土壤水分溶质动力学实验报告实验报告

1、 博士 基地班硕士硕博连读研究生 兽医硕士专业学位 学术型硕士þ 工程硕士专业学位 农业推广硕士专业学位 全日制专业学位硕士 同等学力在职申请学位 中职教师攻读硕士学位 高校教师攻读硕士学位 风景园林硕士专业学位 西 北 农 林 科 技 大 学研 究 生 课 程 结 课 论 文 封 面（课程名称： 土壤水分溶质动力学）学位课þ 选修课¨研 究 生 年 级、姓 名 2 vccccccccccccc 研 究 生 学 号 XXXXXXXXXXX 所 在 学 院（系、部） XXXXXXXXXXXXXXX学院 专 业 学 科 农业工程 任 课 教 师 姓 名 XXXXXXX

2、X 考 试 日 期 考 试 成 绩 评 卷 教 师 签 字 处 土壤入渗实验报告一、垂直入渗实验1、实验目的测定土壤的垂直入渗特征曲线，掌握测定方法。了解土壤一维入渗特性，确定入渗条件下土壤累积入渗量曲线以及入渗速率数学表达式，用不同的入渗经验公式描述入渗速率并绘制相应的图表。2、实验要求（1）土柱圆筒高约29cm，内径10cm。控制装土容重为1.4。垂直入渗过程中，进水端的水位由马氏瓶控制。入渗过程中，观测不同时间的累积入渗量。（2）根据实验数据在方格纸上点绘入渗过程线（速度入渗时间），确定饱和入渗速度k值。（3）根据实验数据在双对数纸上点绘入渗曲线，确定及k值，写出该种土壤的入渗公式。（4

3、）略述土壤入渗过程，入渗性强弱，分析原因。3、实验原理（1）实验利用马氏瓶供水并维持稳定水压；（2）对于均质土的入渗强度，已有若干计算公式，菲利普根据严格的数学推导，求得解析解为：式中，it时刻的入渗速率； S与土壤初始含水率有关的特性常数，成为吸水率； 稳定入渗率，即饱和土壤渗透系数。在非饱和土壤入渗初期，S起主要作用，所以菲利普公式可以改写为： 考斯加可夫根据野外实测资料的分析，发现入渗强度与时间之间成指数关系，其形式为：式中，第一个单位时间的入渗强度； a反应土壤性质与入渗初始时土壤含水率的经验常数； 累积入渗量： 4、实验仪器马氏瓶、玻璃土柱、天平、滤纸、秒表、烧杯5、实验方法和步骤（

4、1）测量玻璃土柱的内径=10cm，控制土壤容重为1.4，计算2cm高土柱所需的土量；（2）分层装土：在玻璃柱底部放入一片滤纸，然后装土。称土219.8g，控制每次装土高度为2cm，压实，装下一层时表面打毛。（3）调节马氏瓶，使其进气孔高出土柱面2cm，形成水头差；（4）用烧杯迅速向玻璃柱中加水，立即打开供水阀，同时打开秒表计时，三者要求同时进行，然后开始实验；（5）每隔一定时间测定一组实验数据（记录马氏瓶读数、时间）；（6）处理与分析实验数据。6、实验数据处理（1）测定的实验数据及数据处理见表1表1 实验数据处理入渗时间(min）时间间隔（min）时段入渗量（ml）累积入渗量（ml）入渗速率（

5、ml/min）000.00 0.00 0.001142.00 42.00 42.00 2148.00 90.00 48.00 3130.00 120.00 30.00 4130.00 150.00 30.00 5124.00 174.00 24.00 6118.00 192.00 18.00 7114.00 206.00 14.00 8112.00 218.00 12.00 918.00 226.00 8.00 1016.00 232.00 6.00 1114.00 236.00 4.00 1214.00 240.00 4.00 1316.00 246.00 6.00 1414.00 250.

6、00 4.00 1514.00 254.00 4.00 1615.00 259.00 5.00 1717.00 266.00 7.00 1818.00 274.00 8.00 1912.00 276.00 2.00 2016.00 282.00 6.00 2114.00 286.00 4.00 2214.00 290.00 4.00 2315.00 295.00 5.00 2415.00 300.00 5.00 2514.00 304.00 4.00 2616.00 310.00 6.00 2715.00 315.00 5.00 2815.00 320.00 5.00 2914.00 324.

7、00 4.00 3017.00 331.00 7.00 35521.00 352.00 4.20 40518.00 370.00 3.60 45516.00 386.00 3.20 50514.00 400.00 2.80 55518.00 418.00 3.60 60515.00 433.00 3.00 65513.00 446.00 2.60 70518.00 464.00 3.60 75514.00 478.00 2.80 80522.00 500.00 4.40 85516.00 516.00 3.20 90514.00 530.00 2.80 9558.00 538.00 1.60

8、100510.00 548.00 2.00 105514.00 562.00 2.80 110511.00 573.00 2.20 115511.00 584.00 2.20 120515.00 599.00 3.00 1301023.00 622.00 2.30 1401028.00 650.00 2.80 1501024.00 674.00 2.40 1601024.00 698.00 2.40 1701026.00 724.00 2.60 1801023.00 747.00 2.30 1901025.00 772.00 2.50 2001023.00 795.00 2.30 210101

9、9.00 814.00 1.90 2201020.00 834.00 2.00 2301030.00 864.00 3.00 23448.00 872.00 2.00 23956.00 878.00 1.20 24456.00 884.00 1.20 249512.00 896.00 2.40 25012.00 898.00 2.00 25112.00 900.00 2.00 25212.00 902.00 2.00 25311.00 903.00 1.00 25411.00 904.00 1.00 25511.00 905.00 1.00 25611.00 906.00 1.00 26151

10、0.00 916.00 2.00 266510.00 926.00 2.00 271510.00 936.00 2.00 （2）累积入渗量、入渗速率与时间的关系曲线分别见图1、图2。图1 累积入渗量I与入渗时间t的关系曲线图2 入渗速率i与入渗时间t的关系曲线由图可以看出整体结果还是比较符合的，但是相关性不太高。7、对三种经验公式的拟合效果进行对比分析（1）土壤垂直累计入渗量散点图及各经验公式拟合曲线使用Philip入渗公式进行拟合如下图3：图3 philip入渗公式拟合图使用考斯加可夫入渗公式进行拟合如下图4：图4 考斯加可夫入渗公式拟合图使用Green-Ampt入渗公式进行拟合如下图5：图

11、5 Green-Ampt入渗公式拟合图（2）对土壤垂直入渗三种经验公式拟合效果进行对比分别用三种经验公式拟合的回归系数见下表2表2 不同拟合公式回归系数对比表不同拟合公式Philip入渗公式考斯加可夫入渗公式Green-Ampt入渗公式回归系数0.98980.98130.9737拟合效果对比图如下图6图6 采用不同经验公式拟合效果对比图由上述图表可知：（1）累积入渗量随时间的增加而增大，但增加的速率越来越小，最终趋于稳定，入渗速率随时间的增加而减小，最后趋于稳定，其值为稳定入渗率；（2）采用考Philip入渗公式拟合效果最好，其次是采用斯加可夫公式拟合，而采用Green-Ampt入渗公式拟合的

12、效果也比较好，但是相对于前两种模型来说误差还是比较大的。二、水平入渗实验1、实验目的在熟练掌握水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水扩散率原理的基础上，了解土壤水分水平入渗的过程、入渗特性，确定入渗条件下湿润锋x和时间t之间的关系，了解入渗条件下土壤累计入渗量曲线以及数学表达式，计算土壤的入渗速率以及数学表达式，同时得到土壤水扩散率的关系，并绘制相应的图表。2、实验要求水平土柱（长30cm），是由直径5cm、厚度为2cm的单环组装形成的，控制装土容重为1.4。水平入渗过程中，进水端的水位由马氏瓶控制。入渗过程中，观测不同时间的累积入渗量以及湿润锋的距离。实验结束后，用烘干法分层测定土壤重量含水率计算体

13、积含水率。3、实验仪器马氏瓶（3cm×5cm）、玻璃土柱、天平、滤纸、秒表、烧杯。4、实验原理水平土柱入渗法测非饱和土壤水扩散率要求土柱的土壤质地均一,且初始含水量分布均匀,在进水端边界含水量稳定不变,忽略重力作用的条件下,该土壤水属于一维流问题,其微分方程及定解条件为: 式中：为入渗时间（min）；为水平入渗距离（cm）；为体积含水量（cm³/cm³）；，分别为土壤的初始含水量和饱和含水量。对方程(1)施以Boltzmann变换可得： 带入Boltzmann变换参数，上式可变为：式中：为相邻两点对应的平均值；为相邻两点和增量比值的平均值。Philip水平入渗公式

14、：或者5、实验方法和步骤（1）称土：控制土壤容重为1.4，计算4cm高土柱所需的土量： （2）装土柱：在水平实验土槽底部垫上滤纸，然后将实验用土按设计容1.4的标准分层装入水平土槽中，为保证土的均匀性，我们将土按4cm高度分层装入。（3）装水：在马氏瓶中装入一定量的水，将下部进气阀和出水阀关闭。（4）连接仪器：用橡皮输水管将马氏瓶的出水口与水平土槽进水口相连，然后打开马氏瓶顶部的加水孔的橡皮塞和出水阀，同时将水平槽的排气孔打开，给水平土槽下部的水室进行排气和充水，保证水能够均匀的入渗。（5）待水室充满水后，立即将马氏瓶的加水孔和水平土槽的排气孔密封，打开马氏瓶下部的进气阀，将水平土柱放平，让水

15、平土柱中心轴与马氏瓶的进气阀相平，这样才能保证水平入渗在无压条件下进行，同时，打开秒表开始计时，并记下马氏瓶上的刻度数。（6）进行连续观测，每当湿润锋前进2cm时，记下时间和马氏瓶上的刻度数，达到稳定入渗时，停止实验，然后打开水平土槽，将其中的土按2cm长度分层装入事先准备好的铝盒中，然后称重，并放入烘箱进行烘干、称重。6、实验数据处理与分析（1）计算累积入渗量，结果见表1；绘制湿润锋与时间的关系曲线，见图1；再绘制累积入渗量与时间的关系曲线，见图2。表1 累计入渗量计算表入渗时间（min）时间间隔(min)马氏瓶读数（ml）湿润锋入渗距离（cm）累计入渗量（ml）0042003.783 3.

16、783 5841610.283 6.500 6862620.133 9.850 8183933.167 13.034 94105251.467 18.300 110126885.383 33.916 131148998.117 12.734 1391697132.550 34.433167 32.617633 41.466 19222150241.417 34.784 21924177273.917 32.500 23926197图1 湿润锋x与时间t的关系曲线图2 累积入渗量I与时间t的关系曲线（2）根据反解 ，计算入渗率 ，结果见表2，然

17、后绘制入渗速率i与时间的关系曲线，见图3。表2 入渗速率i计算表时间t（min）入渗速率i（ml/min）00.000 11.9030.000 3.783 0.514 3.060 10.283 0.312 1.856 20.133 0.223 1.326 33.167 0.174 1.033 51.467 0.139 0.830 85.383 0.108 0.644 98.117 0.101 0.601 132.550 0.087 0.517 165.167 0.078 0.463 206.633 0.070 0.414 241.417 0.064 0.383 273.917 0.060 0.

18、360 图3 入渗速率i与时间t的关系曲线（3）计算土壤体积含水率，计算结果见表3。表3 土壤体积含水率计算表编号盒重（g）铝盒+湿土重（g）铝盒+干土重（g）水重（g）质量含水率（g/g）体积含水率（cm3/cm3）116.30 35.9331.464.4729.485 41.280 214.62 39.1333.445.6930.234 42.327 314.00 40.0733.816.2631.600 44.240 414.76 38.2333.524.7125.107 35.149 515.57 37.2132.494.7227.896 39.054 615.50 37.9732.8

19、55.1229.510 41.314 715.26 37.232.544.6626.968 37.755 815.07 39.7334.415.3227.508 38.511 916.23 38.3134.14.2123.559 32.983 1016.13 41.0736.07525.075 35.105 1116.08 41.6636.784.8823.575 33.005 1216.16 32.7330.082.6519.037 26.652 （4）计算 ，其中为总累计入渗时间，可得出不同含水率对应的值。结果见表4，然后绘制二者关系图，见图4。表4 值计算表湿润锋入渗距离x（cm）时间t

20、（min）t总0.5体积含水率（cm3/cm3）0016.550 00.000 43.783 0.413 0.242 610.283 0.423 0.363 820.133 0.442 0.483 1033.167 0.351 0.604 1251.467 0.391 0.725 1485.383 0.413 0.846 1698.117 0.378 0.967 18132.550 0.385 1.088 20165.167 0.330 1.208 22206.633 0.351 1.329 24241.417 0.330 1.450 26273.917 0.267 1.571 图4 含水率与

21、的关系曲线(5)根据和的值，计算土壤扩散率，结果见表5，然后绘制和的关系曲线，见图5。表5 土壤扩散率计算表（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）0.29 1.565 0.30 1.515 0.01 0.05 5.00 0.31 1.460 0.01 0.05 5.50 5.25 1.540 0.077 0.047 -0.122 0.122 0.32 1.400 0.01 0.06 6.00 5.75 1.488 0.082 0.128 -0.369 0.369 0.33 1.345 0.01 0.05 5.50 5.75 1.430 0.086 0.214 -0.616 0.616 0.34 1.280 0.01 0.06 6.50 6.00 1.373 0.075 0.290 -0.869 0.869 0.