[發明專利]一種凍土中土壤冰含量的測量方法及測量設備

有效

• 申請號: 201810455627.4
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108445191B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 殷哲;秦偉;曹文洪;于洋
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/28;G01N1/38
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明屬于土壤檢測技術領域，尤其涉及一種凍土中土壤冰含量的測量方法及測量設備。所述測量方法包括：將凍土土樣放入可以讀取體積的恒容容器中，然后向容器中注入0℃的冰水，直至淹沒凍土土樣，得第一土水混合物，并讀取第一土水混合物的體積；將第一土水混合物中的土壤冰融化，得第二土水混合物，并讀取第二土水混合物的體積；結合第一土水混合物和第二土水混合物的體積，算得凍土土樣中土壤冰的體積，冰的密度已知，從而推算得凍土土樣中土壤冰的質量。所述測量設備包括所述容器，該容器包括底座和設于底座頂端的上端蓋，上端蓋構造有刻度線。本發明的測量方法，測量成本低，操作便捷，省時省力，誤差因素少；測量設備結構簡單，制造成本低。

技術領域

本發明屬于土壤檢測技術領域，尤其涉及一種凍土中土壤冰含量的測量方法及測量設備，適用于野外及室內的天然凍土和人工凍土中含水量的測量。

背景技術

一般情況下，當土壤的溫度低于0℃時，在土壤大孔隙中存在的水分開始發生相變，水分由液態水變為固態冰；而土壤中的毛管水和存在于土壤表面的薄膜水則處于液態，即土壤的未凍水。凍土中的水分和未凍水共同存在對土壤水文過程、熱力學特性、機械性能以及環境變化過程具有很大的影響。同時凍土中冰的含量對凍土的剪切力和凍土坡面的穩定性也會產生復雜的影響。因此，準確測量凍土含冰量是研究凍土物理特性的一項重要指標。

目前，凍土含冰量的測定方法主要包括兩種，一種是單獨一種技術或設備直接測量獲取凍土含冰量；另外一種是兩種技術或設備配合使用獲取土壤中液體水水分和土壤中總的土壤水分(包括液態水和固態冰)，通過計算得到凍土中的含冰量。第一種測量方法包括：氣體膨脹法、熱脈沖法、介電光譜法等。氣體膨脹法通過測量土壤中水分凍結過程體積膨脹引起的氣體壓力變化，間接反應土壤中冰的含量；熱脈沖法通過測量土壤中冰融化過程中引起的熱導率的變化來推導土壤中冰的含量，氣體膨脹法和熱脈沖法對測量人員技術要求高，并且測量時間長，在實驗室應用還存在一些限制，介電光譜法測量土壤中冰含量時，由于土壤總冰的介電常數高于空氣，所以測得的土壤冰含量往往比實際值偏高。兩種技術或設備配合使用來測量土壤中冰含量的方法包括介電導管傳感器和中子儀、TDR和伽馬射線衰減法。由于兩種一起在土壤中的感應體積范圍不一樣，所以測量結果存在一定的誤差并且測量儀器對測試人員專業要求高，價格昂貴。因此，研究一種簡單、方便、省時的凍土含冰量的直接測量方法意義重大。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明旨在提供一種凍土中土壤冰含量的測量方法，以解決傳統間接測量方法成本高、操作復雜的技術問題。

針對該測量方法，本發明同時提供了一種測量設備。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種凍土中土壤冰含量的測量方法，其包括以下步驟：

將凍土土樣放入可以讀取體積的容器中，然后向所述容器中注入水，直至淹沒所述凍土土樣，得第一土水混合物，并讀取所述第一土水混合物的體積；

將所述第一土水混合物中的土壤冰融化，得第二土水混合物，并讀取所述第二土水混合物的體積；

結合所述第一土水混合物和第二土水混合物的體積，算得所述凍土土樣中土壤冰的體積，從而算得所述凍土土樣中土壤冰的質量。

進一步地，所述容器為容量瓶。

進一步地，向所述容器中注入的水為0℃的水。

進一步地，將所述第一土水混合物中的土壤冰融化的方式為：將所述容器在室溫下靜置1～2h，直至所述第一土水混合物中的土壤冰完全融化。

進一步地，算得所述凍土土樣中土壤冰的體積的方式為：

式中：