[发明专利]一种多环水分入渗测试系统和方法

说明书

本申请公开了一种多环水分入渗测试系统和方法，涉及野外土壤入渗试验技术领域，该系统包括马氏瓶、调节水头升降机、称重传感器、无纸记录仪、多环入渗装置以及入土敲打装置，其中，所述多环入渗装置包括多个同心设置的单体环，所述单体环具有不同直径；两个所述马氏瓶，均设置于所述调节水头升降机上，用于根据预设水头，分别向目标双环内供水；所述目标双环为与试验方案双环尺寸对应的所述多环入渗装置中的两个单体环；所述入土敲打装置用于在外力作用下将所述目标双环均匀压入试验土壤。本申请实施例可以实现任意双环的组合，能够满足不同内外环组合对水分入渗影响的试验需求，具有组合拆卸方便、水头可调以及数据自动采集传输等优点。

技术领域

本申请涉及野外土壤入渗试验技术领域，具体涉及一种多环水分入渗测试系统和方法。

背景技术

土壤入渗特性是评价土壤涵养水源和抗侵蚀能力的重要指标，确定田间尺度上的土壤导水率需要大量的野外试验。受许多因素影响，土壤入渗具有很强的时空变异性，这增加了土壤入渗准确测定的难度。在众多土壤入渗测定方法中，双环法是应用最为广泛，是测定田间土壤渗透系数最为经典的一种仪器。由于外环促进了内环中水体的垂向入渗作用，减少了内环水体侧渗所带来的误差。因此相较于单环法，双环法测量精度普遍较高。然而，双环法测量结果除了受地形条件、土地利用等因素的影响，双环入渗仪的几何尺寸会影响土壤入渗速率测定的准确性。这是由于双环入渗过程中的侧向流动或入渗环壁对大孔隙的阻隔作用等,入渗仪的几何尺寸会影响测量的准确性。众多研究表明直径较小的入渗环测定的入渗率较大,且较早达到稳态，而平均入渗速率随着测量尺寸的增加而增大，其原因主要是相对于小环内垂直入渗,侧向流所占比重较大。

双环入渗仪除上述入渗率的测量精度问题外，还存在以下不足：一是内、外环的安装难以保持同心，这会影响内环的三维入渗效应，进而影响内环入渗率特性。二是环体在敲击入土的过程中由于受力不均匀导致环体倾斜，如果不对环体人工修正，则倾斜的环体会导致实际过水断面的减小，造成测量结果偏大。反之对倾斜环体人工修正，在扭动环体时容易在环壁与土体间产生微裂隙，进而影响水分在垂向上的入渗规律。三是内外环直径比例(即缓冲指标，用来表征入渗过程中,外环对减少内环入渗的侧向水流的影响程度)对测定结果有较大的影响。同一区域，不同尺寸的内外环直径可导致入渗率测定结果变幅可达两个数量级。

双环入渗仪的发展过程经历了电极接触测量法、马氏瓶测液位测量法、高密度电阻率测量法的过程。接触式电容或电阻深度计对水质敏感并易受腐蚀，导致过度维护和校准，另外该装置需要液位变化5mm以上才会触发该电极接触式液位传感器开关，因此精度较低。采用安装在马氏瓶上的红外液位测量传感器测量液位随时间的变化，测量精度受马氏瓶截面积影响较大，截面积越大精度越小，同时采用的液位传感器电阻易受温度的影响。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，它以土壤的导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下土壤中传导电流分布规律来反演入渗过程。高密度双环入渗方法实现了野外数据采集的自动化和可视化监测。然而由于其数学理论基础为试验场地水平且地下半空间为均匀、无限和各向同性介质，因此对于野外空间异质性土壤其测量精度较差。另外野外测量时需要在观测剖面的各测点上布置几十至上百根电极，大量插入土壤的电极会对试验土壤剖面产生极大的扰动，不能真实反映原状土的入渗过程，使其应用范围受到限制。

发明内容

本申请实施例提供一种多环水分入渗测试系统和方法，具有组合拆卸方便、水头可调以及数据自动采集传输等优点，可以同时满足不同尺寸的双环对水分入渗影响的试验需求。

为了解决上述问题，本申请实施例公开了一种多环水分入渗测试系统，包括：

马氏瓶、调节水头升降机、称重传感器、无纸记录仪、多环入渗装置以及入土敲打装置，所述多环入渗装置包括多个同心设置的单体环，所述单体环具有不同直径；

两个所述马氏瓶，均设置于所述调节水头升降机上，用于根据预设水头，分别向目标双环内供水；其中，所述目标双环为与试验方案双环尺寸对应的所述多环入渗装置中的两个单体环，；