土壤水分溶質動力學實驗報告實驗報告:

土壤水分溶質動力學實驗報告實驗報告

　　博士口 　　碩博連讀研究生口 　　學術型碩士 農業推廣碩士專業學位口 同等學力在職申請學位口 高校教師攻讀碩士學位口 　　基地班碩士口 　　獸醫碩士專業學位口 　　工程碩士專業學位口 全日制專業學位碩士口 中職教師攻讀碩士學位口 風景園林碩士專業學位口 　　西北農林科技大學 　　研究生課程結課論文封面 　　研究生年級、姓名 研究生學號 所在學院（系、部） 專業學 科 任課教師姓名 考試日期考試成績 　　研究生年級、姓名 研究生學號 所在學院（系、部） 專業學 科 任課教師姓名 考試日期 　　考試成績 　　評卷教師簽字處 　　2 VCCCCCCCCCCCCC XXXXXXXXXXX 　　XXXXXXXXXXXXXXX院 農業工程 　　XXXXXXXX 　?。ㄕn程名稱： 　　土壤水分溶質動力學） 　　學位課選修課 　　土壤入滲實驗報告 　　一、垂直入滲實驗 　　1、實驗目的 　　測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學表達式， 用不同的入滲經驗 公式描述入滲速率并繪制相應的圖表。

　　　2、實驗要求 　　(1) 土柱圓筒高約29cm，內徑10cm?？刂蒲b土容重為/cm3。垂直入 滲過程中，進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)根據實驗數據在方格紙上點繪入滲過程線(速度 ~入滲時間)，確定飽和 入滲速度k值。

　　　根據實驗數據在雙對數紙上點繪入滲曲線，確定a及k值，寫出該種 土壤的入滲公式。

　　　略述土壤入滲過程，入滲性強弱，分析原因。

　　　3、實驗原理 　　實驗利用馬氏瓶供水并維持穩定水壓； 　　對于均質土的入滲強度，已有若干計算公式，菲利普根據嚴格的數學 推導，求得解析解為： 　　■ if 　　2t2 　　式中，i——t時刻的入滲速率； 　　S 與土壤初始含水率有關的特性常數，成為吸水率; 　　if ――穩定入滲率，即飽和土壤滲透系數。

　　　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: 　　S 　　1 　　2t2 　　考斯加可夫根據野外實測資料的分析，發現入滲強度與時間之間成指數關 系，其形式為： 　　i 土：在玻璃柱底部放入一片濾紙，然后裝土。稱土,控 　　制每次裝土高度為2cm，壓實，裝下一層時表面打毛。

　　?。?）調節馬氏瓶，使其進氣孔高出土柱面 2cm，形成水頭差； 　?。?）用燒杯迅速向玻璃柱中加水，立即打開供水閥，同時打開秒表計時， 　　三者要求同時進行，然后開始實驗； 　?。?）每隔一定時間測定一組實驗數據（記錄馬氏瓶讀數、時間）； 　?。?）處理與分析實驗數據。

　　　6、實驗數據處理 　?。?）測定的實驗數據及數據處理見表 1 　　表1實驗數據處理 　　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) 　　0 　　0 　　1 　　1 　　2 　　1 　　P 　　「 　　3 　　1 　　4 　　1 　　5 　　1 　　6 　　1 　　— 　　7 　　1 　　8 　　1 　　9 　　1 　　: 　　10 　　1 　　11 　　1 　　12 　　1 　　13 　　1 　　P 　　: 　　14 　　1 　　15 　　1 　　16 　　1 　　17 　　1 　　18 　　1 　　19 　　1 　　20 　　1 　　: 　　21 　　1 　　22 　　1 　　23 　　1 　　24 　　1 　　25 　　1 　　26 　　1 　　27 　　1 　　28 　　1 　　29 　　1 　　30 　　1 　　35 　　5 　　40 　　5 　　45 　　5 　　50 　　5 　　55 　　5 　　60 　　5 　　65 　　5 　　70 　　5 　　75 　　5 　　80 　　5 　　85 　　5 　　90 　　5 　　95 　　5 　　100 　　5 　　105 　　5 　　110 　　5 　　115 　　5 　　r 　　: 　　120 　　5 　　130 　　10 　　140 　　10 　　150 　　10 　　160 　　10 　　170 　　10 　　180 　　10 　　190 　　10 　　P 　　: 　　200 　　10 　　210 　　10 　　220 　　10 　　230 　　10 　　P 　　: 　　234 　　4 　　239 　　5 　　244 　　5 　　249 　　5 　　P 　　250 　　1 　　251 　　1 　　252 　　1 　　253 　　1 　　254 　　1 　　255 　　1 　　256 　　1 　　261 　　5 　　266 　　5 　　271 　　5 　　(2)累積入滲量、入滲速率與時間的關系曲線分別見圖 　　1、圖2 　　累積入滲量隨時間變化曲線 　　時間t (min) 　　pm N量滲入積累 　　入滲速率隨時間變化曲線時間t 　　入滲速率隨時間變化曲線 　　時間t (min) 　　圖1累積入滲量I與入滲時間t的關系曲線 　　圖2入滲速率i與入滲時間t的關系曲線 由圖可以看出整體結果還是比較符合的，但是相關性不太高。

　　　7、對三種經驗公式的擬合效果進行對比分析 　?。?）土壤垂直累計入滲量散點圖及各經驗公式擬合曲線 　?、偈褂肞hilip入滲公式進行擬合如下圖3： 　　累積入滲量隨時間變化曲線 　　R2 = 　　 　　30 　　60 　　90 　　180 　　時間t (min) 　　120150 　　210240270300 　　2 　　y = -++ 　　pm N量滲入積累 　　圖3 philip入滲公式擬合圖 　?、谑褂每妓辜涌煞蛉霛B公式進行擬合如下圖 4: 　　累積入滲量隨時間變化曲線 　　) 　　mI( 　　量滲積累 　　圖4考斯加可夫入滲公式擬合圖 　?、凼褂肎reen-Ampt入滲公式進行擬合如下圖5： 　　累積入滲量隨時間變化曲線 　　mN量滲入積累 　　/mN量滲入計累累積入滲量隨時間變化曲線時間t 　　/mN量滲入計累 　　累積入滲量隨時間變化曲線 　　時間t (min) 　　*實測點 一線性 —多項式 ——乘幕 　　圖5 Green-Ampt入滲公式擬合圖 　　對土壤垂直入滲三種經驗公式擬合效果進行對比 　　分別用三種經驗公式擬合的回歸系數見下表2 　　表2不同擬合公式回歸系數對比表 　　不同擬合公式 　　Philip入滲公式 　　考斯加可夫入滲公式 　　Gree n-Ampt入滲公式 　　回歸系數 　　擬合效果對比圖如下圖6 　　 　　圖6采用不同經驗公式擬合效果對比圖 　　由上述圖表可知： 　?。?）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 穩定，入滲速率隨時間的增加而減小，最后趨于穩定，其值為穩定入滲率； 　?。?）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說 誤差還是比較大的。

　　　、水平入滲實驗 　　1、實驗目的 　　在熟練掌握水平土柱吸滲法測定非飽和土壤水擴散率原理的基礎上，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 系，了解入滲條件下土壤累計入滲量曲線以及數學表達式， 計算土壤的入滲速率 以及數學表達式，同時得到土壤水擴散率 D（d）的關系，并繪制相應的圖表。

　　　2、實驗要求 　　水平土柱（長30cm），是由直徑5cm、厚度為2cm的單環組裝形成的，控制 裝土容重為/cm3。水平入滲過程中，進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。

　　　　實驗結束后，用烘干法分層 測定土壤重量含水率計算體積含水率。

　　　3、實驗儀器 　　馬氏瓶（3cmx5cm）、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯。

　　　4、實驗原理 　　水平土柱入滲法測非飽和土壤水擴散率 D（旳要求土柱的土壤質地均一，且初 始含水量分布均勻，在進水端邊界含水量穩定不變，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： 　　「胡 d ~ a C01 　　TOC \o “1-5” \h \z 三=〒 D（e）?。?） 　　a 2 ]ex」 　　w（x,t）=日0x>0，t =0 （2） 　　日（x,t）=Qx=0, t>0（3） 　　i 　　式中：t為入滲時間（min）； x為水平入滲距離（cm）；日為體積含水量 　?。╟m3cm3; 00，9s分別為土壤的初始含水量和飽和含水量。

　　　對方程⑴施以Boltzma nn變換可得: 　　帶入Boltzmann變換參數’=xtJ/2，上式可變為： 　　D（勺一1「’ ）’?-.宀 　　2也日 　　式中：—為相鄰兩點對應的■平均值；’為相鄰兩點■和二增量比值 — 的平均值。

　　　1 1 2 　　Philip水平入滲公式：I =S t2或者i =；S t 2 　　5、實驗方法和步驟 　?。?）稱土：控制土壤容重為/cm3，計算4cm高土柱所需的土量： 　　m「V = 二（寸）2 4= 　?。?）裝土柱：在水平實驗土槽底部墊上濾紙，然后將實驗用土按設計容 /cm3的標準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。

　　?。?）裝水：在馬氏瓶中裝入一定量的水，將下部進氣閥和出水閥關閉。

　　?。?）連接儀器：用橡皮輸水管將馬氏瓶的出水口與水平土槽進水口相連， 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行排氣和充水，保證水能夠均勻的入滲。

　　?。?）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氣閥，將水平土柱放平，讓水平土柱中心軸與馬氏瓶的進氣 閥相平，這樣才能保證水平入滲在無壓條件下進行，同時，打開秒表開始計時， 并記下馬氏瓶上的刻度數。

　　?。?）進行連續觀測，每當濕潤鋒前進 2cm時，記下時間和馬氏瓶上的刻度 數，達到穩定入滲時，停止實驗，然后打開水平土槽，將其中的土按 2cm長度 分層裝入事先準備好的鋁盒中，然后稱重，并放入烘箱進行烘干、稱重。

　　　6、實驗數據處理與分析 　?。?）計算累積入滲量I，結果見表1;繪制濕潤鋒x與時間t的關系曲線, 見圖1;再繪制累積入滲量I與時間t的關系曲線，見圖2。

　　　表1累計入滲量計算表 　　入滲時間 　?。╩in） 　　時間間隔 　?。╩i n） 　　馬氏瓶讀數 　?。╩l） 　　濕潤鋒入滲距離 　　累計入滲量1 　?。╩l） 　　x 　?。╟m） 　　0 　　0 　　42 　　0 　　0 　　58 　　4 　　16 　　: 　　r 68 1 　　6 　　26 1 　　81 　　8 　　39 　　94 　　10 　　52 　　110 　　12 　　68 　　P 　　P 131— 　　14 　　89 　　139 　　16 　　97 　　157 　　18 　　115 　　173 　　20 　　131 　　P 　　192 　　22 　　150 　　219 　　24 　　177 　　239 　　26 　　197 　　濕潤鋒隨時間變化曲線時間t 　　濕潤鋒隨時間變化曲線 　　時間t （ min） 　?。?x（ 鋒 潤 濕 　　圖1濕潤鋒x與時間t的關系曲線 　　累積入滲量隨時間變化時間t 　　累積入滲量隨時間變化 　　時間t (min) 　　”m N量滲入積累 　　圖2累積入滲量I與時間t的關系曲線 　?。?）根據I總二ST總反解S二I總/T總 ,計算入滲率i =S/ ,結果見表2, 　　然后繪制入滲速率i與時間的關系曲線，見圖3。

　　　表2入滲速率i計算表 　　時間t（min） 　　嚴 　　S = 1 總 /T 　　總、總、 　　入滲速率i 　?。╩l/min） 　　0 　　 　　: 　　 　　 　　 　　圖3入滲速率i與時間t的關系曲線 　?。?）計算土壤體積含水率，計算結果見表3。

　　　表3 土壤體積含水率計算表 　　編號 　　盒重 　?。╣） 　　鋁盒+濕土重 　?。╣） 　　鋁盒+干土重 　?。╣） 　　水重 　?。╣） 　　質量含水率 　?。╣/g） 　　體積含水率 　?。╟m3/cm3） 　　1 　　2 　　3 　　「 　　4 　　5 　　6 　　「 　　7 　　8 　　9 　　10 　　5 　　11 　　12 　　0 5 　?。?）計算’”/t總.，其中t總為總累計入滲時間，可得出不同含水率 二對應 　　入滲速率隨時間變化曲線fl率速滲入時間t 　　入滲速率隨時間變化曲線 　　fl率速滲入 　　時間t (min) 　　的，值。結果見表4,然后繪制二者關系圖，見圖4 　　表4入值計算表 　　濕潤鋒入滲距離x 　　(cm) 　　時間t (min) 　　t 總 　　體積含水率 　　(cm3/cm3) 　　入 　　0 　　0 　　0 　　4 　　6 　　8 　　10 　　12 　　「「 　　14 　　16 　　18 　　20 　　P1 　　「 : 　　22 　　24 　　26 　　體積含水率與入的關系圖 　　入 　　入 　　率水含積體 　　率水含積體 　　 　　 　　圖4含水率0與入的關系曲線 　?、筛鶕汀闹?，計算土壤擴散率D(R ,結果見表5,然后繪制二和D&) 　　的關系曲線，見圖5 　　表5 土壤擴散率計算表 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?） 　?。?0） 　?。?1） 　　Q 　　A0 　　Az 　　皿 　　& 　　麗 　　D- 1娶邁腳 　　2 厶 3 　　De) 　　 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　 　　- 　　- 　　圖5擴散率D（r）與體積含水率 二的關系曲線 　?。?）經過對實驗數據的有關處理，可以得到如下發現： 　　通過擬合得到累計入滲量I與時間t之間滿足函數關系: 　　y = 　　相關系數R2 =。

　　　同樣的經擬合得到入滲率i和時間t之間滿足函數關系式： 　　y = 　　相關系數r2 = 1。

　　　在得到水平土柱吸滲法測定非飽和土壤水擴散率DG）及累計入滲量I和 　　入滲率i的基礎上,可以確定水平入滲條件下濕潤鋒 x和時間t之間滿足函數關 系： 　　y = 　　相關系數R2= 　　從上面有關曲線的擬合相關關系來看，決定系數R2值都在以上，說 　　明該實驗數據結果比較可靠。

　　　 　　

相關熱詞搜索： 實驗報告 溶質 實驗 報告 土壤水分溶質動力學實驗報告實驗報告