土壤渗透系数测量装置及方法

技术领域

本发明涉及农业水利工程技术领域，特别涉及一种土壤渗透系数测量装置及方法。

背景技术

土壤的渗透性指土壤对地表水的渗透能力，是反映土壤侵蚀的重要特性之一。由于土壤渗透系数能够综合表征土壤的渗透性，因此准确地测量出土壤渗透系数对水利工程设计及试验分析会起到至关重要的作用。

相关技术中通常是采用SK-500型试坑双环试验的方法测量野外田间土壤渗透系数。当试验过程中需要加水时，需要将试验装置中的马氏瓶倒置，然后打开瓶塞，向马氏瓶中加水后，再将装有水的马氏瓶倒置，进行后续的试验。

在实现本发明的过程中，发明人发现该相关技术至少存在以下问题：

向测量土壤渗透系数的装置中加水的操作过程不仅繁重，而且较为复杂。一般在对渗透系数较大的土壤进行渗透系数的测量试验时，由于所需的渗透水量较大，因此试验过程中可能会进行十几次，甚至更多次的加水操作，而使用相关技术中测量土壤渗透系数的试验装置及方法，会导致试验过程中补水的时间过长，从而影响了测量结果的准确性。同时，由于存在繁琐的加水过程，因此对试验人员操作能力的要求也较高。另外，由于相关技术中的装置仅能在野外的工况下进行土壤渗透系数的测量，因此其装置的适用范围较小。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种土壤渗透系数测量装置及方法，使得土壤渗透系数测量的结果更加准确。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本申请实施例提供了一种土壤渗透系数测量装置，所述装置包括马氏瓶、瓶塞、第一连接软管和漏斗；

所述瓶塞塞在所述马氏瓶的瓶口；

所述马氏瓶的侧壁上设有第一进水孔和第一排气孔，其中所述第一进水孔的高度和所述第一排气孔的高度相对应；

所述第一连接软管的第一端与所述漏斗相连接，第二端与所述第一进水孔相连接。

可选地，所述马氏瓶的侧壁上还设有第二进水孔和第二排气孔；

所述第二进水孔的高度和所述第二排气孔的高度相对应；

所述第一进水孔接近所述马氏瓶的瓶底而远离所述马氏瓶的瓶口，所述第二进水孔远离所述马氏瓶的瓶底而接近所述马氏瓶的瓶口。

可选地，所述第一进水孔、所述第一排气孔、所述第二进水孔和所述第二排气孔上分别安有一个螺栓；

每个所述螺栓设有通孔，所述通孔连通所述马氏瓶的瓶内和瓶外。

可选地，所述装置包括多个堵头，所述堵头与所述螺栓一一对应，用于在需要时堵住所述螺栓的通孔。

可选地，所述第一进水孔的中心到所述第二进水孔的中心之间的距离h与所述马氏瓶的瓶身内径D

其中，所述瓶身内径D

可选地，所述马氏瓶的所述瓶身内径D

其中，所述瓶身高度H的单位为cm。

可选地，所述第一进水孔、所述第一排气孔、所述第二进水孔和所述第二排气孔的孔径d相同；

所述孔径d为1.7～2。

可选地，所述第一连接软管的长度L

其中，所述长度L

可选地，所述装置包括储物层；

所述储物层与所述马氏瓶的瓶底连接在一起。

可选地，所述储物层为分离式储物层或固定式储物层；

所述固定式储物层为圆台形腔体或圆柱形腔体；所述圆柱形腔体的内径与所述马氏瓶的瓶身内径D

所述储物层的高度为7～10。

另一方面，本申请实施例提供了一种土壤渗透系数测量方法，所述方法利用上述任一项所述的装置，所述方法包括：

打开第一进水孔和第一排气孔；

依次连通漏斗、第一连接软管和所述第一进水孔；

将试验用水从所述漏斗灌入，并通入马氏瓶中。

本申请实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

当进行土壤野外渗透系数测量试验过程中需要补水时，水可经过漏斗并从马氏瓶的侧壁所设置的进水孔中进入瓶内。与传统马氏瓶的加水操作相比，由于该种装置补水的操作比较方便、快捷，因此不仅节省了大量的时间，还能够保证向马氏瓶中及时补水，使得土壤渗透系数测量的结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请实施例提供的土壤渗透系数测量装置结构示意图；

图2是本申请实施例提供的土壤渗透系数测量装置中的马氏瓶的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的土壤渗透系数测量方法中的野外工况下的装置示意图；

图4是本申请实施例提供的土壤渗透系数测量方法中的第一种室内工况下的装置示意图；

图5是本申请实施例提供的土壤渗透系数测量方法中的第二种室内工况下的装置示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1-马氏瓶；

2-瓶塞；

3-第一连接软管；

4-漏斗；

5-第一进水孔；

6-第二进水孔；

7-第一排气孔；

8-第二排气孔；

9-储物层；

10-第一弯曲连接管；

11-第二弯曲连接管；

12-直连接管；

13-第二连接软管；

14-第一螺栓；

15-第二螺栓；

16-第三螺栓；

17-第四螺栓；

18-第一进水连接管；

19-第二进水连接管；

20-长导管；

21-短导管；

22-第一堵头；

23-第二堵头；

24-第三堵头；

25-第四堵头；

26-溢流口。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在对本申请实施方式作进一步地详细描述之前，本申请实施例中所涉及的方位名词，以图中所示方位为基准，仅仅用来清楚地描述本申请实施例的土壤渗透系数测量装置及方法，并不具有限定本申请保护范围的意义。

下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

结合图1和图2所示，本申请实施例提供了一种土壤渗透系数测量装置，其特征在于，该装置包括马氏瓶1、瓶塞2、第一连接软管3和漏斗4。瓶塞2塞在马氏瓶1的瓶口。

马氏瓶1的侧壁上设有第一进水孔5和第一排气孔7，其中第一进水孔5的高度和第一排气孔7的高度相对应。

第一连接软管3的第一端与漏斗4相连接，第二端与第一进水孔5相连接。

利用本申请实施例提供的土壤渗透系数测量装置，当进行土壤野外渗透系数测量试验过程中需要补水时，水可经过漏斗4并从马氏瓶1的侧壁所设置的第一进水孔5中进入瓶内。在传统的土壤渗透系数测量试验过程中，使用的是传统马氏瓶，当要加水时，需要将试验装置中的传统马氏瓶倒置，然后打开瓶塞，向瓶中加水后，再将装有水的传统马氏瓶瓶倒置，进行后续的试验。与传统马氏瓶的加水操作相比，由于该种装置补水的操作比较方便、快捷，因此不仅节省了大量的时间，还能够保证向马氏瓶1中及时补水，使得土壤渗透系数测量的结果更加准确。

下面对本申请实施例提供的土壤渗透系数测量装置的各个组成单元的结构和作用进行更具体详尽的说明。

如图2所示，在本申请一些实施例中，马氏瓶1的侧壁上还设有第二进水孔6和第二排气孔8。

第二进水孔6的高第二排气孔8的高度相对应；第一进水孔5接近马氏瓶1的瓶底而远离马氏瓶1的瓶口，第二进水孔6远离马氏瓶1的瓶底而接近马氏瓶1的瓶口。

在本申请一些实施例中，第一进水孔5、第一排气孔7、第二进水孔6和第二排气孔8上分别安有一个螺栓；每个螺栓设有通孔，通孔连通马氏瓶1的瓶内和瓶外。

如图1所示，第一进水孔5上安装有第一螺栓14，第二进水孔6上安装有第二螺栓15，第一排气孔7上安装有第三螺栓16，第二排气孔8上安装有第四螺栓17。

如图1所示，在本申请一些实施例中，该土壤渗透系数测量装置包括第一弯曲连接管10和第二弯曲连接管11。

第一弯曲连接管10的第一端与第一排气孔7连接在一起，第二弯曲连接管11的第一端与第二排气孔8连接在一起。第一弯曲连接管10的第二端和第二弯曲连接管11的第二端连接在一起。

需要说明的是，在土壤渗透系数测量试验进行前或者结束后，将第一弯曲连接管10和第二弯曲连接管11按照上述连接方式连接在一起时，可以作为马氏瓶1的手柄使用，使得该土壤渗透系数测量装置便于携带。

如图1所示，在本申请一些实施例中，该土壤渗透系数测量装置包括直连接管12。直连接管12的第一端与第一弯曲连接管10的第二端连接在一起，直连接管12的第二端与外界相通。

需要说明的是，当直连接管12和第一弯曲连接管10按照上述连接方式连接在一起时，装置按照图5所示的状态放置，此时相互连接的直连接管12和第一弯曲连接管10用于控制马氏瓶1内部水的高度。

如图1所示，在本申请一些实施例中，该装置还包括第一进水连接管18和第二进水连接管19。

可以理解的是，在试验需要时，第一进水连接管18用于和第一螺栓14相连接，第二进水连接管19用于和第二螺栓15相连接。

需要说明的是，在通过漏斗4向马氏瓶1中进行补水前，需要先将第一进水连接管18的第一端与第一连接软管3的第二端连接在一起，将第一进水连接管18的第二端与第一螺栓14连接在一起，同时第一连接软管3的第一端与漏斗4连接在一起，从而形成水流通路，然后可以进行补水操作。

需要说明的是，第一弯曲连接管10、第二弯曲连接管11、直连接管12、第一进水连接管18和第二进水连接管19均可选用刚度大且不易碎的材质，例如有机玻璃、钢管或者硬塑PE管等材质，具体在进行选用时，可根据马氏瓶1的材质决定。

在本申请一些实施例中，装置包括多个堵头，堵头与螺栓一一对应，用于在需要时堵住螺栓的通孔。

可以理解的是，当不需要利用螺栓上设置的通孔连通马氏瓶1的瓶内和瓶外时，将堵头堵住对应的螺栓通孔。

如图3所示，在本申请一些实施例中，堵头包括第一堵头22、第二堵头23、第三堵头24和第四堵头25。

第一堵头22与第一螺栓14连接在一起，第二堵头23与第二螺栓15连接在一起，第三堵头24与第三螺栓16连接在一起，第四堵头25与第五螺栓17连接在一起。

可以理解的是，每个堵头和与之对应的螺栓之间是可拆卸连接的，例如可以通过在每个螺栓的外壁和每个堵头的内壁分别设置螺纹，两者通过螺纹连接在一起；也可以将堵头直接塞在对应螺栓上设置的通孔中，从而堵住螺栓通孔。

需要说明的是，螺栓与堵头的材质可以根据需要进行选择，例如有机玻璃材质、PVC材质或者硬塑PE材质等。

如图3所示，在本申请一些实施例中，装置还包括长导管20和短导管21，瓶塞2上设有第一导管口和第二导管口。

长导管20穿过第一导管口伸入马氏瓶1中，短导管21穿过第二导管口伸入马氏瓶1中。

结合图1、图3和图4所示，在本申请一些实施例中，装置还包括第二连接软管13，第二连接软管13用于与短导管21或者第一进水连接管18相连接。

在本申请一些实施例中，第一进水孔5的中心到第二进水孔6的中心之间的距离h与马氏瓶1的瓶身内径D

其中，瓶身内径D

在本申请一些实施例中，马氏瓶1的瓶身内径D

其中，瓶身高度H的单位为cm。

需要说明的是，上式中的1.2为马氏瓶1的安全系数。

在本申请一些实施例中，第一进水孔5、第一排气孔7、第二进水孔6和第二排气孔8的孔径d相同；孔径d为1.7～2cm。

需要说明的是，第一弯曲连接管10、第二弯曲连接管11、直连接管12、第一进水连接管18和第二进水连接管19的管的外径均不大于孔径d。

在本申请一些实施例中，第一连接软管3的长度L

其中，长度L

在本申请一些实施例中，第二连接软管13的长度L

可以理解的是，第二连接软管13的长度L

在本申请一些实施例中，装置包括备用软管(图中未示出)，备用软管的长度为L

可以理解的是，备用软管可以与长导管20或短导管21相连接，也可以在必要时替代第一连接软管3或第二连接软管13。

需要说明的是，上述部件的尺寸推导过程如下：

设第一连接软管3的长度为L

由于要保证水的正常流通，因此控制孔径d最小值为1.7；同时当第一弯曲连接管10和第二弯曲连接管11作为马氏瓶1的手柄使用时，要便于操作人员拿取，因此控制孔径d的最大值为2。将孔径d的最大值和最小值分别代入上式可知，第一连接软管3长度L

需要说明的是，在试验过程中，使用上述尺寸的部件，可以使得在进行补水操作时，水流以更快的速度进入马氏瓶1内部，由于补水的时间更短，因此能够及时向马氏瓶1内部补水，得到的试验结果也更加准确。

在本申请一些实施例中，装置包括至少两个止水夹。

需要说明的是，止水夹用于夹住第一连接软管3、第二连接软管13或者备用软管，能够阻止水流在各个软管中流通。

如图2所示，在本申请一些实施例中，装置包括储物层9；储物层9与马氏瓶1的瓶底连接在一起。

可以理解的是，装置中除马氏瓶1以外的零件可装在储物层9中进行储藏，不仅在进行试验时便于找到各个零件，也可以防止试验过程中因丢失某一零件而对试验的进展造成影响。

在本申请一些实施例中，储物层9可以为分离式储物层，也可以为固定式储物层。

需要说明的是，当储物层9为分离式储物层时，储物层9可采用硅胶材料，将储物层9套在马氏瓶1瓶底的外侧，便可以形成储物空间，需要拿取储物层9中的零件时，摘下储物层9即可。

当储物层9为固定式储物层时，储物层9可采用有机玻璃的材质，固定式储物层为圆柱形腔体或圆台形腔体。圆柱形腔体的内径与马氏瓶1的瓶身内径D

可以理解的是，固定式储物层可以使得在马氏瓶1倒置时，装置整体放置得更加平稳，不易产生倾斜。

在本申请一些实施例中，固定式储物层上设有一个开口，在该开口上安装有可转动连接的盖子。

可以理解的是，当需要从储物层9内取出部件时，打开盖子；取出部件后，关闭盖子。储物层9不仅使得装置中的部件便于携带，还易于被拿取。

在本申请一些实施例中，漏斗4上沿的内径为D

可以理解的是，上述各个部件尺寸的设计，使得各个部件能够放入储物层9中，便于装置的储存与携带，而且也能够避免部件的丢失。

本申请实施例还提供了一种土壤渗透系数测量方法，该方法利用如上述中的任一种装置，该方法包括：

打开第一进水孔5和第一排气孔7；依次连通漏斗4、第一连接软管3和第一进水孔5；将试验用水从漏斗4灌入，并通入马氏瓶1中。

利用该种土壤渗透系数测量方法，由于使得对马氏瓶1瓶内进行补水的操作更加简单，便捷，因此不仅节省了大量的时间，还能够保证向马氏瓶中及时补水，使得土壤渗透系数测量的结果更加准确。

在不同工况条件下，土壤渗透系数测量方法有所不同，在使用本申请实施例提供的上述土壤渗透系数装置时，各个部件之间的连接可以根据需求进行相应的调整，下面以具体工况下的示例对土壤渗透系数测量方法进行更详尽的说明。

在野外进行测量土壤渗透系数试验时，装置按照图3所示放置，结合图1和图3所示，各个部件间的连接方式如下：

第一堵头22堵住第一螺栓14，第二堵头23堵住第二螺栓15，第三堵头24堵住第三螺栓16，第四堵头25堵住第四螺栓17；马氏瓶1中装有预设体积的水；位于马氏瓶1外部的长导管20的端面与待测土壤上方预设高度的水面相切；第二连接软管13的一端与短导管21相连，另一端没入土壤上方的水中。

可以理解的是，实验过程中，由于水会不断渗入土壤中，因此土壤上方的水面高度下降，此时长导管20的端面与土壤上方的水面形成一定的高度差，外界空气从长导管20进入马氏瓶1中，使得马氏瓶1中的水能够持续向外流出。

在试验过程中，当马氏瓶1中的水流完后，需要对马氏瓶1内部进行补水操作，具体步骤如下：

第一步：用止水夹夹紧第二连接软管13。

第二步：取下第一堵头22和第三堵头24，将第一进水连接管18连接在第一螺栓14上。

第三步：将第一连接软管3的第一端与漏斗4相连接，第二端与第一进水连接管18相连接。

第四步：将预设量的水经漏斗4全部通入马氏瓶1内部。

第五步：取下漏斗4、第一连接软管3和第一进水连接管18，将第一堵头22堵住第一螺栓14的通孔，第三堵头24堵住第三螺栓16的通孔，取下用于夹紧第二连接软管13的止水夹后，恢复试验。

在进行一种室内测量土壤渗透系数试验时，装置按照图4所示放置，结合图1和图4所示，各个部件间的连接方式如下：

第二堵头23堵住第二螺栓15，第三堵头24堵住第一螺栓14，第四堵头25堵住第四螺栓17；瓶塞2塞在马氏瓶1的瓶口；备用软管的一端与短导管21连接在一起，止水夹夹紧备用软管；马氏瓶1中装有预设体积的水；第一进水连接管18与第一螺栓14相连接；第二连接软管13的一端与第一进水连接管18相连，另一端没入土壤上方的水中。

可以理解的是，长导管20的设置可以使得马氏瓶1内部的水匀速缓慢地流出，使得试验的结果更加准确。

在试验过程中，当马氏瓶1中的水流完后，需要对马氏瓶1内部进行补水操作，具体步骤如下：

第一步：用另一个止水夹夹紧第二连接软管13。

第二步：取下第二堵头23和第四堵头25，将第二进水连接管19连接在第二螺栓15上。

第三步：将第一连接软管3的第一端与漏斗4相连接，第二端与第二进水连接管19相连接。

第四步：将预设量的水经漏斗4全部通入马氏瓶1内部。

第五步：取下漏斗4、第一连接软管3和第二进水连接管19，将第二堵头23堵住第二螺栓15的通孔，第四堵头25堵住第四螺栓17的通孔，取下用于夹紧第二连接软管13的止水夹后，恢复试验。

在进行另一种室内测量土壤渗透系数试验时，装置按照图5所示放置，一般适用于对渗透系数较大的待测土壤进行测量，结合图1和图5所示，各个部件间的连接方式如下：

第二堵头23堵住第二螺栓15，第四堵头25堵住第四螺栓17；马氏瓶1的瓶口敞开，外界的水从瓶口直接通入马氏瓶1内；第一进水连接管18与第一螺栓14相连接；第二连接软管13的一端与第一进水连接管18相连，另一端没入土壤上方的水中；第一弯曲连接管10的第一端与第三螺栓16相连接，第一弯曲连接管10的第二端与直连接管12的第一端相连接。

在装有土壤的容器的侧壁上设有溢流口26，溢流口26的高度与预设土壤上方的水面高度相同。

可以理解的是，在该种工况下，可以直接将马氏瓶1的瓶口置于水龙头的下方，打开水龙头持续向马氏瓶1内部持续供水。当马氏瓶1内的水过多时，可以通过直连接管12流出，也可以通过溢流口26流出，确保土壤上方的水始终处于预设的水面高度并向土壤内渗透。

可以理解的是，当试验不需要较大的水量时，该种工况下的补水操作也可以利用漏斗4实现，具体步骤如下：

第一步：用止水夹夹紧第二连接软管13。

第二步：取下第二堵头23，将第二进水连接管19连接在第二螺栓15上。

第三步：将第一连接软管3的第一端与漏斗4相连接，第二端与第二进水连接管19相连接。

第四步：将预设量的水经漏斗4全部通入马氏瓶1内部。

第五步：取下漏斗4、第一连接软管3和第二进水连接管19，将第二堵头23堵住第二螺栓15的通孔，取下用于夹紧第二连接软管13的止水夹后，恢复试验。

综上所述，该种土壤渗透系数测量方法中所利用的土壤渗透系数测量装置，由于对第一进水孔5、第二进水孔6、第一排气孔7、第二排气孔8、第一连接软管3、第二连接软管13以及备用软管等部件的尺寸进行了设计，因此在进行补水操作时，操作较为简单，所需的时间更短。该装置不仅节省了大量的时间，还能够保证向马氏瓶中及时补水，使得土壤渗透系数测量的结果更加准确。同时，由于该种装置可以在多种不同的工况下进行使用，其可适用的范围更广。另外，在马氏瓶1的瓶底处还设置了储物层9，由于能将装置中的各个部件都装进储物层9中进行携带，因此不仅在进行试验时，可以及时找到所需的各个部件，而且在试验结束后可进行方便的储层，不易丢失。

在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。