一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的装置的制作方法

本发明涉及土壤物理参数的测算，具体的讲是一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的装置。

背景技术：

素填土广泛地分布于已开发或未开发的林间、农田、绿化、居住小区等区域，其渗透能力是素填土重要的物理特性之一，是描述土壤水分迁移规律、确定降雨入渗与径流比例、海绵城市设计中判断浅层土壤渗透性以及能否建设渗透设施的一个重要土壤参数。因此，准确快速地获得素填土渗透系数具有重要的意义。

测定土壤饱和渗透系数的方法除室内试验方法外，还有单环法、双环法、入渗仪法、模拟降雨法等。其中guelph入渗仪是根据恒定钻孔入渗原理研制的获取田间土壤饱和导水率的一种装置，具有便于携带、省时省水等特点而广泛应用于田间土壤饱和导水率的测定。具体操作方法为：根据马氏瓶装置在拟测土壤内供水，观测水位下降深度和时间的关系，得到稳态入渗速率。利用稳态模型的经验公式，求得土壤饱和导水率：

式中：kfs为土壤饱和导水率；q为稳态入渗速率；c为形状系数，为h/a的函数；h为稳定水头高；a为钻孔半径；α*为与土壤有关的参数，常用分类有四种取值，分别为压实的黏土、无结构的细质土壤、有结构的土壤、粗砾砂等大孔隙土壤。

该装置及测算方法由于采用人工读数的方法，操作繁琐、效率偏低，在确定稳态入渗速率时，难免引入人为误差。此外由于素填土的均匀性差，与普通天然沉积土壤存在较大的差异，现有稳态模型中与土壤有关的计算参数α*取值并不适用于素填土层，测量结果离散性及误差大。因此，目前亟待研发一种素填土层渗透系数的测算方法。

技术实现要素：

本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的装置，主要解决现有的guelph入渗仪效率偏低、精度不足、素填土层适用性差等问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的装置，包括供水室、自动采集系统、测算软件等三部分；

所述的供水室带有进水口和排气口，内部安装有水位传感器和温度计。供水室下部连接保护水管，空气导通过预留孔位管插入供水室和保护水管中，保证空气导管可上下移动，且各接口密封良好。

自动采集器与水位传感器相连，组成所述自动采集系统，通过所述供水室向钻孔中持续流入水，自动采集器对供水室中的水位变化情况进行实时记录，自动采集流入钻孔中测试土壤的流量和相应时间的数据。

所述的测算软件连接自动采集系统，通过接收自动采集器测得的数据，自动判断和确定稳态入渗速率。通过公式(2)计算素填土层的渗透系数：

式中：q为稳态入渗速率；f为形状系数，f＝2.83πr²，r为试验钻孔半径。

具体的，所述保护水管长度大于钻孔的深度，直径大于空气导管，其底部设置有密封卡槽。

具体的，所述水位传感器为量程为0～20kpa的微型孔隙水压力传感器。

具体的，所述测试软件通过水位传感器得到供水室中稳态入渗速率，根据公式(2)自动计算出所测土壤的渗透系数。

有益效果

本发明所述的一种快速测量素填土渗透系数的方法包括供水室、自动采集系统、测算软件等部分，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步为：(1)供水瓶内水位传感器与自动采集器相连，通过自动采集水位下降深度和所需时间等数据，克服了人工读数的限制，提高效率、减少人为误差；(2)采集的数据通过测算软件，准确的测量出稳态入渗速率，无需人工记录和分析，大幅提高了工作效率；(3)通过大量现场测试和室内试验数据进行数据处理分析，利用公式(2)可自动计算出素填土层的渗透系数，解决了素填土层渗透系数直接测定的技术难题，为研究素填土层渗流问题提供了科学依据。

附图说明

图1为本发明采用的结构示意图。

图2为本发明保护水管的结构示意图。

图3为本发明测定方法步骤流程示意图。

图中：1钻孔，2保护水管，3供水室，4水位传感器，5自动采集器，6测算软件，7空气导管，8进水口，9排气口，10水温表，11管壁侧孔，12密封卡槽。

具体实施方式

为更好地理解与实施，下面结合附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

图1为一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的方法结构示意图，包括供水室、自动采集系统、测算软件等三部分。所述的供水室3带有进水口8和排气口9，内部安装有水位传感器4和温度计10。所述供水室3下端连接保护水管2，空气导管7插入供水室3和保护水管2，保证空气导管7可上下移动，且各接口密封良好。所述供水室为马氏瓶，其形状细长内部中空并带有进水口、排气口。

自动采集器5通过排气口9与水位传感器4相连，组成所述自动采集系统，试验时可自动记录流量和时间的时程曲线。所述的测算软件6连接自动采集器5，可测得稳态入渗速率，并根据试验基本参数，计算得出测试土层渗透系数。所述测试软件通过水位传感器得到供水室中稳态入渗速率，根据公式(2)自动计算出所测土壤的渗透系数。

图2为保护水管的结构示意图。所述保护水管2长度略大于钻孔1的深度，直径大于空气导管7，底部设置有密封卡槽12，安装时可与空气导管7相连，在相连的部位保证密封。测试过程中，上提空气导管7后水可流入保护水管2中，并通过设置于底部若干管壁侧孔11流入钻孔1中。

图3为一种用于海绵城市建设中快速测量素填土渗透系数的方法步骤流程示意图。结合图2，详细说明本发明具体实施例，包括以下步骤：

s1钻孔并安装供水室和空气导管。选择试验地点，采用手钻钻至测试深度，形成测试区域的钻孔1，测量和记录钻孔直径和钻孔深度。钻孔直径可根据所测土层的均匀性选择8～20cm，均匀性差时钻孔直径可相应增大。

供水室3采用高强度、透明的塑料制成，其长度为1m，内径为10～15cm，外部刻有标尺，内部安装有3个水位传感器4和温度计10。水位传感器4为量程0～20kpa的微型孔隙水压力传感器。温度计10量程为-20～30℃，测量试验过程中所用水的温度。

供水室3下部和保护水管2相连，在相连的部位保证密封，放置于钻孔1正上方，必要时供水室可采用支架等方式固定。

空气导管7每根长度为0.5～1.0m且刻有标尺，根据钻孔深度可组装成合适长度进行测试。空气导管7通过供水室3上下预留孔，插入供水室3和保护水管2的密封卡槽12中，保证空气导管7可上下移动。

s2连接自动采集系统和测算软件。通过供水室3预留的排气口9，连接水位传感器4和自动采集器5形成自动采集系统，把自动采集系统和测算软件6相连。并对安装好的自动采集器5和测试软件6进行调试。

s3水位传感器的率定。通过进水口8向供水室3内进行注水，根据测量的土质情况保证测试过程中供水室内用水充足。根据水位传感器4的率定系数，对初始状态进行率定。

s4试验测试和稳定入渗率的确定。密封进水口8和排气口9，将空气导管7上提5cm，使供水室3内的水流入钻孔1中。自动采集器5对供水室3中的水位变化情况进行实时记录，自动采集流入钻孔1中测试土壤的流量和相应时间的数据，避免人工记录和分析的过程，从而提高精度和效率。

s5计算得出测试土层的渗透系数。测算软件6接收自动采集器5测得的数据，并自动判断和确定稳态入渗速率，通过钻孔1的孔径等试验基本参数，根据公式(2)计算得出测试土层渗透系数。

在供水室3中安装3个水位传感器4，可通过3个平行测量数据计算平均值，得出测量土壤在该温度下的水平渗透系数。读取温度计10测量试验过程中所用水的温度，根据不同温度下水的动力黏滞系数的数值，将试验结果换算成20℃时土体标准温度下的水平渗透系数。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明实质范围内进行的通常变化、改型、添加、替换也应属于本发明的保护范围。