[发明专利]一种圆盘式非饱和土壤水分扩散仪

说明书

技术领域

本发明属于土壤学、土力学和水土保持学研究领域，涉及土壤非饱和水分扩散率的测定方法和装置，特别涉及一种可同时测定多个土壤的圆盘式非饱和土壤水分扩散仪。

背景技术

世界陆地面积的40％都处于干旱半干旱地区，水资源短缺制约着这些地区的工农业发展，并引发许多生态问题。土壤水分不仅提供植物生长所需水分，还担当着运输各种营养元素的载体，它对于植被生态系统的构建、演替起着关键性作用，因此揭示土壤水分运动特征和合理调控土壤水分状况是农业生产、生态环境建设的基础。

土壤水分运动有饱和运动和非饱和运动两种，且都服从达西定律，但非饱和土壤水分具有自己独特的运移规律，而对于干旱半干旱地区更具有研究意义。所以国内外学者就非饱和土壤水分运动进行了大量的研究，并逐步由简单的试验研究发展为利用数学模型来模拟预测。而数学模拟的准确性直接取决于所涉及的水力参数的可靠性和精确度。非饱和土壤水分运动所涉及的水力参数主要是土壤水分特征曲线、非饱和导水率和扩散率。近年来土壤非饱和扩散率参数的获得受到广泛关注，其中较常用的水平入渗法是bruce和klute(1956)在Boltzmann变换基础上通过测定土壤含水量随土柱的变化分布列表计算出来的。1968年Cassel等提出了一种根据一定时间内水分再分布过程中土壤含水量的分布情况来求土壤的水分扩散率，这种方法需要测定土壤含水量随时间的分布，同时要求强大量的数据计算和实验时间。Clothier等(1983)利用Philip解析法提出一个描述土壤水分分布的拟合函 数，这样不需要获得水分分布曲线斜率就可以计算出土壤的水分扩散率，使方法简单化。然而Clothier等拟合函数并不是对每种土壤都适用。Shao和Horton(1996)利用广义相似理论代替Boltzmann变换来估算水分的水平入渗和再分布过程，进而推求出土壤非饱和扩散率。以上方法在实际操作和计算过程中都存在费时、费力、推算过程复杂等缺点。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，根据柱坐标系中土壤水分运动基本方程提供一种可以同时测定多个土壤样品的圆盘式非饱和土壤水分扩散率测定仪，该测定仪可以同时测定6个土壤样品的非饱和扩散率，既能够提高试验效率又精简了大量的数学计算过程。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种圆盘式非饱和土壤水分扩散仪，其特征在于，该仪器由水分供给器和土壤水分扩散圆盘组成，其中：

水分供给器，用于给圆盘中土样提供水分，该水分供给器是一个有机玻璃管，有机玻璃管上有进水口和出水口，进水口位于有机玻璃管顶部，出水口位于有机玻璃管的侧壁下端，出水口处配有旋转阀门；

土壤水分扩散圆盘，用于放置被测土壤样品，该土壤水分扩散圆盘由3个同心圆环组成，中心的同心圆环与水分供给器相连，为测试土样提供具有恒定水头的水源，中心的同心圆环外层的两个同心圆环等分成六个区，其中中间的同心圆环用于安装过滤介质，最外层的同心圆环放置测试土样。

本发明的圆盘式非饱和土壤水分扩散仪具备以下功能：

1)同时测定多个土壤样品的扩散率，较传统水平土柱扩散仪提高工作效率6倍；

2)土壤样品可设置重复，提高测定精度；

3)进水端面积小，单位时间进水量少，便于土壤在非饱和条件下充分扩散。

附图说明

图1是本发明的装置剖面结构示意图；

图2是土壤水分扩散圆盘立体示意图；

图3是实验结束时三种土样土壤含水量在径向上的分布图；

图4是三种土样θ和λ的关系图；

以下结合附图和装置的工作原理和过程对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

参见图1，本发明的圆盘式非饱和土壤水分扩散仪由水分供给器和土壤水分扩散圆盘两部分组成，其中：

水分供给器，采用有机玻璃管，利用马氏瓶原理用于给土壤圆盘提供具有恒定水头的水源，用于给圆盘中土样提供水分，该供给器为可以装水的有机玻璃管1，有机玻璃管1的顶部有一进水口，有机玻璃管1的侧壁下端有一出水口，出水口处配有旋转阀门，用来控制通水和停水，应用马氏瓶原理维持恒定的水头；