农水课程实验指导

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1、室内非饱和土壤渗吸实验一、相关知识点降雨和灌溉是补充农川水分的主要来源。入渗速度、总量和入渗后剖而上土壤含水率的分布，对拟定农田水分状况的调节措施有重要意义。在地面形成一定水层的入渗称为冇压入渗，对于均质土的入渗强度，菲利普根据严格的数学推导,求得入渗速度（即渗吸速度）的近似式为：s-丄i=-t2+if（1）2（式中：2•为『时刻的入渗速度；S为与土壤初始含水率、质地有关的特性常数，称为吸水率；-为稳定入渗速度，即饱和土壤渗透系数。S-丄式（1）表明：在入渗初期，r较小时，入渗速度i值比较大，此时2»if,27随

2、着入渗时间增加，，逐渐减小，/值足够大时，考斯加可夫根据野外实测资料的分析，发现入渗强度（渗吸速度）与吋间呈指数关系，其形式为：••—dl=l^（2）式•!•：为第一个单位吋间的人渗强度；。为反映土壤性质与人渗初始时土壤含水率的经验常数。饱和与非饱和土壤水运动均服从达西定律，所不同者，在饱和情况下，认为渗透系数是常量；而在非饱和情况下，渗透系数是变量，其值随土壤含水率而异,含水率愈低，渗透系数愈小。入渗初期，表土首先被湿润，湿锋逐渐向下部土层推进。表土处，水力坡降近似地写成差分形式为：dZAZa一(Az+/?)a

3、+AZ一hAzAZ(3)式中：。为土表面水层的厚度，力为AZ处的压力势（对于非饱和土壤，其水势为土壤基质势，为负值）。入渗初期，土壤远未饱和，仍貝•有较大的吸力，即力为较大的负值，水力坡降J远大于1,因而i值较大，随着表土含水率的增大，土壤吸力减小，「值也随之减小，在吸力为零时，此时的人渗速度即接近土壤的饱和渗透系数K值。由于水流的运动方向是垂直向卜・，因而所测得的渗透系数为垂向渗透系数值。二、实验目的(1)观测积水条件卜•土壤入渗过程，包括累积入渗量和湿润峰变化规律；(2)测定渗吸速度随时间变化规律；(3)根据

4、土壤渗吸速度公式，通过实验资料求解土壤水分运动参数；(4)熟悉相关实验装置的工作原理及测试方法。三、实验任务与要求1.实验任务模拟在2〜3cm积水入渗条件下，了解一维土柱垂直入渗规律，掌握维土柱垂直入渗法测定土壤渗透系数的方法，数据整理与计算分析方法。2.实验要求(1)试验土柱装土均匀；_(2)积水水头为2cm,变幅不超过±0.5cm；(3)利用实测入渗资料，推求渗吸速度与时间关系的经验公式；四、实验设备和装•・・iii(4)了解马氏瓶工作原理及量水技术。1.有机玻璃土柱1个，直径4.5cm,长度19cm；2.马

5、氏瓶1个；3.其他设备：支架1个，固定马氏瓶；秒表1只，止水夹1个，量杯1个,橡胶管1段。整个装置见图1所示。五、实验方法和步骤1.实验方法：采用一维垂直土柱入渗法测定。2.试验步骤(1)装土：土样按要求容重分层装入土柱。为使装土均匀，土样应分层填装,每装一层，用橡皮锤捣实，表面刮毛，再装下一层；每次填土厚度3cm,共填装5次。(2)准备积水：根据土柱表面拟控制的水层厚度及土柱直径计算出需蓄水体积，准备相应水量于量杯屮待用。(3)马氏瓶装水：了解马氏瓶工作原理，通过马氏瓶下部进水孔向瓶内装水。(4)调整马氏瓶：调

6、整马氏瓶位置，使进气管口高度位于土样表面拟控制水位处，将其固定于支架上；打开马氏瓶卞部进水孔橡胶管，使内外压力平衡；通过橡胶管上的止水夹关闭马氏瓶，并记卜•原始读数。(4)开始入渗：各项工作准备就绪后，将备于量杯中的水倒入十•柱(动作要轻，以防冲动土样)后，立即打开马氏瓶止水夹，同吋开始计吋，实验即正式开始。(5)记录：在初始时入渗速度快，一般每10秒记录马氏瓶水位读数、测定土壤湿润峰位置及相应时间。以后随入渗速度减小，读数间隔可逐渐加大。实验至入渗锋距离底部5-10cm吋即可停止。记录格式见表1。表1实验资料记

7、录表时间水位刻度(cm)累积入渗量I(cm)渗吸速度i(cm/min)湿润峰距离F(cm)入渗时刻入渗时间(min)备注：第一行在水位刻度处应填入试验开始时马氏瓶初始水位读数。六、注意事项(1)装土时每次填土厚度、捣实次数及用力程度要一致，以保证装土均匀；(2)将量杯中的水倒入土柱时，动作要轻，以防冲动土样，可以事先在土样表层放一张与土柱直径相等的滤纸；(3)倒水的同吋按下秒表，因此需要多人配合；(4)读数记录都要准确无误，发现界常情况，要及时与老师或实验室有关人员联系。七、实验成果分析处理1.根据菲利普公式2

8、计算吸水率S和稳定入渗率if。(1)将实验值i,t点绘于方格纸上，当入渗率随时间变化很小时的入渗率即为稳定入渗速度if。⑵由实验初期资料求S值，两种方法分别为:a）由初期入渗量Z由"2可见，实验初期i很大广沪远远大lgf=lg———lgz于if；因而将if忽略不计，对菲利普公式取对数，得22.所以将初期资料i〜t点绘于双对数纸上，通过点群作一斜线如图1-3所示。直线截距则