博士口 硕博连读研究生口 学术型硕士 农业推广硕士专业学位口 同等学力在职申请学位口 高校教师攻读硕士学位口 基地班硕士口 兽医硕士专业学位口 工程硕士专业学位口 全日制专业学位硕士口 中职教师攻读硕士学位口 风景园林硕士专业学位口 西北农林科技大学 研究生课程结课论文封面 研究生年级、姓名 研究生学号 所在学院（系、部） 专业学 科 任课教师姓名 考试日期考试成绩 研究生年级、姓名 研究生学号 所在学院（系、部） 专业学 科 任课教师姓名 考试日期 考试成绩 评卷教师签字处 2 VCCCCCCCCCCCCC XXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXX院 农业工程 XXXXXXXX （课程名称： 土壤水分溶质动力学） 学位课选修课 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/cm3。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。
根据实验数据在双对数纸上点绘入渗曲线，确定a及k值，写出该种 土壤的入渗公式。
略述土壤入渗过程，入渗性强弱，分析原因。
3、实验原理 实验利用马氏瓶供水并维持稳定水压； 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： ■ if 2t2 式中，i——t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; if ――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: S 1 2t2 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： i 土：在玻璃柱底部放入一片滤纸，然后装土。称土,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 (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)累积入渗量、入渗速率与时间的关系曲线分别见图 1、图2 累积入渗量随时间变化曲线 时间t (min) pm N量渗入积累 入渗速率随时间变化曲线时间t 入渗速率随时间变化曲线 时间t (min) 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 ①使用Philip入渗公式进行拟合如下图3： 累积入渗量随时间变化曲线 R2 = 30 60 90 180 时间t (min) 120150 210240270300 2 y = -++ pm N量渗入积累 图3 philip入渗公式拟合图 ②使用考斯加可夫入渗公式进行拟合如下图 4: 累积入渗量随时间变化曲线 ) mI( 量渗积累 图4考斯加可夫入渗公式拟合图 ③使用Green-Ampt入渗公式进行拟合如下图5： 累积入渗量随时间变化曲线 mN量渗入积累 /mN量渗入计累累积入渗量随时间变化曲线时间t /mN量渗入计累 累积入渗量随时间变化曲线 时间t (min) *实测点 一线性 —多项式 ——乘幕 图5 Green-Ampt入渗公式拟合图 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 Gree n-Ampt入渗公式 回归系数 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。
、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 D（d）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/cm3。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积含水率。
3、实验仪器 马氏瓶（3cmx5cm）、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 D（旳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： 「胡 d ~ a C01 TOC \o “1-5” \h \z 三=〒 D（e）丁（1） a 2 ]ex」 w（x,t）=日0x>0，t =0 （2） 日（x,t）=Qx=0, t>0（3） i 式中：t为入渗时间（min）； x为水平入渗距离（cm）；日为体积含水量 （cm3cm3; 00，9s分别为土壤的初始含水量和饱和含水量。
对方程⑴施以Boltzma nn变换可得: 带入Boltzmann变换参数’=xtJ/2，上式可变为： D（勺一1「’ ）’?-.宀 2也日 式中：—为相邻两点对应的■平均值；’为相邻两点■和二增量比值 — 的平均值。
1 1 2 Philip水平入渗公式：I =S t2或者i =；S t 2 5、实验方法和步骤 （1）称土：控制土壤容重为/cm3，计算4cm高土柱所需的土量： m「V = 二（寸）2 4= （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 /cm3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I，结果见表1;绘制湿润锋x与时间t的关系曲线, 见图1;再绘制累积入渗量I与时间t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 （mi n） 马氏瓶读数 （ml） 湿润锋入渗距离 累计入渗量1 （ml） x （cm） 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 湿润锋随时间变化曲线时间t 湿润锋随时间变化曲线 时间t （ min） ）） x（ 锋 润 湿 图1湿润锋x与时间t的关系曲线 累积入渗量随时间变化时间t 累积入渗量随时间变化 时间t (min) ”m N量渗入积累 图2累积入渗量I与时间t的关系曲线 （2）根据I总二ST总反解S二I总/T总 ,计算入渗率i =S/ ,结果见表2, 然后绘制入渗速率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） 严 S = 1 总 /T 总、总、 入渗速率i （ml/min） 0 : 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） 1 2 3 「 4 5 6 「 7 8 9 10 5 11 12 0 5 （4）计算’”/t总.，其中t总为总累计入渗时间，可得出不同含水率 二对应 入渗速率随时间变化曲线fl率速渗入时间t 入渗速率随时间变化曲线 fl率速渗入 时间t (min) 的，值。结果见表4,然后绘制二者关系图，见图4 表4入值计算表 湿润锋入渗距离x (cm) 时间t (min) t 总 体积含水率 (cm3/cm3) 入 0 0 0 4 6 8 10 12 「「 14 16 18 20 P1 「 : 22 24 26 体积含水率与入的关系图 入 入 率水含积体 率水含积体 图4含水率0与入的关系曲线 ⑸根据二和’的值，计算土壤扩散率D(R ,结果见表5,然后绘制二和D&) 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） Q A0 Az 皿 & 丽 D- 1娶迈脚 2 厶 3 De) - - - - - - - - - - - - 图5扩散率D（r）与体积含水率 二的关系曲线 （6）经过对实验数据的有关处理，可以得到如下发现： 通过拟合得到累计入渗量I与时间t之间满足函数关系: y = 相关系数R2 =。
同样的经拟合得到入渗率i和时间t之间满足函数关系式： y = 相关系数r2 = 1。
在得到水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水扩散率DG）及累计入渗量I和 入渗率i的基础上,可以确定水平入渗条件下湿润锋 x和时间t之间满足函数关 系： y = 相关系数R2= 从上面有关曲线的拟合相关关系来看，决定系数R2值都在以上，说 明该实验数据结果比较可靠。
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