一種土壤導氣率穩態測算方法
【專利說明】
[0001 ]
技術領域： 本發明涉及土壤物理領域，具體地講是一種土壤導氣率穩態測算方法。
[0002]
【背景技術】： 土壤時刻與外接進行能量與物質的交換，土壤內部空氣也在不停的運動，并不斷的與 外界大氣進行著交換。土壤導氣率是指單位面積單位時間上土壤通過的氣體數量，是反映 土壤特性對土壤空氣更新速率的綜合性影響指標。由于空氣與水分共同存在于土壤孔隙 中，土壤水分的變化必然導致土壤中空氣含量的變化，因此土壤空氣和水之間滲透性關系 緊密，通過導氣率的測定可以間接獲得給定土壤飽和導水率和非飽和導水率相關信息。考 慮到土壤導氣率的測量比導水率的測量省時、省力且對土壤結構擾動極小，特別是在需要 大規模數據測量的大田土壤水力特征研究中，基于土壤導氣率的水力參數求解方法具有明 顯優勢。
[0003] 土壤導氣率原位測量中會受到一些實際的問題的困擾，比如當測量透氣性良好土 壤時，每次測量用氣量很大，須用打氣筒或者其他供氣源對儲氣筒連續的供氣，非常耗電或 者消耗體力，單位時間內測量的樣點數目有限，導致測量效率大打折扣。如何提高測量效率 是土壤導氣率測量中亟待解決的關鍵技術難題。
[0004]
【發明內容】
： 本發明的目的是克服已有技術的不足，而提供一種土壤導氣率穩態測算方法，同時提 供一種基于參照樣品導氣率的土壤導氣率計算模型;主要解決現有的方法測量效率低的問 題。
[0005] 本發明的技術方案是:一種土壤導氣率穩態測算方法，采用如下裝置，裝置包括供 氣源，所述的供氣源通過左導氣軟管連接左導氣管，左導氣管和右導氣管通過橡皮塞與測 筒相通連接，右導氣管通過右導氣軟管連接壓力計，橡皮塞與測筒密封連接，測筒內底部設 被測土壤，被測土壤上設低滲透性附加參照樣品；其特殊之處在于，測算方法包括以下步 驟： (1) 將風干的被測土壤按照預定的容重均勻填裝于內徑為D(m)的測筒，填裝的深度記 為L2(m); (2) 將直徑為D(m)、高度為LKm)、導氣率為Kal(m2)的低滲透性參照樣品放置于測筒內 被測土壤之上，在測筒內壁涂抹石蠟或者凡士林，防止測筒與低滲透性參照樣品之間漏氣； (3) 利用供氣源向測筒供氣，當流量計測量的供氣流量達到某一穩定直Q(m3/s)時，記 錄下對應的壓力計測定的測筒內空氣壓力值AP(pa)并停止供氣； (4) 利用下面的模型計算被測土壤的導氣率Ka2(m2):
上式中A表示直徑為D的測筒的橫截面積m2;以為空氣粘滯系數，與所處環境溫度T有 1 關，
[0006] 進一步的，所述的計算被測土壤導氣率Ka2的模型為基于參照樣品導氣率的土壤導 氣率計算模型： 已知低滲透性附加參照樣品的導氣率為Kal，設被測土壤的導氣率為Ka2，當供氣流量達 到穩定數值Q(m3/s)時，對應的測筒內空氣壓力值為AP(pa)，設此時低滲透性附加參照樣 品上下表面的空氣氣壓差為ΛΡ:，作用在測筒內被測土壤上表面的壓力與外圍大氣壓的差 值為ΛΡ2，根據穩態導氣率傳輸理論可得：
式（1)(2)中的〇、0、1^、1^的含義同步驟（1)(2)(3)(4);#為空氣粘滯系數，與所處環 境溫度Τ有關
由式（1)(2)可得：
代式(6)入式(2)得到：
[0007] 本發明所述的一種土壤導氣率穩態測算方法與已有技術相比具有突出的實質性 特點和顯著進步:通過引入已知導氣率的低滲透性附加參照樣品，在同樣的供氣壓力下能 夠有效降低氣體的流量，從而大為減少在土壤導氣率測量過程中的用氣量，達到同樣的用 氣量條件下顯著增加測量樣本數目的目的，從而有效提高了土壤導氣率的測量效率;根據 土壤空氣傳到基本理論，得到基于參照樣品導氣率的土壤導氣率計算模型，為本方法的應 用奠定了堅實的理論基礎。
[0008]
【附圖說明】： 圖1為本發明的裝置測量連接示意圖。
[0009]
【具體實施方式】： 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用 于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0010]實施例1，參見圖1，根據設計要求選擇合適的空氣壓縮機1做為供氣源，空氣壓縮 機1上安裝壓縮機充電開關2、儲氣瓶壓力指示表3、儲氣并閥門4、減壓閥5和氣體流量計6; 將空氣壓縮機1的儲氣瓶通過左導氣軟管連接左導氣管8,左導氣管8和右導氣管7通過橡皮 塞與測筒9相通連接，將右導氣管7通過右導氣軟管連接壓力計11，橡皮塞與測筒9密封連 接，在測筒9內底部放置被測土壤12,在被測土壤12上放置低滲透性附加參照樣品10; 采用上述裝置，計算被測土壤導氣率Ka2的模型為基于參照樣品導氣率的土壤導氣率 計算模型： 已知低滲透性附加參照樣品的導氣率為Kal，設被測土壤的導氣率為Ka2，設低滲透性附 加參照樣品上下表面的大氣壓力差為ΛΡ:，作用在測筒內土壤表面的壓力與外圍大氣壓的 差值為ΛΡ2，根據穩態導氣率傳輸理論可得：
式（1)(2)中的的含義同步驟(1)(2)(3); //為空氣粘滯系數，與所處環境溫 度T有關
由式（1)(2)可得：
利用上述裝置和基于參照樣品導氣率的土壤導氣率計算模型，土壤導氣率穩態測算方 法如下： 將風干的被測土壤按照預定的容重均勻填裝于內徑為D(m)的測筒，填裝的深度記為L2 (m);將直徑為D(m)、高度為LKm)、導氣率為Kal(m2)的低滲透性附加參照樣品放置于測筒內 被測土壤之上，在測筒內壁涂抹石蠟或者凡士林，防止測筒與低滲透性附加參照樣品之間 漏氣;利用空氣壓縮機向測筒供氣，當氣體流量計測量的供氣流量達到某一穩定直Q(m3/S) 時，記錄下對應的壓力計測定的測筒內壓力值AP(pa)并停止供氣;利用下面的模型計算被 測土壤的導氣率
；式中A表示直徑為D的測筒的橫截面積 m2; 為空氣粘滯系數，與所處環境溫度T有關，g
【主權項】
1. 一種土壤導氣率穩態測算方法，采用如下裝置，裝置包括供氣源，所述的供氣源通過 左導氣軟管連接左導氣管（8)，左導氣管（8)和右導氣管（7)通過橡皮塞與測筒（9)相通連 接，右導氣管(7)通過右導氣軟管連接壓力計（11)，橡皮塞與測筒(9)密封連接，測筒(9)內 底部設被測土壤（12)，被測土壤（12)上設低滲透性附加參照樣品（10);其特征在于，測算方 法包括以下步驟： (1) 將風干的被測土壤按照預定的容重均勻填裝于直徑為D(m)的測筒，填裝的深度記 為L2(m); (2) 將直徑為D(m)、高度為LKm)、導氣率為Kal(m2)的低滲透性參照樣品放置于測筒內被 測土壤之上，在測筒內壁涂抹石蠟或者凡士林，防止測筒與低滲透性參照樣品之間漏氣； (3) 利用供氣源向測筒供氣，當供氣流量達到某一穩定數值Q(m3/s)時，記錄下對應的壓 力計測定的測筒內空氣壓力值AP(Pa)并停止供氣； (4) 利用下面的模型計算被測土壤的導氣率Ka2(m2):上式中A表示直徑為D的測筒的橫截面積m2; #為空氣粘滯系數，與所處環境溫度T有 關，2. 根據權利要求1所述的一種土壤導氣率穩態測算方法，其特征在于，所述的計算被測 土壤導氣率Ka2的模型為基于參照樣品導氣率的土壤導氣率計算模型： 已知低滲透性附加參照樣品的導氣率為Kal，設被測土壤的導氣率為Ka2，當供氣流量達 到穩定數值Q(m3/s)時，對應的測筒內空氣壓力值為AP(pa)，設此時低滲透性附加參照樣 品上下表面的空氣氣壓差為AP 1，作用在測筒內被測土壤上表面的壓力與外圍大氣壓的差 值為AP2，根據穩態導氣率傳輸理論可得：式（1)(2)中的Qda1^2的含義同步驟（1)(2)(3)(4); /i為空氣粘滯系數，與所處環 境溫度T有關，由式（1)(2)可得：
【專利摘要】本發明公開了一種土壤導氣率穩態測算方法，其特點是：通過引入已知導氣率的低滲透性附加參照樣品，在同樣的供氣壓力下能夠有效降低氣體的流量，從而有效提高了土壤導氣率的測量效率；根據土壤空氣傳導基本理論，依據壓力和體積守恒原理得到基于低滲透性附加參照樣品導氣率的土壤導氣率計算模型，為本方法的應用奠定了堅實的理論基礎。
【IPC分類】G01N7/00
【公開號】CN105424543
【申請號】CN201510798301
【發明人】張振華, 楊潤亞, 王德勝
【申請人】張振華
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月19日