土壤水分溶質(zhì)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 博士 基地班碩士碩博連讀研究生 獸醫(yī)碩士專業(yè)學(xué)位 學(xué)術(shù)型碩士 工程碩士專業(yè)學(xué)位 農(nóng)業(yè)推廣碩士專業(yè)學(xué)位 全日制專業(yè)學(xué)位碩士 同等學(xué)力在職申請學(xué)位 中職教師攻讀碩士學(xué)位 高校教師攻讀碩士學(xué)位 風(fēng)景園林碩士專業(yè)學(xué)位 西 北 農(nóng) 林 科 技 大 學(xué)研 究 生 課 程 結(jié) 課 論 文 封 面（課程名稱： 土壤水分溶質(zhì)動力學(xué)）學(xué)位課 選修課研 究 生 年 級、姓 名 2 vccccccccccccc 研 究 生 學(xué) 號 XXXXXXXXXXX 所 在 學(xué) 院（系、部） XXXXXXXXXXXXXXX學(xué)院 專 業(yè) 學(xué) 科 農(nóng)業(yè)工程 任 課 教 師 姓 名 XXXXXXXX 考 試 日 期 考 試 成 績

2、評 卷 教 師 簽 字 處 土壤入滲實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、垂直入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定土壤的垂直入滲特征曲線，掌握測定方法。了解土壤一維入滲特性，確定入滲條件下土壤累積入滲量曲線以及入滲速率數(shù)學(xué)表達(dá)式，用不同的入滲經(jīng)驗(yàn)公式描述入滲速率并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求（1）土柱圓筒高約29cm，內(nèi)徑10cm?？刂蒲b土容重為1.4。垂直入滲過程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過程中，觀測不同時間的累積入滲量。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在方格紙上點(diǎn)繪入滲過程線（速度入滲時間），確定飽和入滲速度k值。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在雙對數(shù)紙上點(diǎn)繪入滲曲線，確定及k值，寫出該種土壤的入滲公式。（4）略述土壤入滲過程，入滲性強(qiáng)弱，分析

3、原因。3、實(shí)驗(yàn)原理（1）實(shí)驗(yàn)利用馬氏瓶供水并維持穩(wěn)定水壓；（2）對于均質(zhì)土的入滲強(qiáng)度，已有若干計(jì)算公式，菲利普根據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，求得解析解為：式中，it時刻的入滲速率； S與土壤初始含水率有關(guān)的特性常數(shù)，成為吸水率； 穩(wěn)定入滲率，即飽和土壤滲透系數(shù)。在非飽和土壤入滲初期，S起主要作用，所以菲利普公式可以改寫為： 考斯加可夫根據(jù)野外實(shí)測資料的分析，發(fā)現(xiàn)入滲強(qiáng)度與時間之間成指數(shù)關(guān)系，其形式為：式中，第一個單位時間的入滲強(qiáng)度； a反應(yīng)土壤性質(zhì)與入滲初始時土壤含水率的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)； 累積入滲量： 4、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯5、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）測量玻璃土柱的內(nèi)徑=10cm，控

4、制土壤容重為1.4，計(jì)算2cm高土柱所需的土量；（2）分層裝土：在玻璃柱底部放入一片濾紙，然后裝土。稱土219.8g，控制每次裝土高度為2cm，壓實(shí)，裝下一層時表面打毛。（3）調(diào)節(jié)馬氏瓶，使其進(jìn)氣孔高出土柱面2cm，形成水頭差；（4）用燒杯迅速向玻璃柱中加水，立即打開供水閥，同時打開秒表計(jì)時，三者要求同時進(jìn)行，然后開始實(shí)驗(yàn)；（5）每隔一定時間測定一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（記錄馬氏瓶讀數(shù)、時間）；（6）處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理見表1表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理入滲時間(min）時間間隔（min）時段入滲量（ml）累積入滲量（ml）入滲速率（ml/min）000.00 0.00

5、 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 1414.00 250.00 4.00 1514.00 25

6、4.00 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 2914.00 324.00 4.00 3017.00 33

7、1.00 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 100510.00 548.00 2

8、.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 2101019.00 814.00 1.90 2

9、201020.00 834.00 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 261510.00 916.00 2.00 2

10、66510.00 926.00 2.00 271510.00 936.00 2.00 （2）累積入滲量、入滲速率與時間的關(guān)系曲線分別見圖1、圖2。圖1 累積入滲量I與入滲時間t的關(guān)系曲線圖2 入滲速率i與入滲時間t的關(guān)系曲線由圖可以看出整體結(jié)果還是比較符合的，但是相關(guān)性不太高。7、對三種經(jīng)驗(yàn)公式的擬合效果進(jìn)行對比分析（1）土壤垂直累計(jì)入滲量散點(diǎn)圖及各經(jīng)驗(yàn)公式擬合曲線使用Philip入滲公式進(jìn)行擬合如下圖3：圖3 philip入滲公式擬合圖使用考斯加可夫入滲公式進(jìn)行擬合如下圖4：圖4 考斯加可夫入滲公式擬合圖使用Green-Ampt入滲公式進(jìn)行擬合如下圖5：圖5 Green-Ampt入滲公式擬合

11、圖（2）對土壤垂直入滲三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果進(jìn)行對比分別用三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合的回歸系數(shù)見下表2表2 不同擬合公式回歸系數(shù)對比表不同擬合公式Philip入滲公式考斯加可夫入滲公式Green-Ampt入滲公式回歸系數(shù)0.98980.98130.9737擬合效果對比圖如下圖6圖6 采用不同經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果對比圖由上述圖表可知：（1）累積入滲量隨時間的增加而增大，但增加的速率越來越小，最終趨于穩(wěn)定，入滲速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，其值為穩(wěn)定入滲率；（2）采用考Philip入滲公式擬合效果最好，其次是采用斯加可夫公式擬合，而采用Green-Ampt入滲公式擬合的效果也比較好，但是相對于前兩種模型來

12、說誤差還是比較大的。二、水平入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谑炀氄莆账酵林鼭B法測定非飽和土壤水?dāng)U散率原理的基礎(chǔ)上，了解土壤水分水平入滲的過程、入滲特性，確定入滲條件下濕潤鋒x和時間t之間的關(guān)系，了解入滲條件下土壤累計(jì)入滲量曲線以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，計(jì)算土壤的入滲速率以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，同時得到土壤水?dāng)U散率的關(guān)系，并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求水平土柱（長30cm），是由直徑5cm、厚度為2cm的單環(huán)組裝形成的，控制裝土容重為1.4。水平入滲過程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過程中，觀測不同時間的累積入滲量以及濕潤鋒的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用烘干法分層測定土壤重量含水率計(jì)算體積含水率。3、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶（3cm

13、5cm）、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯。4、實(shí)驗(yàn)原理水平土柱入滲法測非飽和土壤水?dāng)U散率要求土柱的土壤質(zhì)地均一,且初始含水量分布均勻,在進(jìn)水端邊界含水量穩(wěn)定不變,忽略重力作用的條件下,該土壤水屬于一維流問題,其微分方程及定解條件為: 式中：為入滲時間（min）；為水平入滲距離（cm）；為體積含水量（cm/cm）；，分別為土壤的初始含水量和飽和含水量。對方程(1)施以Boltzmann變換可得： 帶入Boltzmann變換參數(shù)，上式可變?yōu)椋菏街校簽橄噜弮牲c(diǎn)對應(yīng)的平均值；為相鄰兩點(diǎn)和增量比值的平均值。Philip水平入滲公式：或者5、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）稱土：控制土壤容重為1.4，計(jì)算4cm高土

14、柱所需的土量： （2）裝土柱：在水平實(shí)驗(yàn)土槽底部墊上濾紙，然后將實(shí)驗(yàn)用土按設(shè)計(jì)容1.4的標(biāo)準(zhǔn)分層裝入水平土槽中，為保證土的均勻性，我們將土按4cm高度分層裝入。（3）裝水：在馬氏瓶中裝入一定量的水，將下部進(jìn)氣閥和出水閥關(guān)閉。（4）連接儀器：用橡皮輸水管將馬氏瓶的出水口與水平土槽進(jìn)水口相連，然后打開馬氏瓶頂部的加水孔的橡皮塞和出水閥，同時將水平槽的排氣孔打開，給水平土槽下部的水室進(jìn)行排氣和充水，保證水能夠均勻的入滲。（5）待水室充滿水后，立即將馬氏瓶的加水孔和水平土槽的排氣孔密封，打開馬氏瓶下部的進(jìn)氣閥，將水平土柱放平，讓水平土柱中心軸與馬氏瓶的進(jìn)氣閥相平，這樣才能保證水平入滲在無壓條件下進(jìn)行，

15、同時，打開秒表開始計(jì)時，并記下馬氏瓶上的刻度數(shù)。（6）進(jìn)行連續(xù)觀測，每當(dāng)濕潤鋒前進(jìn)2cm時，記下時間和馬氏瓶上的刻度數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定入滲時，停止實(shí)驗(yàn)，然后打開水平土槽，將其中的土按2cm長度分層裝入事先準(zhǔn)備好的鋁盒中，然后稱重，并放入烘箱進(jìn)行烘干、稱重。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析（1）計(jì)算累積入滲量，結(jié)果見表1；繪制濕潤鋒與時間的關(guān)系曲線，見圖1；再繪制累積入滲量與時間的關(guān)系曲線，見圖2。表1 累計(jì)入滲量計(jì)算表入滲時間（min）時間間隔(min)馬氏瓶讀數(shù)（ml）濕潤鋒入滲距離（cm）累計(jì)入滲量（ml）0042003.783 3.783 5841610.283 6.500 6862620.133 9.

16、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圖1 濕潤鋒x與時間t的關(guān)系曲線圖2 累積入滲量I與時間t的關(guān)系曲線（2）根據(jù)反解 ，計(jì)算入滲率 ，結(jié)果見表2，然后繪制入滲速率i與時間的關(guān)系曲線，見圖3。表2 入滲速率i計(jì)算表時間t（

17、min）入滲速率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 0.360 圖3 入滲速率i與時間t的關(guān)系曲線（3）計(jì)算土壤體積含水率，計(jì)算

18、結(jié)果見表3。表3 土壤體積含水率計(jì)算表編號盒重（g）鋁盒+濕土重（g）鋁盒+干土重（g）水重（g）質(zhì)量含水率（g/g）體積含水率（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 37.9732.855.1229.510 41.314 715.26 37.232.544

19、.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）計(jì)算 ，其中為總累計(jì)入滲時間，可得出不同含水率對應(yīng)的值。結(jié)果見表4，然后繪制二者關(guān)系圖，見圖4。表4 值計(jì)算表濕潤鋒入滲距離x（cm）時間t（min）t總0.5體積含水率（cm3/cm3）0016.550 00.

20、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 圖4 含水率與的關(guān)系曲線(5)根據(jù)和的值，計(jì)算土壤擴(kuò)散率，結(jié)果見表5，然后繪制和的關(guān)系

21、曲線，見圖5。表5 土壤擴(kuò)散率計(jì)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 0.35 1