[发明专利]结构性差异非饱和土壤水动力弥散系数现场测定方法

权利要求书

1.一种结构性差异非饱和土壤水动力弥散系数现场测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在试验区垂直方向按一定深度与距离安装土壤基质势测量传感器，以观测不同深度位置土壤水的基质势变化；

(2)在试验区对应土壤基质势传感器布设深度取样，采用土壤粒径分析仪测定土壤粒径分布以及容量，确定土壤结构；对于不同结构的土壤，其水动力弥散系数不同；

(3)设定对试验区进行灌注的土壤溶液浓度，在试验区内以定水头淹灌，在试验区外围进行相同的处理，保障试验区的溶质迁移不受边界条件的影响；淹灌一段时间后覆盖地表，以防蒸发，让土壤中的水分和溶质运动进入再分布状态；

(4)对步骤(3)中水分和溶质再分布过程中不同时刻，通过土壤基质势传感器和溶质浓度测定传感器，对传感器埋设位置的土壤基质势以及土壤溶液浓度随时间的变化过程进行测定；并根据土壤水分特征曲线分析，确定各时刻各位置的土壤含水率；

(5)根据步骤(4)中的实验结果点绘两个不同时刻土壤含水率和土壤溶质浓度的剖面分布曲线图，从剖面分布曲线利用非饱和弥散系数的计算公式，求得不同土壤的非饱和土壤水动力弥散系数；所述非饱和弥散系数的计算公式为：

其中，

其中，D为非饱和弥散系数；θ为土壤含水率；S为溶质质量；ρ为土壤容重，是指单位体积的土壤质量，随土壤含水率变化)；q为水分运动通量；J为溶质质量通量；上标i和下标j分别表示时间和位置；t表示时间坐标，z表示垂直位置坐标，△t表示时间变量，△z表示位置变量；

上标和下标中的1/2分别表示相邻时刻，和相邻位置的算数或几何平均值，各参数的具体含义为：

表示在土壤容重ρ在z_i和z_i+1位置，以及t_j和t_j+1时刻的算数或几何平均值：

或

同理，由同一位置点z_i+1在两个时刻t_j和t_j+1的算术或几何平均值：或

由同一位置点z_i+1在两个时刻t_j和t_j+1的算术或几何平均值：或

由同一位置点z_i+1在两个时刻t_j和t_j+1的算术或几何平均值：或

由同一时刻t_j+1在两个位置点z_i和z_i+1的算术或几何平均值：或

由同一时刻t_j在两个位置点z_i和z_i+1的S算术或几何平均值：或

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：

所述的非饱和弥散系数测量方法的原理为：

一维非饱和溶质迁移方程为：

式中，J为质量通量，表示为：

其中，θ为体积含水率，c为溶液浓度，t为时间，D为弥散系数，z为垂直位置坐标，q为水分运动通量；由水流连续方程得：

式(3)两边积分，得：

式(5)左边可表示为：

J_i^j表示z_i处t_j时刻的质量通量；式(5)右边采用一阶积分近似，得：

对(5)时间导数采用中心差分近似，得：

△t＝t_j+1-t_j，△z＝z_i+1-z_i；

综合式(1)～式(7)得：

由式(5)得：

由式(8)和式(9)得：

采用溶质质量表示土壤含水率和溶液浓度的乘积，并进行微分展开，得：

式(11)为非饱和弥散系数的计算公式。