[發明專利]一種瞬態三維土壤導氣率測算方法及測試裝置

無效

• 申請號: 201110230159.9
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102323180A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 張振華;楊潤亞;李陸生;牛文全;張富倉
• 申請（專利權）人: 張振華
• 主分類號: G01N7/00
• 分類號: G01N7/00
• 代理公司: 煙臺信合專利代理有限公司 37102
• 代理人: 遲元香

技術領域

本發明涉及土壤物理學領域，特別涉及一種瞬態三維土壤導氣率測算方法及測試裝置。

背景技術

導氣率是所有土壤氣流模擬中最重要的參數之一，早在一百多年前導氣率就被看作是土壤重要的特征指標，導氣率狀況在土壤結構及結構穩定性研究中非常重要，并且土壤導氣率與土壤飽和導水率之間存在密切的關系，往往作為土壤飽和導水率的替代指標。從供氣情況看，測量多孔介質（土壤、瀝青、混凝土等）導氣率的方法可分為兩大類，一類為穩態氣流測量方法（以下簡稱為穩態法），一類為瞬態氣流測量方法（以下簡稱為瞬態法）。其中穩態法的出現較早，理論上也更為完善，研究人員已給出在一維和三維邊界條件下多孔介質導氣率的穩態計算模型。穩態法因為要維持穩定的供氣壓力△P及穩定的氣體通量????????????????????????????????????????????????，一般需要空氣壓縮機或者氣泵等供氣裝備提供穩定可控的氣流和供氣壓力，同時需要精確的氣體流量計來觀測氣體流量，因而導致穩定法測量裝置結構復雜、價格高昂，并且在野外應用時往往因缺少電源而非常不便。

與穩態法相比，瞬態法出現較晚。然而，瞬態法具有穩態法無法比擬的巨大優勢，主要體現在以下兩點：①設備構造簡單、價格低廉。測量導氣率時，瞬態法不需要穩定的供氣壓力△P及穩定的氣體通量，僅僅需要測量瞬時供氣壓力△P（t）的動態過程，無需對氣體通量進行觀測，因此不需要空氣壓縮機或者氣泵等供氣裝備，用普通打氣筒即可滿足供氣要求；②不需電源，適合野外觀測。瞬態法觀測設備易于攜帶和運輸，不需要電源供電，因此特別適合于偏遠野外的土壤導氣率現場測量。由于瞬態法出現較晚，其理論基礎發展并不完善，目前僅給出了一維邊界條件下導氣率的計算模型，缺乏野外原位觀測對應的三維邊界下的測算方法。盡管可以通過取原狀土的方法，在一維條件下進行瞬態法測量，但取土時帶來的人為擾動，影響其測量精度和可靠性。??

發明內容

本發明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種瞬態三維土壤導氣率測算方法。

本發明的另一目的是提供一種瞬態三維土壤導氣率測試裝置。

本發明主要解決現有的一維條件下進行瞬態法測量，其取土時帶來的人為擾動，影響其測量精度和可靠性等問題。

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的：一種瞬態三維土壤導氣率測試裝置，其特殊之處在于它包括供氣部分、測管部分和氣壓計部分，測管部分包括圓柱形測管上設橡皮塞，橡皮塞上設導氣管，導氣管上通過第一連接軟管與三通連接；供氣部分通過第二連接軟管與測管部分的三通的一個支管連接，氣壓計部分通過第三連接軟管與測管部分的三通的另一個支管連接，各連接部分密封不漏氣。

本發明的一種瞬態三維土壤導氣率測試裝置，其所述的氣壓計部分為壓力表或U型管測壓計；當氣壓計部分為U型管測壓計，U型管測壓計的一端通過第三連接軟管與測管部分的三通的另一個支管密封連接。

本發明的一種瞬態三維土壤導氣率測試裝置，其所述的供氣部分為打氣筒、供氣泵、真空泵或人工吹吸氣；當供氣部分為打氣筒，打氣筒上帶開關閥門和氣門嘴，氣門嘴通過第二連接軟管與測管部分的三通的一個支管密封連接。

采用上述測試裝置的瞬態三維土壤導氣率測算方法，其特殊之處在于包括以下步驟：

a選定一待測點，把一直徑為D高為H的圓柱形測管垂直打入地下一定深度h處，測管的一部分(H-h)在地面以上，一般為10-20cm；

b檢查各連接處密封不漏氣，由供氣部分連續向測管供氣，直到測管內封閉的氣體壓力到達預定值停止供氣，保持測管內的氣體不會流出；

c從測管內封閉的氣體壓力到達預定值開始計時，觀測管內封閉氣體壓力P(t)的動態，并做好記錄；以為因變量，時間t為自變量，分析~t的關系，確定二者之間所呈直線的斜率S，將其代入公式即可計算出所測位置土壤的導氣率。

本發明所述的一種瞬態三維土壤導氣率測算方法及測試裝置與已有技術相比具有突出的實質性特點和顯著進步：1、土壤導氣率的測量在野外原位進行，對土壤擾動性極小，所測結果真實反映了土壤的實際導氣狀況；?2、系統結構簡單、易于操作，成本遠遠低于目前常用的測量設備，且使用和管理維修方便。

附圖說明：

圖1為本發明的構造連接示意圖；

圖2為一維邊界土壤導氣率測量工況；

圖3為三維邊界土壤導氣率測量工況。

具體實施方式：

為了更好地理解與實施，下面結合附圖給出具體實施例詳細說明本發明。