SW080B入渗仪说明书.docx

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SW080B入渗仪说明书

SW080B张力入渗仪

中文说明书

1仪器简介

SW080B用于快速，简单、准确地测量原位土壤在不同张力条件下的非饱和导水率并可以得到非饱和导水率和土壤表面张力的关系式。

1.1主要组件

1.气泡管（细管）：

用于设定土壤表面张力

2.储水管（粗管）：

储存水，用于测量导水率

3.入渗盘：

和土壤接触，为土壤表面提供压力

4.连接软管：

连接储水管和入渗盘，中间有阀门来控制水的供应

1.2产品特点

入渗盘通过连接软管与储水管连接使用，有利于在空间有限的地域例如小土坑类似的情况下测量。

可以从管部的刻度尺来直接读出耗水量，也可以利用储水管连接的压力传感器测量。

因为其中管内真空和水柱高度是成线性关系，水柱高度变化也就是真空的变化，因此入渗率可以通过压力传感器（和数采）的测量观察出。

用一个装在储水管上的压力传感器，和一个安装在入渗盘上的压力传感器，可以消除管中冒泡带来的影响，从而使测量结果更加精确。

2测量准备

1）仪器操作稍有繁琐，务必再熟悉正常操作流程后，再进行一些校准等附加操作；

2）如想得到精确结果，需多加练习，尽可能满足实验所需的条件；

3）可以先在实验室或其他场地进行熟练操作后，再对观测样地进行实验研究。

2.1测试密闭性

仪器出厂的时候是经过测试，一般不会出现管子和接口漏气漏水情况。

但是经过了长时间的使用，就需要检查仪器的气密性。

拔掉入渗盘上连接软管的接头，关闭所有阀门，使用手动泵给管子充气到100mbar气压，不要充太足以免损坏仪器。

密封气体出口，将仪器下半部放入水中，仔细察看有没有气泡冒出，如有泄漏可以用溶解的有机玻璃进行粘连密封，或也可以用胶枪密封。

2.2仪器加水

入渗盘：

利用水盆等储水容器，将入渗盘放入容器中完全浸没，目的是将盘中的空气全部排除。

储水管：

关闭软管开关阀门，A阀打开，B阀打开，C阀关闭，打开储水管顶部的盖子，往管子里加水至离顶部5厘米处，盖上盖子扣紧，关闭A阀。

气泡管：

A阀保持关闭，B阀打开，打开气泡管顶部盖子进行加水，直至水面离顶部7厘米处。

盖上盖子，将空气调节管插入较深位置。

每一次测量前都要求加水至上述的标准位置。

2.3调节张力

仪器可以测量不同张力条件下的导水率，例如10cm，6cm张力等，这个张力值是由气泡管的空气调节管进行控制的。

一般测量情况下，假如要测量Xcm张力下的导水率，就需要将空气调节管的底端调节到气泡管水面下4+X处，例如要测10厘米张力，则需要置空气调节管底端于水面下14厘米处。

推荐从高的张力测量值开始，例如15cm，10cm，5cm。

4为校准系数值，详细请看第5节校准部分，如果对仪器尚不熟悉，建议直接用4直接实验，先熟悉仪器的使用。

1）气泡管注水后盖上盖子，稍松顶部螺帽调节空气调节管，例如要测10厘米张力，则将空气调节管底端调整到水面下14厘米处，拧紧顶部螺帽。

2）调节完成，将阀门B关闭。

2.4土壤表面的处理

1）将仪器附带的蓝色土壤环推入土壤中，形成一个圆形圆圈。

将圆圈内杂草石块去除，平整后，在圆圈内放置2-3毫米厚的细砂，用直尺抹平圆环，清理完圆环外的沙子，小心取下环。

2）也可以直接用尖铲子移除直径40厘米，厚2到3厘米的土壤表面。

如果土壤太湿了，应该等干些后再进行测量。

3）准备工作完成。

3操作步骤

1）准备工作完成后，将浸泡中的入渗盘连接到仪器软管上，打开开关阀门，稍微晃动仪器与入渗盘，使仪器内部气泡完全排空。

2）取出入渗盘放到待测地点的沙子上，检查盘和沙子的接触情况，保证紧密接触良好。

3）稍移动仪器位置，使其底部和入渗盘底部在同一个水平面上。

4）打开阀门B与C，实验开始

5）记录此时储水管的初始水面位置，每隔2min记录水面位置（或采集器自动记录）。

6）两个水管内都会有气泡产生，说明操作实验步骤正确。

7）连续的3-5次的水面下降高度相同，说明已达到稳态入渗，记录数据，停止本张力下实验。

8）继续测量其他张力下的导水率。

9）如测量-5cm状态下导水率，关闭阀门B和C，关闭软管开关阀门。

10）将空气调节管底部调制和水面距离5+4.6cm。

11）打开软管开关阀门，阀门B和C。

12）与上次实验相同进行记录直至记录到稳态入渗速率。

13）实验完毕，晾干燥后存放，入渗盘需要完全清理干净，放置在柔软的布面上以防尼龙布磨损。

注意：

入渗盘放到沙子上后，尽快测量。

如果不能做到快速测量，为了阻止空气漏入入渗盘，可以在测量前将沙子喷上水。

测量过程中，一定要保持气泡管的底部和入渗盘的尼龙膜在同一个水平面上，目的在于保持土壤表面的张力不变。

只有在稳态入渗测量的数据才是可靠的，但是从开始测量到这一状态所需要的时间因土壤类型，土壤的初始含水量不同而不同。

一般情况下，越是干的土壤，水传导性不好的土壤，所需要的时间越长。

大部分的土壤，除了特别干燥，密度特别高的土壤，建议测量时间为1000秒

对于松软的沙土，这个时间要短些。

4入渗数据分析

WOOD于1968年提出了在半径为R的土壤上稳态入渗速率的计算公式

这里：

Q表示单位时间内渗入土壤的水分体积,Cm3hr-1（这里的r为储水管的半径）

K表示导水率，cmhr-1

Gardner公式：

H表示加在土壤表面的张力。

Ksat表示饱和导水率。

将Gardner带入Wood公式得：

由等式3与等式4可以得出：

求得a后可以将其带入等式3或等式4求得饱和导水率Ksat

这样将饱和导水率Ksat带入Gardner公式就可以求得任何张力下得非饱和导水率。

例如：

张力入渗仪的储水管直径为4.45cm，半径就是2.225cm

假设入渗盘与地表接触面积半径约为10cm，当入渗速率稳定时，供水管水位在h1=-5cm张力下的下降速度为60cm/h，在h2=-15cm张力下的水位下降速度为10cm/h.

根据以上速率计算：

Q1=3.14*2.2252*60=933cm3/hourh1=-5cm

Q2=3.14*2.2252*10=155cm3/hourh2=-15cm

已知α和Ksat，带入公式

（2）

K（h）=4.3exp（0.1795h）

就可以计算出不饱和导水率。

h=-10cmK（-10）=0.71cm/hour

h=-20cmK（-20）=0.12cm/hour

h=-40cmK（-30）=0.0033cm/hour

针对以上公式计算过程，用户可以使用SW080B入渗计算公式表进行计算非饱和导水率。

5校准步骤

仪器应该在每次实验前进行校准，但建议在多次实验过程熟悉之后再进行。

测量不同张力条件下的导水率，例如10cm水，6厘米水，这个张力值是又是由气泡管的空气调节管控制的。

一般测量情况下，假如要测量Xcm水张力下的导水率，就需要将空气调节管的底端调节到气泡管水面下4+X处；例如要测10厘米张力，则需要置空气调节管底端于水面下14厘米处。

如果任何情况下都使用这个4厘米，可能就会较大的误差，校准就是决定在不同的张力下的空气调节管的精确位置。

完整的校准步骤如下：

1）校准应该在试验室完成，请按照上图进行安装。

将水塔放在一个水平桌子或者平台上。

2）关闭连接软管的阀门，关闭阀门ABC。

3）打开储水管的盖子，充储水管水至顶端5厘米处。

4）注水气泡管水面至顶端7厘米处，顶部安装好空气调节管。

5）储水管顶部连接抽气泵

6）入渗盘软管连接一个约75厘米长的管子，弯成U型，旁边放一把尺子，让尺子零刻度和水塔的底部水平，零刻度面假作为土壤的表面。

7）快速打开和关闭软管开关阀门，将U型软管注满水，确认连接管道里没有任何空气。

8）打开阀门A，B和C，利用储水管上连接的气泵抽气，使气泡连续出现在管子里。

9）调节空气调节管，直到外接软管刻度显示为所要测量的张力值。

如图，尺0刻度作为土壤参考水平面，0至外接软管左侧的液面垂直距离代表着施加到土壤表面的张力。

例如后续实验要测量5cm水张力下的导水率，则调节空气调节管，使U软管左侧的水面位置在5厘米处。

整个过程需要保持不断压气泵，使气泡不断运动。

记下此时空气调节管的底端到气泡管水面的高度如9cm，该高度就可以直接在后续做5cm水的张力导水率实验中直接用到，即正常测量时，直接将空气调节管底端调到液面下9cm即可。

10）重复步骤，校准所有需要的张力位置值，如10cm，15cm。

一般情况下张力值与气泡管中的高度值差值约为4。

校正系数=a-b

6软件操作

水面的变化除了可以肉眼直接观察以外，还可以在仪器上接入气压传感器，利用气压转换成水位值的变化，通过采集器自动进行记录。

6.1软件初始设置

（1）运行PC200软件，添加采集器：

（2）采集器选择CR800:

（3）连接方式选择directconnect：

（4）点击下拉按钮选择相应的通讯端口，如果未发现端口则需要通过右键计算机，打开设备管理器，并查看相应的通讯端口后，输入通讯端口：

（5）一直点击下一步，当finish亮起后，点击finish：

6.2连接设备

点击软件左上角的

当成功连接后该按钮会变成Disconnect，如果不能正常连接，有可能是电池没电了，需要连接电源适配器后再连接设备并进行实验。

另外一种可能是通讯端口选择错误，再次在设备管理器中确认当前通讯端口后修改采集器设置：

6.3修改运行程序

打开程序编辑器

点击file——open

打开要修改的程序后，修改需要的记录间隔：

点击file——saveas并重新命名。

6.4上传程序

点击sendprogram上传编辑好的程序到采集器中，注意执行此操作会删除内部存储的所有数据，请先下载数据后再执行该步骤。

6.5开始试验

试验开始后，随着储水管水位的变化，实时数据也会不断变化，注意该实时数据显示的是最近记录的一次数据：

6.6下载数据

试验完成后，进入下载数据界面进行数据下载，得出稳态入渗速率，代入计算表格自动得出结果。