[实用新型]一种观测土壤渗透过程并测量渗透速度的装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种观测土壤渗透过程并测量渗透速度的装置，属于土壤学相关学科领域。

背景技术

土壤水分入渗研究是土壤学的重要研究内容之一，土壤水分入渗研究有助于促进基础理论研究的发展，还能为评价地表水和地下水资源，农业灌溉、林业水源涵养等研究提供科学依据。国内外相关研究表明，土壤水分入渗能力主要由土壤渗透速度表征，而测定渗透速度的方法主要有：双环入渗法、野外模拟降雨法、圭夫仪法、室内环刀法和圆盘渗透仪方法，许明祥等（许明祥, 刘国彬, 卜崇峰, 等. 圆盘入渗仪法测定不同利用方式土壤渗透性试验研究[J]. 农业工程学报, 2002, 18(4): 54-58.）曾利用双环渗透法和圆盘渗透仪对黄土丘陵地区林地、农地、灌木、草地、果园不同土壤利用方式下渗透特性进行了对比研究，并比较了两种方法的差异；胡顺军等（胡顺军, 田长彦, 宋郁东, 等. 土壤渗透系数测定与计算方法的探讨[J]. 农业工程学报, 2011, 27(5): 68-72.）曾推导了室内环刀法和双环入渗法测定土壤渗透系数的计算方法，指出两者的计算方法不同，不能套用；闵雷雷等（闵雷雷, 于静洁, 张广英, 等. 三种方法测估的林地稳渗率对比初探[J]. 南水北调与水利科技, 2010, 8(5): 36-38.）曾采用双环入渗法、人工降雨法和圭夫仪法测定了太行山丘陵区油松林地的稳渗率，并进行了对比。综合大量研究表明，虽然双环入渗法操作简单、保证垂直入渗、入渗尺度大代表性强等特点在土壤渗透特征测定中得到广泛运用，但是与其他方法一样具有耗时费力，设备不易携带，土壤水分入渗过程不能实时观测等缺点。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本实用新型提供一种观测土壤渗透过程并测量渗透速度的装置，能获得供试土样渗透速度随时间的变化情况，得到土壤的饱和渗透速度，并采集到土壤水分入渗的实时过程。

本实用新型通过下列技术方案实现：一种观测土壤渗透过程并测量渗透速度的装置，包括供水单元、模拟喷洒降雨单元、土壤容器、汇水和测量单元以及图像采集单元；所述供水单元包括供水瓶以及设置在供水瓶中的接水源管；所述模拟喷洒降雨单元包括与供水瓶相连的出水管、设置在出水管上的加压泵和调节阀，以及设置在出水管端头的喷头；所述土壤容器包括支撑架以及设于支撑架上方、喷头下方的土样箱，土样箱上部开口，底部为穿孔板；所述汇水和测量单元包括带出水口的集水板以及设置于出水口下方的渗透测量容器，集水板设于土样箱下方；所述图像采集单元设于土样箱旁，用于采集土样箱的渗透情况。

所述供水瓶中还设有排气管。

所述喷头是带网眼的喷头。

所述土样箱由透明有机玻璃制成。

所述集水板的出水口设于集水板的中心，集水板的板面向中心处倾斜，形成坡面，集水板外缘通过螺钉固定在支撑架上。

所述图像采集单元包括拍摄器和设于拍摄器下方的脚架。

使用时，（1）首先在室外采集原状土样或者室内制作扰动土样，作为供试土样，在土样箱的内壁涂上凡士林，在穿孔板上方铺设5cm厚度的砾石层（强透水层），再在砾石层上填入供试土样。砾石层（强透水层）主要作用是让水自由下落，不至于潜蚀下来的土颗粒堵塞底板。（2）通过接水源管将供水瓶内加满水，并根据水量配置染色溶液，打开加压泵，通过调节阀控制所需的小雨、中雨、大雨、暴雨的不同降雨强度，染色溶液通过带网眼的喷头喷洒于供试土样的土壤表层。（3）图像采集单元从染色溶液刚喷洒就开始工作，记录边壁侧向水分入渗的过程，喷洒的染色溶液经过土壤的孔隙往下渗透，最后经过砾石层（强透水层）和底部穿孔板落下到集水板，从底部穿孔板落下第一滴水时开始计时，记录一定时间段内（一般是1,2,3……min，具体间隔时间根据土壤水分渗透速度的快慢决定）渗透下来的水量，渗透的水量由渗透测量容器读取，实验过程中可更换渗透测量容器。但多个相同的时间段内渗出的水量相等时，说明渗透速度稳定，此时可结束实验，关闭设备。（4）根据步骤（3）记录的出流量可计算供试土样渗透速度随时间的变化情况，最后得到土壤的饱和渗透速度（稳定时渗透速度），同时由图像采集单元可采集到边壁侧向土壤水分入渗的实时过程。