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土壤水入渗测定方法

/measurement of soil water infiltration/
条目作者李子忠

李子忠

最后更新 2022-01-20
浏览 169
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测定水通过土表向下渗入土体过程的技术与方法的统称。

英文名称
measurement of soil water infiltration
所属学科
农业资源与环境

测定方法主要包括环刀法、渗透筒法、单环法、水文法、马利奥特-双环法、人工降水法、钻孔法、土柱法、稳定通量法、示踪法以及各种精密入渗仪法,如Hood入渗仪,Guelph入渗仪等。按操作环境可分为田间测定和室内测定方法。在实际操作中常常受制于某些因素,使得基于不同方法所测定的结果有所不同。使用较多的方法为双环法(注水法)、人工降水法、水文分析法、圆盘入渗仪法和盘式负压入渗仪法等。

双环法。通常采用同心环入渗装置。同心环为两个同心铁环,其上下无底,要有足够刚度,以便打入土中不变形。一般常用的同心环,外环直径50.5厘米,内环直径30.5厘米,环高25厘米,打入土中15厘米,环高及打入土中深度与内环相同。在内环加水测定土壤入渗量,外环之间加水防止侧渗。内外环中维持同样水层深度,通过记录某一时段的入渗量来计算土壤入渗率变化过程。双环法测得的土壤入渗速率,是具有一定地表积水条件下的积水型入渗速率,或称有压入渗速率,与天然降水条件下的入渗速率相比有较大的差异。它的入渗条件为试验区基本为水平,且在整个入渗过程中,地面不受雨滴的打击破坏作用。双环法具有携带方便、结构简单、造价低、适于野外使用、易于对比不同土壤渗透性能等优点,但是内环内壁和土壤接触易于产生裂隙,不能用于测定坡地土壤入渗速率,是一种有压入渗,与天然降水不同;且该方法一般只用于测定表层土壤的入渗能力。

人工降水法。依照天然降水情况,人为地将水喷于试验区内,在维持均匀不变的降水强度条件下,观测试验区地表径流过程,从而分析出土壤入渗过程。用人工降水量和观测的径流资料推求入渗速率曲线时,降水径流和入渗关系可写成如下公式:

式中为地表径流;为降水量;为蒸发量;为洼地积水量;为地表滞水量;为植物截留量。

如果选择试区地表无坑洼及大量植物,则可不计,又因数值一般不大,其变化率甚微,故可直接由降水量及径流率求入渗速率。人工降水法的优点是可以随时掌握测定时间,可以控制降水强度、降水分布、雨滴大小及降落高度等因素。同时试验设备可以转移,能在不同坡度、土壤、土地利用形式及植被覆盖度情况下进行试验。所得资料与天然降水条件下的降水入渗相近,比较符合实际。人工降水法是一种无压入渗。并且降水强度、雨滴大小可调,可在坡地测量,受地形约束小。但是土壤表面遭到雨滴的打击破坏作用,土壤孔隙易被土粒封堵,形成结皮,此时土壤入渗速率很快降低,同时还具有体积大、不易野外操作、费工费时、造价高等弊端。

水文分析法。利用径流试验场或小流域中实测的降水与径流过程资料,通过水文分析的方法来推求其入渗方程,由此方法求出的入渗率为该径流场或小流域的平均入渗速率。常用的方法有水量平衡分析法推求流域入渗曲线;用入渗速率与含水量的关系推求入渗曲线;坡度影响采用入渗累积曲线推求入渗曲线。水文法可用于一个流域土壤平均入渗速率的测定,不能用于单点土壤入渗速率的测定,且误差较大。

圆盘入渗仪法。用圆盘渗透仪在田间现场测定土壤饱和导水率,是一种方便实用的方法,基本上解决了土壤饱和导水率在田间测定难的问题。该方法需要测定点的区域比双环法更小,且省时、省力、省水。一般一天能测10个点左右,而且可以测定地下水位以上的任意深度土层的饱和导水率,并能排除土壤裂缝、蚯蚓孔及根孔等大孔隙对测定的影响。

盘式负压入渗仪法。盘式负压入渗仪是一种常用的田间测定土壤导水参数的仪器。此仪器是以0~20厘米的负压通过一圆盘界面向土壤入渗水分,通过将进水头的负压维持在不同值,估计大孔隙在水分入渗中所起的作用,计算低基模吸力的导水参数。使用盘式负压入渗仪可以计算的导水参数有吸水系数、导水率和宏观毛管上升高度等。

尽管研究土壤渗透性的方法很多,但是在野外试验中比较常见的是双环法、Guelph入渗仪法。

  • 尼尔·布雷迪,雷·韦尔.土壤学与生活.李保国,等译.北京:科学出版社,2019.
  • 康强.土壤入渗测定方法评述.乡村科技,2014(8):84-85.
  • 朱良君,张光辉,任宗萍.4种土壤入渗测定方法的比较.水土保持通报,2012,36(6):163-167.

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