0 土壤入渗
土壤入渗实验报告
一、实验目的1．加深对土壤渗吸速度变化的一般规律的了解。
2．了解土壤质地对土壤渗吸速度的影响。
3．掌握土壤渗吸速度的常规测定方法及装置原理。
二、实验设备水在土壤中入渗分为有压入渗和无压入渗。
如漫灌、畦灌和沟灌都属于有压入渗。
喷灌、滴灌属于无压入渗。
本试验是模拟有压入渗条件下，土壤渗吸速度的测定。
本试验为室内试验，试验装置如图4-1-1。
试验仪器大体分为由两部分，即试样渗吸桶和供水马氏瓶。
双环入渗试验的外环外径为15cm，内径14cm；内环的外径直径10cm，内径直径9cm，高15cm。
安装后要求内环环顶端与渗吸筒齐平，下端插入土内10cm。
试验桶正上方为自动供水箱（即为马氏瓶），使内环保持稳定的水层深度。
供水马氏瓶外径6cm，内径5cm。
此外再配备秒表、水桶、水勺和刮土板等试验用具。
三、实验方法及步骤1．实验准备工作a．人员分工每组实验人员3～5人，其中一人计时兼指挥，一人读取供水水位数值，一人加水，其余人员做记录和观察渗吸规律。
b．准备工作和内环一并称重，（1）测量试样桶容积V，按欲模拟土壤干容重干M。
计算出干土重'（2）将筛网贴紧桶底铺好，然后开始填装。
土样一般分5～6次填装，均匀夯实，层间要“打毛”。
土样全部装好后用刮板刮平表面，最后将马氏瓶安装好待用。
(3) 关闭供水箱（马氏瓶）的出水口，向水箱内注水，然后用胶塞密封注水进水口。
图4-1-1 试验装置示意图(4) 在试样图环内表层铺塑料薄膜，向环内注入约5cm深的水层，打开供水箱开关，用注射器抽水，直至马氏瓶能正常供水（目的是调节马氏瓶）。
(5) 检查秒表是否正常及回零位。
(6) 记录供水箱原始水位读数。
2. 实验方法及步骤试验人员必须精力集中，认真负责，在统一指挥下，分工协作，作好记录。
a．迅速抽取塑料薄膜，并开始记时水位数值。
b．读取第一分钟末供水箱的水位，按试验要求读取水位数值。
c．实验至渗吸速度稳定后(即每两次水位读数差相同)，实验结束。
土壤入渗测定方法评述
土壤入渗测定方法评述[摘要]为了解不同的土壤入渗测定方法，本文在介绍国内外有关土壤入渗测定方法的若干研究成果和进展的基础上，简要地分析了目前常用的双环法、人工降雨法、水文分析法、圆盘入渗仪法和盘式负压入渗仪法。
结果表明圆盘入渗仪法多用于测量土壤的饱和导水率，同时具有省时、省力、省水和准确等优势，更适合野外试验，可以代替双环法进行土壤渗透性的测定。
[关键词]土壤入渗；测定；方法0 引言入渗是指水分进入土壤形成土壤水的过程，是土壤水动力学中重要的基本概念，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互转化的一个重要环节。
土壤水分入渗过程和入渗能力决定了降雨进程再分配中的地表径流和土壤储水性，在干旱、半干旱地区，林业发展的主要途径是充分有效地利用自然降水、减少地表径流、增加土壤水分。
定量描述土壤入渗过程是水循环及水利用的重要基础内容，对研究地表产流的机理，以及增加土壤入渗，提高作物水分利用效率等具有重要的理论意义和实践价值。
因此，土壤水分入渗的测定及其影响因子的研究受到极大的关注，许多学者就此问题进行了大量的研究，并获得了丰富的研究成果。
1 土壤入渗测定方法研究现状目前，国内外许多学者致力于土壤入渗测定方法的研究，并在试验研究中提出并应用了不同的方法和手段。
例如：环刀法、渗透筒法、单环法、水文法、马利奥特-双环法、人工降雨法、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，可分为田间测定和室内试验2种。
Betrand（1965）曾对土壤入渗速率的测定方法作过评述。
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。
目前使用较多的方法为双环法（注水法）、人工降雨法、水文分析法、圆盘入渗仪法和盘式负压入渗仪法等。
1.1 双环法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㎝，内环直径30.5㎝，环高25㎝，打入土中15㎝，环高及打入土中深度与内环相同。
不同林地土壤水分入渗和入渗模拟的研究_周择福
第33卷第1期1997年1月 林 业 科 学SC IEN TIA SILV AE SIN ICAE V o l.33,N o.1J a n.,1997不同林地土壤水分入渗和入渗模拟的研究*周择福 洪玲霞(中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091) (中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 100091)摘 要 由达西定理和能量守恒原理推导了土壤水分入渗的数学模型,水平土柱法实测了模型中的基本运动参数:土壤水分扩散率D(θ),推求了土壤水分非饱和导水率K(?,经过计算机用有限差分法模拟了六块不同林地的土壤水分入渗过程,实地试验检验了模拟结果。
结果表明计算的累积入渗量和入渗率与实测值非常一致。
经过模拟结果绘制的入渗时水分随时间变化的剖面图,形象地反映了不同林地的土壤水分入渗的全过程。
关键词 土壤水分入渗,动态模拟,不同林地类型土壤水分入渗过程和渗透能力决定了降雨进程再分配中的地表迳流和土壤储水性,在干旱、半干旱地区,林业发展的主要途径是充分有效地利用自然降水、减少地表迳流、增加土壤水分。
因此,土壤水分入渗的研究在干旱半干旱地区较为重要。
多年来,该研究逐步深入。
研究途径可分为两类:纯经验公式和半理论、半经验公式。
随着计算机技术和数学——物理建模技术的发展,利用数学——物理的原理,建立数学模型,然后应用计算机技术进行数值模拟,再经实验验正模拟结果,解决实际问题,减少大量的田间试验,提高试验精度。
用这一方法研究土壤水分入渗已经在农业和水利部门取得了很大的成功,推动了农田水利土壤水分研究的向前发展[1]。
但是,此项研究在林业,特别在干旱、半干旱地区的不同林地尚属空白。
因此,本文就此问题进行了研究。
1 土壤水分入渗模型的建立及边界条件的确定 由Darcy定律和能量守恒原理推导的土壤水分运动方程反映了土壤水分运动的基本规律,其方程为: θt=z D(θ)θz±K(θ)z(1)式中:θ为土壤容积含水量(cm3/cm3);D(θ)为土壤水分扩散率(cm3/cm3);K(θ)非饱和导水率(cm/min);z为土壤水分入渗的深度(cm);K(θ)/z为由土壤水的重力势引起的水分变化,水流方向与所取坐标访向一致取+,否则为-。
土壤入渗实验指导书
《水文学原理》实验指导书天津农学院水利工程系2006.9实验一土壤渗透系数的测定[实验目的]：１．掌握土壤下渗的物理过程及下渗机理；２．测量土壤渗透系数Ｋ；３．学习正确使用渗透筒。
[实验原理]：下渗过程一般划分为三个阶段。
第一阶段为渗润阶段，这阶段，土壤含水量较小，分子力和毛管力均很大，再加上重力的作用，所以此时土壤吸收水分的能力特别大，以致初始下渗容量很大，而且由于分子力和毛管力随土壤含水量增加快速减小，使得下渗容量迅速递减。
第二阶段为渗漏阶段，土壤颗粒表面已形成水膜，因此分子力几乎趋于零，这时水主要在毛管力和重力作用下向土壤入渗，下渗容量比渗润阶段明显减小，而且由于毛管力随土壤含水量增加趋于减小阶段，所以这阶段下渗容量的递减速度趋缓。
第三阶段为渗透阶段，在这一阶段，土壤含水量已达到田间持水量以上，这时不仅分子力早已不起作用，毛管力也不再起作用了。
控制这一阶段下渗的作用力仅为重力。
与分子力和毛管力相比，重力只是一个小而稳定的作用力，所以在渗透阶段，下渗容量必达到一个稳定的极小值，称为稳定下渗率。
[实验仪器]：1.渗透筒（渗透环）一套——渗透筒是用金属做的一套无底同心圆柱筒，筒底具刀口，同心环内管的横截面积为1000cm2,内径35.8cm，高30-50cm，外筒内径60cm（亦可用土埂围堰代替外筒）；2.量筒500ml和1000ml各一个；3.水桶2个；温度计1支（刻度0-50℃）；秒表（普通钟表）1块；量水测针或木制厘米尺一个；席片或塑料薄膜（灌水时防止冲刷用）。
[实验步骤]：1.选取具有代表性的地块，把渗透筒的内筒插入土中，深度10cm左右，同时插好外筒。
如无外筒，可筑埂围堰，高度和内筒高相平，埂顶宽20cm，并捣实之。
2.同内外插入量水测针或木制厘米尺各一支，筒内水层厚度一般保持5cm。
3.把席子或塑料薄膜放入筒底，同时把温度计插入筒内。
在开始灌水时，土壤吸水速度较快，为使筒内达到一定水层，第一次灌水要快，同时视水层下降程度进行第二次灌水，以使水位高度保持原定高度。
土壤入渗实验报告
河海大学土壤入渗实验报告班级: 农水2班土壤入渗实验报告一、实验目的:进行土壤入渗试验,对土壤入渗规律有大致了解,并且利用测的数据绘出土壤累积入渗量与时间的关系曲线,利用该曲线求出入渗强度与时间的关系。
二、实验仪器:直径4、5cm的土柱圆筒、宽5cm长4cm的马氏瓶、托盘、烧杯、天平、直尺、滤纸、秒表、疏松土壤、自来水。
三、实验步骤:1)把准备好的土装入圆筒中,每装5cm就夯实一次,直至土的的顶端位于圆筒进水孔的下缘。
2)检测马氏瓶就是否漏气。
如果漏气就换试验设备或者用凡士林涂抹。
3)将水灌入马氏瓶,把马氏瓶的出水孔与圆筒的进水口用橡胶管连接好,调节圆4)筒与马氏瓶的相对高度使得马氏瓶的出水孔刚好出水。
5)读取马氏瓶中水的高度。
6)实验开始,量取土柱量筒中土壤稳定下渗时土柱的淹水的深度,分别读取实验7)开始后第1、3、5、7、10、15、20、25、30、35、40min钟时马氏瓶中水的高度。
8)根据马氏瓶的面积与圆筒的面积求出圆筒中从开始到不同时刻的累积入渗量I,画出土壤累积入渗量I与时间的关系曲线,并利用该曲线求出入渗强度i与时间的关系。
四、实验数据:见后附页。
五、数据分析:I f=0、20 cm/min ;S=2、44 ;I1=1、22 cm/min ;Ɑ=0、51 。
入渗强度-时间曲线图入渗强度-时间双对数曲线图湿润锋深度与时间关系图时间t/min湿润锋深度/mm F=38、5×t0、563随着入渗时间的延长,土壤累积的入渗深度与入渗水量不断增大,初始时刻增加较快,随着时间的不断延长,土壤累积的入渗深度与入渗水量增长速度减缓。
土壤入渗强度随时间的延长而迅速减小,在初始时刻减小很快,随着时间的推移最后趋近于某一稳定值,形成这种现象的主要因素就是入渗路径的不断加长,从水柱面到入渗锋面的水势梯度逐渐减小所以入渗强度也在不断减小,最后接近于该种土壤的渗透系数。
六、注意事项:1.土壤入渗要现实土壤足够湿润,然后才能开始记录试验数据,否则会出错。
第3章 土壤水分的入渗
s
0
2
erfc
z Nt 2 Mt
N
eM
z erfc
z Nt 2 Mt
3.2.1 第一类边界条件的求解
3.2.1.1 土壤水分线性方程的入渗解
(1)水平入渗（吸渗）问题
对水平半无限均质土柱来说，初始含水率θi均匀，进水 端含水率θ0 恒定，且水分扩散度为常数 得到D 定解问题：
2
t D x2
n
1, 2, …, n-1, n 1, 2, …, n-1, n
1/2, 1+1/2, …, (n-2)+1/2, (n-1)+1/2
r = 0 - r ( r = 1, 2, …, n)
(5)
Let
r D( )d
D r1/ 2
r 1
r d
r 1
(6)
For 1/2：
根据
0
i
d
2D
d
d
1/ 2
t
I (t) 0 i( )d
or
i(t) dI (t) dt
设供水强度为R(t )，上边界的吸渗能力为q(0,t)，有：
i(t) min(q(0,t), R(t))
3.1土壤水分入渗概述
3.1.3 三种入渗条件下的定解问题
• 入渗过程的三种情形
（1）入渗率 i 取决于供水强度 R，表层土壤含水率逐步 增加至近饱和，无地表积 水。
边界条件：
O θi
t1 t2
R
θ
t3
K
(
m
)
m
z
K ( m ) z0
R(t)
a.无积水
q(0,t) R(t)
z
O θi
土壤入渗理论与方法
西南林业大学硕士研究生文献综述论文题目：土壤入渗理论与方法学院：环境科学与工程学院年级： 2014级成员：冯晓月阮书鹏曹向文指导教师：宋维峰2015年4 月25 日摘要入渗是水文学中重要的基本概念，定量确定土壤入渗性能对认识水循环及水利用具有重要的理论意义和实践价值。
当然，从不同角度出发去探讨土壤入渗也有不同的科研意义。
本文试图通过对目前国内外对土壤入渗的研究做一个系统性归纳与对比，从而为下一步的学术论文打下基础。
关键词土壤入渗；方法；模型；影响因素AbstractInfiltration is a vital basic concepts in hydrology, qualitatively analysis soil infiltration capability has important theoretical significance and practical value in the water cycle and use. Of course, using different angle of view to discuss soil infiltration also have different research significance. This article attempts to do a systematic induction and comparison through the study of soil water infiltration at home and abroad, which lays the foundation for the next academic paper.Key wordssoil infiltration;methods; the influence of factors目录摘要 (II)关键词 (II)Abstract (III)Key words (III)第一章前言 (1)国内外研究动态 (1)研究目的及意义 (1)第二章试验理论与方法 (3)Green--Ampt物理模型 (3)其中Green和Ampt根据最简单的土壤物理模型，推出了一维土壤水分入渗模型： (3)Kostiakov经验模型 (3)第三章讨论 (4)参考文献 (5)第一章前言国内外研究动态目前针对土壤入渗的研究大体可分为“入渗类型”和“入渗过程”两种。
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程刘目兴;聂艳;于婧【摘要】土壤入渗是降雨渗入土体形成土壤水的基本水文过程,土壤渗透能力影响着地表径流和土壤侵蚀强度.土壤初始含水量决定了入渗初期的土水势,是影响土壤入渗过程的重要因素.利用环刀法,观测了三峡库区林地和草地的土壤入渗过程,对比分析了不同初始含水率下土壤入渗率和常用入渗模型的适宜性.结果表明,随土壤初始含水率的增大,林地和草地下土壤初始入渗率减小,入渗趋于稳定所需时间缩短,累积入渗量和稳定入渗率增大.土壤含水率为12％的林地初始入渗率为8.95mm/min,是含水率40％林地初始入渗率的4倍,但1h累积入渗量仅是含水率40％林地的2/3.有机质含量丰富的草地土壤入渗过程对初始含水率的敏感性较弱,干湿草地相比较入渗参数的差异不如林地明显.随时间的延长,土壤入渗率逐渐降低,入渗曲线渐趋平缓,最小二乘法拟合结果显示Horton模型对林地和草地下土壤入渗过程的拟合效果较好,且模型参数具有物理意义,是分析和预测三峡库区林草覆盖下土壤入渗过程的适宜模型.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2012(032)003【总页数】8页(P871-878)【关键词】土壤入渗;土壤含水量;累积入渗量;入渗模型;三峡库区【作者】刘目兴;聂艳;于婧【作者单位】华中师范大学城市与环境科学学院,武汉 430079;华中师范大学城市与环境科学学院,武汉 430079;湖北大学资源环境学院,武汉 430062【正文语种】中文土壤入渗是降雨或灌溉水再分配的重要过程，提高表层土壤入渗量是植被涵养水源、调蓄径流，防止土壤侵蚀发生的关键[1- 2]。
土壤含水量尤其是初始含水率是影响水分入渗和传导过程，改变土壤入渗速率的重要因子[3]。
研究不同初始含水量下土壤入渗过程有利于揭示降雨产流机制，为防治水土流失提供理论依据。
20世纪50年代，国外学者已开始研究降雨入渗与土壤初始含水量的关系。
Philip在分析土壤初始含水量对土水势、瞬时入渗率、累积入渗量、土壤水分剖面及湿润峰的影响时，发现入渗初期土壤入渗率随土体含水量的增加而减小，随时间的延续，含水量对入渗率的影响越来越弱，直至可以忽略[4]。
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4.3 达西定律的直接应用
• 水平入渗问题..
–集总式土壤水侧向运动模型
地表水
河道 单元
王加虎，等。 一个考虑土壤水侧向运动的分布式墒情模型
不(弱)透水层
4.3 达西定律的直接应用
• 垂直入渗问题
–集总式分层下渗模型 –Green-Ampt模型
集总式分层下渗模型
• 《水文学原理》P88
–有限土柱长、土含不均匀、不同供水条件 –属于显式算法，收敛条件（时间、空间步长 的组合）要求非常严格
The Watershed Hydrological Cycle
不同形式的Richards方程
复习
Richards方程的数值解
复习
复习
遗留的问题
• 上边界条件
– 补给（降雨、灌溉）；蒸发
• 下边界条件
– 开敞（半无限土柱）；地下水变动
• 内部
– 源汇项；土壤水侧向运动
4.1 土壤水分入渗
• 入渗是指水分进入土壤的过程，这是自然界水循环中 的一个重要环节。
1 0
故积分限可取 0.01 ~ 1 si Neum an 由分析土壤物理特性得 到s f K r ds ，si为响应初始
0
含水率 i时的吸力。
此外还有其他一些表示sf的方法，但一般认为上述Mein 和Neuman的方法较为合理
菲利普入滲公式
Philip (1957) 採用Boltzmann轉換得到累積入滲量F(t)之
土壤水文学
——土壤水分入渗 河 海 大 学 水资源环境学院 郝振纯 王加虎
复习
Condensation
土壤在水文循环的重要作用
Transpiration & Evaporation
Precipitation
Evaporation
Soil Layer Infiltration Groundwater Recharge
4.5 经验公式
• KOCTЯ KOB 公式
• Holtan公式
• Horton公式
• SCS模型 • ……
Horton 入滲公式
F t f c t f0 fc 1 e kt k
1 f0 fc t ln k f fc
累積入滲量 Fp = itpo，且此 時之入滲率f = i，故可得
F K s t F s f s i ln 1 s f s i
上述第一个公式可以简 化为：f f c b ，与简化前 F 相比，f c 即 K s ; b K s s i s f 。当 t 达到一定时间后， F 值足够大，则 f f c，故 f c 也称为稳渗率。 当 t 0 时，F 0，则 f 。
4.6 影响径流产生的因素
• 雨强和雨量Rainfall intensity or amount • 前期条件Antecedent conditions • 土壤和植被Soils and vegetation • 地下水埋深Depth to water table (topography)
• 地质Geology
入渗过程
入渗过程
入渗过程——上边界条件
• 第1类边界条件
–灌溉使地表湿润，接近某一含水率（如饱和 含水率）称为“灌溉模型”。
入渗过程——上边界条件
• 第2类边界条件
–不形成积水或地表径流。入渗过程受供水控制。 –可称为“降水模型”
入渗过程——上边界条件
• 第3类边界条件
–供水强度超过土壤入渗能力后，地表形成积 水或同时产生径流。入渗称为“积水模型” 。
Green-Ampt理论
• 初始干燥的土壤在薄层积水时的入渗问题
• 又称活塞模型
4.4 半理论半经验公式
• Green-Ampt公式
• Philip公式 • Smith公式 • Parlange公式 • ……
• Green-Ampt入渗公式分析
sf f K s 1 s i F
• Green-Ampt入渗公式简单，且有一定得物理基础，此 公式虽然按照均质土壤导出，但应用到非均质土壤或 初始含水率分布不均匀的情况时，也都能获得较好的 结果 • Green-Ampt入渗公式在应用上的主要困难在于如何正 确的确定参数Ks和sf。 Green-Ampt入渗公式缺点之一： Ks的正确的确定 。入渗时，地表至湿润锋之间含水率分布均一的假定 一般不会引起较大的误差，但地表含水率0值是较饱 和含水率s为小的某个值，因而入渗公式中（s-i）应 该换为（0-i）；Ks应换为K0，显然K0 < Ks 。 Bouwer建议K0 =0.5 Ks ， K0（原式中的Ks）即为稳定 入渗率fc，其值可由田间入渗实验测定。
Green-Ampt入渗公式缺点之二： sf的正确的确定。
Bouwer 建议取s f 为进气值sa的 1 ，但确定sa 有时也很困难。 2 Mein和Larson提出用土壤水吸力 s的加权平均值作为 sa，即
s f sdKr，式中K r K S K s ，由于K r 0吸力s值将很大，
Precipitation Interception Transpiration
Overland flow Interflow Stream discharge Basin deep seepage
Baseflow
Evaporation Stemflow Throughfall Ponding Infiltration Recharge Root uptake Infiltration Interflow
Pe
P I a 2
P Ia S
F
2 P 0.2S
P 0.8S
故入滲總量為
S P 0.2 S P 0.8S
美國水土保持局將集水區最大蓄水量，轉換為曲線 指數之關係如下
S (inch) 1000 10 CN
式中CN稱為曲線指數 ( curve number)，CN 值為土壤類別 、水文臨前狀況、土地利用狀況與水土保持工程措施等 因素所影響。 SCS 法中將土壤依排水特性，區分為 A、B、C 與 D 四 類； A 類表示滲水性良好之土壤，即不易產生直接逕流 。而由A類至D類，土壤之可滲水性逐漸降低。而對於水 文臨前狀況 ( antecedent moisture condition, AMC)， 則由乾燥到溼潤分為 AMCⅠ，AMCⅡ，AMCⅢ 等三種情況 。
– 水文学：研究地表产流问题
– 农田水利学：研究灌溉或降雨后土壤水分的分布问 题
– 水资源评价：研究降雨对浅层地下水的补给问题
– 农业及环境学：研究化肥、农药及污染物随水分迁 移问题
– ……
4.1.1入渗过程的分析
干土入渗 的定性认识
非干土入渗的定性认识
累积入渗量 入渗率
入渗率随时间的变化
t po
f0 fc 1 f 0 i f c ln i f ik c
美國水土保持局入滲公式(SCS)
將降雨總量 P 區分為初期降雨損失量 Ia、有效降雨總量 Pe以及入滲總量F等三部份。SCS法假設
Pe F S P Ia
式 中 S 稱 為 集 水 區 最 大 蓄 水 量 ( potential maximum retention)，其值大小受土壤特性、水文臨前狀況、土地 利用狀況與水土保持工程措施等因素所影響 。因為 Ia = 0.2S，且Pe = P Ia F，則有效降Kt 式中s為土壤水份吸收度(sorptivity)，是土壤吸力勢能之 函數。將上式對t微分，可得
當 t∞時 ， f(t) 趨近於土壤之水力傳導度 Ks。菲利普公式中的 第一項與第二項，分別代表土壤吸力水頭與重力水頭之影響
1 1 2 f t st K s 2