博士□基地班碩士□碩博連讀研究生□獸醫(yī)碩士專業(yè)學(xué)位□學(xué)術(shù)型碩士工程碩士專業(yè)學(xué)位□農(nóng)業(yè)推廣碩士專業(yè)學(xué)位□全日制專業(yè)學(xué)位碩士□同等學(xué)力在職申請(qǐng)學(xué)位□中職教師攻讀碩士學(xué)位□高校教師攻讀碩士學(xué)位□風(fēng)景園林碩士專業(yè)學(xué)位□西北農(nóng)林科技大學(xué)研究生課程結(jié)課論文封面（課程名稱：土壤水分溶質(zhì)動(dòng)力學(xué)）學(xué)位課選修課研究生年級(jí)、姓名2vccccccccccccc研究生學(xué)號(hào)XXXXXXXXXXX所在學(xué)院（系、部）XXXXXXXXXXXXXXX學(xué)院專業(yè)學(xué)科農(nóng)業(yè)工程任課教師姓名XXXXXXXX考試日期考試成績(jī)?cè)u(píng)卷教師簽字處土壤入滲實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、垂直入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定土壤的垂直入滲特征曲線，掌握測(cè)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(shù)學(xué)表達(dá)式，用不同的入滲經(jīng)驗(yàn)公式描述入滲速率并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求（1）土柱圓筒高約29cm，內(nèi)徑10cm?？刂蒲b土容重為1.4。垂直入滲過(guò)程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過(guò)程中，觀測(cè)不同時(shí)間的累積入滲量。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在雙對(duì)數(shù)紙上點(diǎn)繪入滲曲線，確定α及k值，寫出該種土壤的入滲公式。（4）略述土壤入滲過(guò)程，入滲性強(qiáng)弱，分析原因。3、實(shí)驗(yàn)原理（1）實(shí)驗(yàn)利用馬氏瓶供水并維持穩(wěn)定水壓；（2）對(duì)于均質(zhì)土的入滲強(qiáng)度，已有若干計(jì)算公式，菲利普根據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，求得解析解為：式中，i——t時(shí)刻的入滲速率；S——與土壤初始含水率有關(guān)的特性常數(shù)，成為吸水率；——穩(wěn)定入滲率，即飽和土壤滲透系數(shù)。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：考斯加可夫根據(jù)野外實(shí)測(cè)資料的分析，發(fā)現(xiàn)入滲強(qiáng)度與時(shí)間之間成指數(shù)關(guān)系，其形式為：式中，——第一個(gè)單位時(shí)間的入滲強(qiáng)度；a——反應(yīng)土壤性質(zhì)與入滲初始時(shí)土壤含水率的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；累積入滲量：4、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯5、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）測(cè)量玻璃土柱的內(nèi)徑=10cm，控制土壤容重為1.4，計(jì)算2cm高土柱所需的土量（2）分層裝土：在玻璃柱底部放入一片濾紙，然后裝土。稱土219.8g，控制每次裝土高度為2（3）調(diào)節(jié)馬氏瓶，使其進(jìn)氣孔高出土柱面2cm，形成水頭差；（4）用燒杯迅速向玻璃柱中加水，立即打開(kāi)供水閥，同時(shí)打開(kāi)秒表計(jì)時(shí)，三者要求同時(shí)進(jìn)行，然后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；（5）每隔一定時(shí)間測(cè)定一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（記錄馬氏瓶讀數(shù)、時(shí)間）；（6）處理與分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理見(jiàn)表1表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理入滲時(shí)間(min）時(shí)間間隔（min）時(shí)段入滲量（ml）累積入滲量（ml）入滲速率（ml/min）000.000.000.001142.0042.0042.002148.0090.0048.003130.00120.0030.004130.00150.0030.005124.00174.0024.006118.00192.0018.007114.00206.0014.008112.00218.0012.00918.00226.008.001016.00232.006.001114.00236.004.001214.00240.004.001316.00246.006.001414.00250.004.001514.00254.004.001615.00259.005.001717.00266.007.001818.00274.008.001912.00276.002.002016.00282.006.002114.00286.004.002214.00290.004.002315.00295.005.002415.00300.005.002514.00304.004.002616.00310.006.002715.00315.005.002815.00320.005.002914.00324.004.003017.00331.007.0035521.00352.004.2040518.00370.003.6045516.00386.003.2050514.00400.002.8055518.00418.003.6060515.00433.003.0065513.00446.002.6070518.00464.003.6075514.00478.002.8080522.00500.004.4085516.00516.003.2090514.00530.002.809558.00538.001.60100510.00548.002.00105514.00562.002.80110511.00573.002.20115511.00584.002.20120515.00599.003.001301023.00622.002.301401028.00650.002.801501024.00674.002.401601024.00698.002.401701026.00724.002.601801023.00747.002.301901025.00772.002.502001023.00795.002.302101019.00814.001.902201020.00834.002.002301030.00864.003.0023448.00872.002.0023956.00878.001.2024456.00884.001.20249512.00896.002.4025012.00898.002.0025112.00900.002.0025212.00902.002.0025311.00903.001.0025411.00904.001.0025511.00905.001.0025611.00906.001.00261510.00916.002.00266510.00926.002.00271510.00936.002.00（2）累積入滲量、入滲速率與時(shí)間的關(guān)系曲線分別見(jiàn)圖1、圖2。圖1累積入滲量I與入滲時(shí)間t的關(guān)系曲線圖2入滲速率i與入滲時(shí)間t的關(guān)系曲線由圖可以看出整體結(jié)果還是比較符合的，但是相關(guān)性不太高。7、對(duì)三種經(jīng)驗(yàn)公式的擬合效果進(jìn)行對(duì)比分析（1）土壤垂直累計(jì)入滲量散點(diǎn)圖及各經(jīng)驗(yàn)公式擬合曲線①使用Philip入滲公式進(jìn)行擬合如下圖3：圖3philip入滲公式擬合圖②使用考斯加可夫入滲公式進(jìn)行擬合如下圖4：圖4考斯加可夫入滲公式擬合圖③使用Green-Ampt入滲公式進(jìn)行擬合如下圖5：圖5Green-Ampt入滲公式擬合圖（2）對(duì)土壤垂直入滲三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果進(jìn)行對(duì)比分別用三種經(jīng)驗(yàn)公式擬合的回歸系數(shù)見(jiàn)下表2表2不同擬合公式回歸系數(shù)對(duì)比表不同擬合公式Philip入滲公式考斯加可夫入滲公式Green-Ampt入滲公式回歸系數(shù)0.98980.98130.9737擬合效果對(duì)比圖如下圖6圖6采用不同經(jīng)驗(yàn)公式擬合效果對(duì)比圖由上述圖表可知：（1）累積入滲量隨時(shí)間的增加而增大，但增加的速率越來(lái)越小，最終趨于穩(wěn)定，入滲速率隨時(shí)間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定，其值為穩(wěn)定入滲率；（2）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(duì)于前兩種模型來(lái)說(shuō)誤差還是比較大的。二、水平入滲實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谑炀氄莆账酵林鼭B法測(cè)定非飽和土壤水?dāng)U散率原理的基礎(chǔ)上，了解土壤水分水平入滲的過(guò)程、入滲特性，確定入滲條件下濕潤(rùn)鋒x和時(shí)間t之間的關(guān)系，了解入滲條件下土壤累計(jì)入滲量曲線以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，計(jì)算土壤的入滲速率以及數(shù)學(xué)表達(dá)式，同時(shí)得到土壤水?dāng)U散率的關(guān)系，并繪制相應(yīng)的圖表。2、實(shí)驗(yàn)要求水平土柱（長(zhǎng)30cm），是由直徑5cm、厚度為2cm的單環(huán)組裝形成的，控制裝土容重為1.4。水平入滲過(guò)程中，進(jìn)水端的水位由馬氏瓶控制。入滲過(guò)程中，觀測(cè)不同時(shí)間的累積入滲量以及濕潤(rùn)鋒的距離。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用烘干法分層測(cè)定土壤重量含水率計(jì)算體積含水率。3、實(shí)驗(yàn)儀器馬氏瓶（3cm×5cm）、玻璃土柱、天平、濾紙、秒表、燒杯。4、實(shí)驗(yàn)原理水平土柱入滲法測(cè)非飽和土壤水?dāng)U散率要求土柱的土壤質(zhì)地均一,且初始含水量分布均勻,在進(jìn)水端邊界含水量穩(wěn)定不變,忽略重力作用的條件下,該土壤水屬于一維流問(wèn)題,其微分方程及定解條件為:式中：為入滲時(shí)間（min）；為水平入滲距離（cm）；為體積含水量（cm3/cm3）；，分別為土壤的初始含水量和飽和含水量。對(duì)方程(1)施以Boltzmann變換可得：帶入Boltzmann變換參數(shù)，上式可變?yōu)椋菏街校簽橄噜弮牲c(diǎn)對(duì)應(yīng)的平均值；為相鄰兩點(diǎn)和增量比值的平均值。Philip水平入滲公式：或者5、實(shí)驗(yàn)方法和步驟（1）稱土：控制土壤容重為1.4，計(jì)算4cm高土柱所需的土量：（2）裝土柱：在水平實(shí)驗(yàn)土槽底部墊上濾紙，然后將實(shí)驗(yàn)用土按設(shè)計(jì)容1.4的標(biāo)準(zhǔn)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。（3）裝水：在馬氏瓶中裝入一定量的水，將下部進(jìn)氣閥和出水閥關(guān)閉。（4）連接儀器：用橡皮輸水管將馬氏瓶的出水口與水平土槽進(jìn)水口相連，然后打開(kāi)馬氏瓶頂部的加水孔的橡皮塞和出水閥，同時(shí)將水平槽的排氣孔打開(kāi)，給水平土槽下部的水室進(jìn)行排氣和充水，保證水能夠均勻的入滲。（5）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(kāi)馬氏瓶下部的進(jìn)氣閥，將水平土柱放平，讓水平土柱中心軸與馬氏瓶的進(jìn)氣閥相平，這樣才能保證水平入滲在無(wú)壓條件下進(jìn)行，同時(shí)，打開(kāi)秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，并記下馬氏瓶上的刻度數(shù)。（6）進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，每當(dāng)濕潤(rùn)鋒前進(jìn)2cm時(shí)，記下時(shí)間和馬氏瓶上的刻度數(shù)，達(dá)到穩(wěn)定入滲時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，然后打開(kāi)水平土槽，將其中的土按2cm長(zhǎng)度分層裝入事先準(zhǔn)備好的鋁盒中，然后稱重，并放入烘箱進(jìn)行烘干、稱重。6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析（1）計(jì)算累積入滲量，結(jié)果見(jiàn)表1；繪制濕潤(rùn)鋒與時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1；再繪制累積入滲量與時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。表1累計(jì)入滲量計(jì)算表入滲時(shí)間（min）時(shí)間間隔(min)馬氏瓶讀數(shù)（ml）濕潤(rùn)鋒入滲距離（cm）累計(jì)入滲量（ml）0042003.7833.7835841610.2836.5006862620.1339.8508183933.16713.03494105251.46718.300110126885.38333.916131148998.11712.7341391697132.55034.43315718115165.16732.61717320131206.63341.46619222150241.41734.78421924177273.91732.50023926197圖1濕潤(rùn)鋒x與時(shí)間t的關(guān)系曲線圖2累積入滲量I與時(shí)間t的關(guān)系曲線（2）根據(jù)反解，計(jì)算入滲率，結(jié)果見(jiàn)表2，然后繪制入滲速率i與時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。表2入滲速率i計(jì)算表時(shí)間t（min）入滲速率i（ml/min）00.00011.9030.0003.7830.5143.06010.2830.3121.85620.1330.2231.32633.1670.1741.03351.4670.1390.83085.3830.1080.64498.1170.1010.601132.5500.0870.517165.1670.0780.463206.6330.0700.414241.4170.0640.383273.9170.0600.360圖3入滲速率i與時(shí)間t的關(guān)系曲線（3）計(jì)算土壤體積含水率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。表3土壤體積含水率計(jì)算表編號(hào)盒重（g）鋁盒+濕土重（g）鋁盒+干土重（g）水重（g）質(zhì)量含水率（g/g）體積含水率（cm3/cm3）116.3035.9331.464.4729.48541.280214.6239.1333.445.6930.23442.327314.0040.0733.816.2631.60044.240414.7638.2333.524.7125.10735.149515.5737.2132.494.7227.89639.054615.5037.9732.855.1229.51041.314715.2637.232.544.6626.96837.755815.0739.7334.415.3227.50838.511916.2338.3134.14.2123.55932.9831016.1341.0736.07525.07535.1051116.0841.6636.784.8823.57533.0051216.1632.7330.082.6519.03726.652（4）計(jì)算，其中為總累計(jì)入滲時(shí)間，可得出不同含水率對(duì)應(yīng)的值。結(jié)果見(jiàn)表4，然后繪制二者關(guān)系圖，見(jiàn)圖4。表4λ值計(jì)算表濕潤(rùn)鋒入滲距離x（cm）時(shí)間t（min）t總0.5體積含水率（cm3/cm3）λ0016.55000.00043.7830.4130.242610.2830.4230.363820.1330.4420.4831033.1670.3510.6041251.4670.3910.7251485.3830.4130.8461698.1170.3780.96718132.5500.3851.08820165.1670.3301.20822206.6330.3511.32924241.4170.3301.45026273.9170.2671.571圖4含水率θ與λ的關(guān)系曲線(5)根據(jù)和的值，計(jì)算土壤擴(kuò)散率，結(jié)果見(jiàn)表5，然后繪制和的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖5。表5土壤擴(kuò)散率計(jì)算表（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）0.291.5650.301.5150.010.055.000.311.4600.010.055.505.251.5400.0770.047-0.1220.1220.321.4000.010.066.005.751.4880.0820.128-0.3690.3690.331.3450.010.055.505.751.4300.0860.214-0.6160.6160.341.2800.010.066.506.001.3730.