[發明專利]一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法

在審

• 申請號: 202110255904.9
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113029904A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 蘇丹輝;周建偉;鄭曉明;馮海波;李冉;陳峰
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法，主要包括以下步驟：(1)土壤溫濕度的測試；(2)土壤含水量的測試；(3)土壤孔隙度的計算。本發明提供的方法借助熱力學平衡下液態水和氣態水的性質可計算土壤孔隙度。該方法具有可在野外進行原位測試，操作簡單，測試結果準確，并且應用范圍廣泛。該技術對農業種植、土壤污染修復、土壤水文計算、土地復墾時土壤孔隙度的準確測定具有重要意義。

技術領域

本發明涉及資源與環境技術領域，尤其涉及一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法。

背景技術

土壤孔隙度是土壤物理的重要特征之一，它決定了土壤的透氣性與滲透性，對于確定農田灌溉與排水也有重要的參考價值；同時，植物根系發育及吸收能力、微生物活動的強度、土壤中污染物質的遷移與轉化都與土壤孔隙度關系密切，因此，對于土壤孔隙度的研究與測試變得尤為重要。

目前，國內外學者及技術人員從多種角度對土壤孔隙度的測試方法進行了研究，主要的方法包括容重比重法、飽水法和經驗公式法。容重比重法是通過測試土壤的干容重和比重，利用常規公式計算土壤的孔隙度。

而飽水法則是用環刀取土樣，并將環刀飽水，輸入水的體積即為環刀中土壤的孔隙體積，因此孔隙度為孔隙體積與環刀體積之比。經驗公式法則是通過測試不同土壤的孔隙度與比重，并通過擬合回歸方程得到其函數關系，并計算土壤孔隙度。

容重比重法和經驗公式法都需要采集土樣在實驗室內測試土壤的容重與比重，而取樣的過程勢必會改變土壤的狀態，導致最后的測試結果為擾動土壤的孔隙度；同時，比重與容重的測試操作繁瑣，導致了測試效率低下。飽水法則忽略了飽水前土壤中已經存在的水分的含量，因此，其測試結果誤差較大。

綜上所述，現有的技術在應用過程中存在局限性，因此，亟需開發一種操作便捷、測試結果精準、適用范圍較廣的方法。

發明內容

有鑒于此，本發明目的是提供一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法，包括以下步驟：

S1、使用溫濕度儀測試目標巖土體內的溫濕度值，并記錄下巖土體在熱力學平衡狀態下的溫濕度值；

S2、使用土壤水分測試儀器，測試待測土壤的含水率，并且保證該含水率下的溫度與S1中基本一致，相對濕度同樣為100％；

S3、將S1中測試的溫度值和S2測試的土壤含水率的值帶入土壤的孔隙度計算公式,計算土壤的孔隙度；所述公式如下：

其中，Wv(T)表示溫度T時巖土體的含水率，V_p表示土壤的孔隙度，α(T)表示液態水和氣態水的質量比與溫度T的函數關系，β(T)表示液態水和氣態水的密度比與溫度T的函數關系。

本發明提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明拋開了傳統含水量測試方法研究的思維，借助熱力學和系統科學的理論基礎，從巖土體中水分的氣液轉化的熱力學平衡系統出發，分析液態水和氣態水的性質及含量，構建了一種新型的土壤孔隙度的測試方法。該方法具有可在野外進行原位測試，操作簡單，測試結果準確，并且應用范圍廣泛。該技術對農業種植、土壤污染修復、土壤水文計算、土地復墾時土壤孔隙度的準確測定具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

請參考圖1，本發明提供了一種基于熱力學平衡的土壤孔隙度測試方法，創新性的提出了熱力學平衡狀態下孔隙度與溫度及含水率的關系，并對其測試方法進行設計論述。該發明可以解決在農業種植、土壤污染修復、土壤水文計算、土地復墾時土壤孔隙度的準確測定的問題。