Дисковый пермеаметр - Disc permeameter

В дисковый пермеаметр это полевой прибор, используемый для измерения инфильтрации воды в почве, которая характеризуется наличием насыщенных и ненасыщенных гидравлических свойств почвы. В основном он используется для оценки гидравлическая проводимость почвы близкой к насыщению.

История

Обычные методы измерения инфильтрации на месте включают использование одинарного или двойного кольца. инфильтрометр. Инфильтрометр с одним и двумя кольцами измеряет поток только в условиях водоема (насыщения) и при использовании в почве с четко выраженными макропоры, предпочтительный поток будет преобладать над потоком. (Видеть: Закон Пуазейля ) Это не отражает инфильтрацию под дождем или дождеванием. Поэтому многие авторы пытались создать отрицательный потенциал (напряжение) на потоке воды. Это сделано для исключения макропор в процессе потока, следовательно, только для измерения потока в матрице почвы.

Уиллард Гарднер и Уолтер Гарднер разработали пермеаметр с отрицательным напором еще в 1939 году. Диксон (1975) разработал кольцевой инфильтрометр с закрытым верхом для количественного определения макропор. Вода подается в систему с закрытым верхом, что позволяет создавать отрицательный напор или давление на поверхность затопленной воды. Отрицательное напряжение можно рассматривать как моделируя положительное давление почвенного воздуха, созданное с помощью отрицательного давления воздуха над разлитой поверхностью водой. Упрощение было сделано Топпом и Зебчуком (1985). Ограничение этого устройства заключается в том, что инфильтрацию необходимо начинать с погружения в инфильтрометр с закрытым верхом (прикладывая положительный напор), а затем настраивать на отрицательное давление. В этой области продолжались небольшие исследования, вместо этого внимание было уделено в основном аппарату сорбционной способности Дирксена (1975), который использовал керамическую пластину в качестве основы. Основываясь на этом дизайне, Брент Клотье и Ян Уайт (1981) разработали трубка сорбционной способности которые могут обеспечивать постоянный отрицательный потенциал (напряжение) на поверхности почвы. Тем не менее трубка сорбционной способности имел много недостатков, поэтому изменения в конструкции привели к разработке дисковый пермеаметр Авторы Perroux and White (1988) из CSIRO. В США он известен как инфильтрометр натяжения.

Для получения дополнительной информации о разработке первого пермеаметра, рассказанном Уолтером Гарднером, посетите (http://www.decagon.com/ag_research/hydro/history.php^{[постоянная мертвая ссылка ]})

Диск

Дисковый пермеаметр CSIRO Perroux and White (1988) (не запатентован) состоит из нейлоновой сетчатой ​​питающей мембраны (с очень маленьким диаметром около 10-40 мм), резервуара для воды и барботажной башни. Барботажная башня соединена с резервуаром и открыта для воздуха. Барботажная колонна регулирует потенциал h0, приложенный к мембране, регулируя высоту воды в трубе для впуска воздуха. Таким образом, поры почвы должны иметь энергию, эквивалентную h0, чтобы преодолевать воду, которая находится под напряжением в резервуаре. Его можно использовать для подачи потенциала в диапазоне от -200 мм до 0 мм, эффективно исключая поры диаметром более 0,075 мм.

Было разработано множество различных дизайнов, в том числе:

• автоматизированный регистрирующий инфильтрометр натяжения (Ankeny, Kaspar & Horton, 1988), запатентованный Государственным университетом Айовы (Измерение влажности почвы) https://web.archive.org/web/20060127085537/http://www.soilmeasurement.com/tension_infil.html )
• мини-дисковый инфильтрометр (Decagon Devices, http://www.decagon.com/products/lysimeters-and-infiltrometers/mini-disk-tension-infiltrometer )
• капотный инфильтрометр (Umwelt-Geräte-Technik, http://www.ugt-online.de )

Математический анализ

Дисковый пермеаметр CSIRO

Из-за трехмерного потока воды от диска требуется специальный состав для учета бокового поглощения воды. Анализ основан на простом стационарном анализе Вудинга (1968). За устойчивая инфильтрация из круглой, мелкой, затопленной территории, Вудинг обнаружил, что примечательной особенностью этой кривой является то, что она никогда не уходит далеко от прямой:

${\displaystyle Q*=2\pi a+4}$

где Q * - безразмерный поток, ${\displaystyle a=\alpha r/2}$. r - радиус диска [см] и ${\displaystyle \alpha }$ [1 / см] - сорбционное число или параметр функции гидравлической проводимости Гарднера (1958):

${\displaystyle K(h)=K_{s}\mathrm {e} ^{\alpha h}}$

где K - гидравлическая проводимость [см / ч], Ks - насыщенная проводимость, а h - водный потенциал почвы [см]. Что касается фактической постоянной скорости инфильтрации q ¥ [см / ч]:

${\displaystyle q_{\infty }=\alpha \phi _{0}+{\frac {4\phi _{0}}{\pi _{r}}}}$

Рекомендации

• Clothier, B.E., White, I., 1981. Измерение сорбционной способности и диффузии почвенных вод в полевых условиях. Журнал Американского общества почвоведов, 45, 241-245.
• Дирксен, К., 1975. Определение коэффициента диффузии воды в почве путем измерения сорбционной способности. Слушания Американского общества почвоведения 39, 22-27.
• Диксон, Р.М., 1975. Конструкция и использование инфильтрометров с закрытым верхом. Слушания Американского общества почвоведения 39, 755-763.
• Топп Г.К., Зебчук В.Д., 1985. Инфильтрометр с закрытой регулируемой головкой. Канадская сельскохозяйственная инженерия 27, 99-104.
• Perroux, K.M., White, I., 1988. Дизайн дисковых пермеаметров. Журнал Общества почвоведения Америки, 52, 1205-1215.
• Вудинг Р.А., 1968. Устойчивое проникновение из мелкого круглого пруда. Исследование водных ресурсов 4, 1259-1273.