[发明专利]一种测定多孔介质水分特征曲线的方法

说明书

本发明公开了一种测定多孔介质水分特征曲线的方法，包括：将待测多孔介质置于砂箱中；砂箱的一侧设置一可见光光源，另一侧设置一个与待测多孔介质一体的暗箱；可见光光源发出的光线透过待测多孔介质后，被设置于暗箱内的CCD相机接收，并利用相机控制软件Maxlm DL自动记录透射光强度；根据比尔定律，建立透射光强度与待测多孔介质饱和度之间的关系，根据透射光强度求出待测多孔介质每一像素点的饱和度；在砂箱不同深度处埋入张力计，实时记录待测多孔介质中的毛细压力；根据测得的饱和度‑毛细压力关系绘制水分特征曲线。本发明方法测得的水分特征曲线与用传统压力膜法测得的结果非常吻合，能够快速准确地获得待测多孔介质中各点的水分特征曲线。

技术领域

本发明属于水分特征曲线测定技术领域，特别是一种测定多孔介质水分特征曲线的方法。

背景技术

水分特征曲线，又称为持水曲线，是表征多孔介质中毛细压力与含水量、饱和度之间关系的曲线。水分特征曲线在研究非饱和带水分入渗、蒸发及溶质运移过程中扮演着重要角色，根据水分特征曲线可以确定多孔介质的导水系数、水分分布等性质。

为了测定多孔介质的水分特征曲线，人们做了大量努力，发明了数种测量方法。测量水分特征曲线的传统方法为压力膜法，压力膜法需要将饱和状态下的样品在指定压力下加压脱水，同时测定饱和度。由于单次测定耗时过长，且取样时需要破坏样品，所以难以进行长期原位监测。为了克服这些缺点，发明了张力计法，张力计法使用张力计测定多孔介质中的毛细压力，而用中子仪法或γ-射线法或时域反射仪法测定相应的饱和度。张力计法不必采样，可以连续定点监测，但是其垂直分辨率有限。γ-射线法与中子仪法存在潜在辐射危害，使其应用不便，不能广泛应用。相比前两种方法，时域反射仪法的安全性得到了提高，但是由于其探针长度存在下限，致使其测定精度的提高受到阻碍。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测定多孔介质水分特征曲线的方法，本发明方法测得的水分特征曲线与用传统压力膜法测得的结果非常吻合，能够快速准确地获得多孔介质中各点的水分特征曲线。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种测定多孔介质水分特征曲线的方法，包括步骤如下：

将待测多孔介质置于砂箱中；

砂箱的一侧设置一可见光光源，另一侧设置一个与待测多孔介质一体的暗箱；

可见光光源发出的光线透过待测多孔介质后，被设置于暗箱内的CCD相机接收，并利用相机控制软件Maxlm DL自动记录透射光强度；

根据比尔定律，建立透射光强度与待测多孔介质饱和度之间的关系，根据透射光强度求出待测多孔介质每一像素点的饱和度；

在砂箱不同深度处埋入张力计，实时记录待测多孔介质中的毛细压力；

根据测得的饱和度-毛细压力关系绘制待测多孔介质的水分特征曲线。

优选地，所述透射光强度与待测多孔介质饱和度之间的关系为：S_w＝1-ln(I/I_w)/ln(I_res/I_w)，式中：S_w为饱和度；I为实测的透射光强度；I_w为待测多孔介质完全饱水时的透射光强度；I_res为待测多孔介质自由水完全排出，只有残余水时的透射光强度。

优选地，所述测得的饱和度-毛细压力关系用van-genuchten模型拟合，得到待测多孔介质的水分特征曲线，该van-genuchten模型拟合如下：