行土样装填；按照一定间隔布设监测位点，各监测位点均布设土壤基质势监测系统和土壤示踪溶质浓度监测系统，用于对各监测位点的土壤含水率变化以及土壤中示踪溶质浓度变化进行连续监测；划分断面，测定各断面上、下边界土壤基质势确定水势差和各断面的水分运动通量；根据各断面水分运动通量，计算任一时刻t的平均断面水分通量；将土壤负压转化为土壤含水率，进一步耦合测定的断面平均水分通量，最终通过公式求得各测试位点的溶质迁移的紊散动力学系数。本发明建立数学模型，易于操作、测量精度高，实验模型容易搭建，条件易于实现，样本丰富多样，结果直观。

技术领域

本发明属于土壤质量检测技术领域，具体的说是一种非饱和土壤紊散动力学系数测定方法及装置。

背景技术

随着农业生产的发展和科学技术水平的提高，要求农田合理施肥，经济灌溉和有效预测、控制土壤盐碱化，防治农药，化肥及废水灌溉引起的土壤和地下水污染，以及土壤溶质随地表径流迁移，引起水环境污染和土壤生产力降低，已经成为当今世界普遍关注的问题。对此研究涉及到的对土壤溶质的研究。对土壤溶质研究最广泛的是利用数学模型，模拟土壤溶质运动，其中，水动力弥散系数是不可或缺的参数之一。

溶解于土壤水的物质(化肥、农药、盐分、污染物等)在土壤空隙中运移，称之为土壤溶质运移。促使可溶性物质在土壤中运移的机制有：质流(也称对流)，水动力弥散。水动力弥散系数是表征一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数。在宏观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。包括机械弥散系数与分子扩散系数。是土壤水盐运移的一个重要参数。

非饱和土壤紊散动力学系数是化肥、农药在农田的移动规律、盐碱地水盐运动检测、地下水资源保护中不可缺少的参数。目前，虽然有关饱和条件下土壤弥散系数溶质运移各类参数的测定已较为成熟，但非饱和条件下由于土壤中实际孔隙流速随含水率的变化表现出数量级的变化，以及非饱和条件下溶质迁移非线性驱动机制，由于各类问题本身的复杂特性，使得对水动力紊散系数参数的测定相当困难，需要发展测试理论和测试技术。

国内外测定非饱和土壤弥散动力学系数的方法有：公式法、水平土柱吸渗法、瞬时剖面法。这些方法的不同在于测试的边界条件和控制过程的差异，以及与边界条件和控制过程对应的解析方法的差异，然而就测试理念来说，并没有差异，都是测定能够表述溶质迁移所表现出的宏观特性的等效参数，而不是正真意义的参数。而对等效参数，仅适合在与测试条件下相似的情况下，使用参数描述土壤中的溶质迁移，而当实际土壤条件与测试条件有较大差异的情况下，参数的适用性则显著降低。而本项研究提出的非饱和土壤水动力紊散参数测定方法则能够有效的解决这一问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种非饱和土壤紊散动力学系数测定的方法，具有操作简便、费用低、测定周期短、误差小的特点。

本发明的方法所采用的技术方案是：

一种非饱和土壤紊散动力学系数测定的方法，包括以下步骤：

步骤1：进行土样装填，在装填过程中，通过土壤初始含水率控制，土壤容重控制和土壤非饱和渗透性控制消除土壤分层和各断面不均匀现象；

步骤2：根据土样的质地，以及水流在土壤中的流动速度，按照一定间隔(5-10cm)布设监测位点，各监测位点均布设土壤基质势监测系统和土壤示踪溶质浓度监测系统，用于对各监测位点的土壤含水率变化以及土壤中示踪溶质浓度变化进行连续监测；

步骤3：基于各监测位点进行断面划分，各断面位于相邻两个监测位点中间位置，将各断面相邻的上、下监测位点所在断面分别作为各断面的上、下边界，通过各断面上、下边界的土壤基质势监测系统测定的土壤基质势确定水势差(负压坡降)，然后采用达西定律确定各断面的水分运动通量；