[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

摘要

本发明提供了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，包括以下步骤：通过土壤粒径分析，确定土壤剖面的结构性差异；基于定水头边界条件使土壤中的水分和溶质进入再分布过程，通过布设传感器测定不同时刻土壤基质势和溶液浓度剖面分布；基于再分布过程中的质量连续性原理提出了土壤水动力弥散系数关系方程，采用中心差分方法，根据两个相邻时刻的测定土壤基质势及溶质浓度分布，确定土壤水动力弥散系数关系方程参数，进而确定不同质地土壤的非饱和水动力弥散系数。本发明方法物理概念明确，计算公式简单，易于操作、测量精度高，实验结果直观，更为重要的是，能够确定存在结构性差异土壤的水动力弥散系数，在该领域具有独创性。

主权项

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