The invention discloses a method for the determination of the fully nonlinear flow process based on response of unsaturated soil water diffusivity, including the level of infiltration process and the level of penetration in the process of continuous determination of diffusion test; by monitoring the horizontal soil column in the imbibition process the total infiltration water content and the rate of horizontal position has not formed the boundary; flow, draw the curve and ETA theta ~ based on the measured value is corrected; according to a certain value of theta theta ETA ~ segmentation curve for D with graphical analysis method (0); formation boundary flow, by the imbibition process into the level of penetration process, determination of soil matric potential and different position right boundary flux, diffusion coefficient determined. The invention solves the problem of approximate linearization of the nonlinear relationship between the unsaturated water diffusivity D (theta) to theta and the measurement error control in the existing testing method. The information is clear and intuitive, and has originality in this field.
【技术实现步骤摘要】
基于完全非线性流动过程响应的非饱和土壤水分扩散度的测定方法
本专利技术涉及土壤水分运动研究
,特别是涉及一种非饱和土壤水分扩散度的测定方法。
技术介绍
随着社会的进步与经济的快速发展,有关水资源的矛盾和问题日益尖锐,进一步加大了经济社会可持续发展面临水资源短缺的压力,如何保持农业的可持续发展和水资源的有效利用率成为亟待解决的问题。研究土壤水分运动与综合利用成为社会发展中的重要课题。土壤水分运动是一个复杂的过程,与灌溉方式、土壤条件和外界环境等众多因素密切相关。土壤水分扩散度是土壤水分运动方程的重要参数,现有的土壤扩散度的测定方法可以归纳为2类。第一类方法:以土壤含水率θ为变量的土壤水分运动方程为:其中,θ为土壤含水率,x和t分别为空间和时间坐标,D(θ)为土壤扩散度,K为水力传导度。现有的方法将方程(1)由二次偏微分方程变化为二次常微分方程后,获得解析解。然后在解析解的对应的定解条件(边界条件和初始条件)下进行测试,根据测试过程中各监测点水分变化,基于解析解反演D(θ)。第二类方法:土壤扩散度D(θ)与土壤非饱和水力传导度和单位含水率变化下的水势变化之间的关系可以表示为:其中,h为土壤基质势,θ为土壤含水率,K(θ)为土壤非饱和水力传导度,为单位含水率变化下的水势变化。基于这一性质,通过测定土壤水分特征曲线确定和非饱和水力传导度K(θ),根据(2)式确定D(θ)。需要指出,对于第一类方法,由于解析解得求解需要,对于偏微分方程转化为常微分过程中需要对(1)式的右侧两项分别进行线性化处理,也就是用两个含水率之间的D(θ)的割线代替测点位置的切线,也就是说 ...
【技术保护点】
一种基于完全非线性流动过程响应的非饱和土壤水分扩散度的测定方法,其特征在于,通过水平渗吸过程测定和水平穿透过程测定,实现覆盖整个非饱和含水率范围的非饱和土壤扩散度测定,包括以下步骤:步骤1,准备水平土柱试验装置,该水平土柱试验装置包括依次连通的供水平水装置、水室、水平土柱、渗出通量测定装置,供水平水装置用于控制土柱的作用水头,水平土柱由左至均匀分隔成若干节子土柱,每节子土柱内布置土壤含水率及基质势测定传感器,各传感器与数据采集器连接;步骤2,对非饱和土壤进行水平渗吸过程测定,具体实现如下:①制备土样及装填土柱,准备好足够的试样,要求试样风干含水量;②准备土柱,将试样按一定容重装填土柱,然后将土柱水平放置,并安装于水平土柱试验装置中;③根据测试水头高度要求对供水平水装置进行水位设定;计时并记下供水平水装置初始水位读数;④经过一定时间,且湿润锋面未达土柱末端之前,结束试验,此时停止供平水装置对土柱的供水,记录整个试验的历时,总入渗水量和各点含水率;形成边界出流后,由水平渗吸过程转化为水平穿透过程;步骤3,对非饱和土壤进行水平穿透过程测定,具体实现如下:在土柱进水边界形成出流后,在试验过程中 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于完全非线性流动过程响应的非饱和土壤水分扩散度的测定方法,其特征在于,通过水平渗吸过程测定和水平穿透过程测定,实现覆盖整个非饱和含水率范围的非饱和土壤扩散度测定,包括以下步骤:步骤1,准备水平土柱试验装置,该水平土柱试验装置包括依次连通的供水平水装置、水室、水平土柱、渗出通量测定装置,供水平水装置用于控制土柱的作用水头,水平土柱由左至均匀分隔成若干节子土柱,每节子土柱内布置土壤含水率及基质势测定传感器,各传感器与数据采集器连接;步骤2,对非饱和土壤进行水平渗吸过程测定,具体实现如下:①制备土样及装填土柱,准备好足够的试样,要求试样风干含水量;②准备土柱,将试样按一定容重装填土柱,然后将土柱水平放置,并安装于水平土柱试验装置中;③根据测试水头高度要求对供水平水装置进行水位设定;计时并记下供水平水装置初始水位读数;④经过一定时间,且湿润锋面未达土柱末端之前,结束试验,此时停止供平水装置对土柱的供水,记录整个试验的历时,总入渗水量和各点含水率;形成边界出流后,由水平渗吸过程转化为水平穿透过程;步骤3,对非饱和土壤进行水平穿透过程测定,具体实现如下:在土柱进水边界形成出流后,在试验过程中变换土柱出水边界水头,测定不同时刻t时刻的排水量;步骤4,根据步骤2中记录的总入渗水量及各点含水率绘制θ~η关系曲线,从该曲线可以算得总入渗水量,其值应与实测入渗水量相当,如果相差过大,则应该检查是否有计算错误,若差别不大,则可对θ~η曲线作局部的修正,使其尽量接近实测值;步骤5,根据步骤4绘制的θ~η关系曲线,按一定的θ值分割θ~η曲线,用图解分析法求D(θ)值,并绘制D(θ)~θ曲线;步骤6,根据步骤3中的水平穿透过程对应的试验数据,绘制关系曲线,根据其斜率,确定相应非饱和含水率区间的扩散系数。2.根据权利要求1所述的测定方法,其特征在于:对非饱和土壤进行水平渗吸过程测定,具体数据解析方法如下:非饱和水平渗吸过程以土壤水分在水平半无限边界均质土柱中发生水平运动的情况下进行分析计算的;已知一维土壤水平运动微分方程为:式中:θ是入渗时刻为t时与输入端即进水边界的水平距离为x处的土壤含水率,D(θ)为土壤扩散度;对方程式(1),采用Boltmann变换法,得:
【专利技术属性】
技术研发人员:王康,李立,张梦颖,余翠,龙凡,
申请(专利权)人:武汉大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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