土壤水动力弥散系数的室内测定

室内弥散试验：一维室内弥散实验的装置由试样圆筒和供给液体两部分装置组成，在保持给定压力下供给水和指示剂溶液。

液体在岩（土）样中是自水头高的地方向水头低的地方运动的，用取样管采集不同距离的渗透液。

测定弥散系数时应当用非吸附的指示剂溶液，开始时先在试样中饱和不含指示剂的普通水，然后用加指示剂的水渗透，并在岩土样不同断面和终端处观测指示剂浓度的变化。

根据试验资料，可用水动力弥散方程解析法计算弥散系数、阻滞因子。

二维弥散试验是用渗流槽模拟污染物质运移规律，研究弥散机理，测定弥散系数。

试验方式是根据野外实际情况，模拟含水层和边界水位，在投放孔中放入示踪剂（如食盐溶液、荧光素等），分别在观测孔（管）采样、分析，绘制浓度～时间曲线、浓度～距离曲线等，根据大量的观测试验资料。

便可得出溶液运移、弥散规律，或根据建立的水质模型，其解析解，求得有关弥散参数。

水动力弥散系数一、基本概念在研究地下水溶质运移问题中，水动力弥散系数是一个很重要的参数。

水动力弥散系数是表征在一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数，它在宏观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。

水动力弥散系数是一个与流速及多孔介质有关的张量，即使几何上均质，且有均匀的水力传导系数的多孔介质，就弥散而论，仍然是有方向性的，即使在各向同性介质中，沿水流方向的纵向弥散和与水流方向垂直的横向弥散不同。

一般地说，水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。

当地下水流速较大以致于可以忽略分子扩散系数，同时假设弥散系数与孔隙平均流速呈线性关系，这样可先求出弥散系数再除以孔隙平均流速便可获取弥散度。

分子扩散系数D '与介质的性质有关。

经验证明：T D D d ⋅=' (6-25)式中 d D ——溶质在静水中的分子扩散系数，它主要取决于溶质分子的特性和温度；T ——多孔介质的弯曲度。

机械弥散系数D ''是一个与地下水流速有关的量。

在各向同性介质中，经试验证明为：UU U U D ji T L ij T ij )(ααδα-+='' (6-26)式中 ij δ——Kronecker 记号，当j i =时，1=δ，当j i ≠时，0=δ；L α——纵向弥散度； T α——横向弥散度；U ——地下水实际速度，i U 、j U 为实际速度的分量；二、水动力弥散系数确定的试验方法水动力弥散系数可通过室内或现场弥散试验确定。

弥散系数的计算方法一般分两类：一是利用解析公式直接或间接求解；二是采用标准曲线对比法。

1.一维室内弥散试验测定水动力弥散系数 （1）试验原理以人工配制的均质各向异性岩样，进行示踪剂注入实验。

具体假设及要求如下： ①. 试验流场为均质不可压缩的稳定的一维流场，渗流为定水头补给的一维弥散； ②. 多孔介质是均质的，渗透系数，孔隙度和弥散系数都是常数； ③. 流体是不可压缩的均质液体，密度、粘滞度为常数，温度不变； ④. 试验土柱（或砂柱）及其中之流体，示踪剂的初始浓度为一定值。

第22卷第3期2006年3月农业工程学报Tr ansactions of the CSAE V ol.22　N o.3M ar.　2006利用自由点源入渗法测定土壤导水参数的室内试验王全九1,2,来剑斌3(1.中国科学院、水利部水土保持研究所土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;2.西安理工大学水资源研究所,西安710048;3.中国农业大学,北京100094)摘　要:土壤水分运动过程模拟计算的准确性取决于土壤水分运动参数的精度,因此正确确定土壤水力参数成为一项重要任务。

自由点源入渗方法是依据稳定点源入渗公式发展而来,其准确性缺乏验证。

该文通过试验资料,对该方法进行了评估,结果显示该方法可以用于土壤水力参数的确定。

关键词:自由点源入渗;土壤水力参数;饱和导水率中图分类号:S 152.7 文献标识码:A 文章编号:1002-6819(2006)03-0191-02王全九,来剑斌.利用自由点源入渗法测定土壤导水参数的室内试验[J ].农业工程学报,2006,22(3):191-192.Wang Quanj iu,Lai J ianbin.Indoor experiment on meas uremen t of soil h yd raulic param eter using th e meth od w ithou t restrict point-sou rce infiltration [J ].Transactions of the CS AE,2006,22(3):191-192.(in Chines e with English abs tract)收稿日期:2005-06-07　修订日期:2005-10-19基金项目:中科院“百人计划”项目、国家重点基础研究发展计划(973计划))2005CB 121103)、国家自然基金项目(40371057)、土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室项目、水保所创新方向项目资助作者简介:王全九(1964-),男,内蒙人,教授,博士生导师,主要从事农业水土工程研究。

大孔隙对土壤水动力弥散系数影响的实验研
究
实验研究对土壤水动力弥散系数的影响
土壤水动力弥散系数是指土壤中水分运移速率与水流速度及压力
的关系，是估算土壤水分运移速率、生态地表水文过程中渗透层深度
或渗透率的重要参数。

大孔隙对土壤水动力弥散系数的影响尤其显著，因此，对其影响有必要从实验上进行研究。

本实验采用重复条件实验方法，使用三种不同大小的孔隙（2.5 mm、5 mm和10 mm），研究不同大孔隙对土壤水动力弥散系数的影响。

实验土壤的物理性质测定结果表明，实验土壤含水量为205.2 g/kg，bulk density为1.38 g/cm3，沙粒比重1.37 g/cm3，含有4.7%的粘土。

实验结果表明，与2.5 mm、5 mm相比，10 mm孔隙对土壤水动力弥散系数的影响更大。

当孔隙大小为2.5 mm时，该系数最大，p<0.05，而当孔隙大小为10 mm时，该系数最小，p>0.05。

实验结果清楚地表明，孔隙的大小对土壤水动力弥散系数有显著影响，当孔隙越大，土
壤水动力弥散系数就越小。

本实验的结果对土壤水动力的模拟和建模将产生重要作用。

进一
步的研究还可以考虑在不同土壤类型中，不同大孔隙对土壤水动力弥
散系数的影响。

综上所述，本实验研究表明，大孔隙对土壤水动力弥散系数有显
著影响，大孔隙能够减小土壤水动力弥散系数，对土壤水动力的模拟
和建模有重要的意义。

此外，进一步的研究也可以考虑不同大小孔隙
对不同土壤类型的影响。

壤水动力弥散系数的室内测定Experimental Determination of Coefficient of SoleHydrodynamic DispersionZHAI Chun-shene SHAO Ai-jun Peng Jian-ping ZhangYong-qiang2(1.Qingdao Geologic and Mineral geotechnicalengineering Co. ，Ltd ，Qingdao 26607 China ；2.Shijiazhuang University of EconomicsShijiazhuang05003 China)：Hydrodynamic dispersion experiment was done with unsaturated silt loam.Depend on mass conservation lawthe formulas to calculate coefficient of hydrodynamic dispersion was developed.According to the data of soilwater and salt regime measured from the upright soilcolumn，the coefficient of hydrodynamic dispersion was calculated ，and the relation between hydrodynamicdispersion and average flow velocity in soil voids was，and built up.This approach has clear concept of physics the formulas are simple and applied.Keywords：Coefficient of hydrodynamic dispersionSolute flux ；Unsaturated soil东 &#65380; 胡毓骐， 1992)[1] 。

土壤水动力弥散系数研究
土壤水动力弥散系数是指土壤中水的运动能力，它是土壤水分运动的重要参数，也是土壤水分运动模拟的重要参数。

土壤水动力弥散系数的大小取决于土壤的结构、粒径、孔隙度、孔隙水分压力、孔隙水分流动等因素。

土壤水动力弥散系数的研究对于提高土壤水分运动模拟的准确性具有重要意义。

目前，研究者们采用多种方法来研究土壤水动力弥散系数，如实验室实验、地面观测、模拟模型等。

实验室实验是研究土壤水动力弥散系数的最常用方法，它可以模拟土壤水分运动的实际情况，并可以获得准确的结果。

地面观测是研究土壤水动力弥散系数的另一种方法，它可以直接观测土壤水分运动的实际情况，从而获得准确的结果。

模拟模型是研究土壤水动力弥散系数的另一种方法，它可以根据土壤水分运动的实际情况，建立模型，从而获得准确的结果。

综上所述，土壤水动力弥散系数的研究对于提高土壤水分运动模拟的准确性具
有重要意义，目前研究者们采用实验室实验、地面观测和模拟模型等多种方法来研究土壤水动力弥散系数，以获得准确的结果。

地下水弥散测定方法的分析2.河北建研建筑设计有限公司河北石家庄 050021摘要：地下水对人类的生产和生活都有较大影响，研究地下水的性质具有十分重要的意义。

本文主要对地下水弥散测定方法进行总结和分析，分别介绍了野外试验和室内试验测定弥散系数的主要步骤，并通过对比分析阐述了两种测试方法的优缺点。

关键字：地下水纵向弥散系数横向弥散系数示踪剂1、引言水是人类赖以生存和发展的重要资源。

而伴随着社会各方面的飞速发展，水的污染问题日趋严重。

垃圾填埋场滤出液的渗漏、海水入侵、核废物处置以及人们日常生活废水和工厂废水的排放等，对现在的水资源造成了严重的污染。

因此，研究污染物伴随水运动的性质和特点并设法阻止污染的发展，成为当今水资源保护的重要内容。

污染物溶质在水中的运动包括：对流、扩散、弥散、吸附、浓缩、分离、互溶、相变、氧化、乳化、泡沫化等多种形式。

基于各因素对当今污染问题的影响程度及研究手段的限制，国内外学者主要对流、弥散和吸附进行研究。

本文主要对地下水弥散测定方法进行分析。

2、试验方法地下水弥散试验包括野外试验和室内试验，其中野外试验为天然流场，室内试验为人工流场。

野外试验与工程实际更接近，但试验难度更大，不易取得理想的试验结果；室内试验更易操作，更易取得理想的试验结果，但与实际地层情况有差异，所得试验数据与实际情况存在误差。

以下对各试验方法分别进行介绍。

2.1野外试验2.1.1试验测井布置根据区域内地下水的基本特征和地层特性，采用机械或人工形式成孔，测孔深度应满足试验要求。

在试验区内布置不少于3口试验井，其中一口为主孔井（又称投源井），为保证捕捉到来自投源井的示踪晕和提高试验精度，应在地下水主流线及其两侧与主孔不同距离并与主孔同心的圆弧上布置监测井。

一般布置1～3层，每层布置1~3口监测井（图1）。

由主流线上监测井、投源井与侧面监测井构成的夹角，一般不宜大于15°。

图12.1.2示踪剂选择及浓度配置示踪剂有化学示踪剂、燃料示踪剂、颗粒示踪剂、微生物示踪剂、天然或人工放射性示踪剂，考虑到示踪剂的获取难度及对环境的影响，常选用食盐（NaCl）作为示踪剂，浓度配置可按每升水5克盐计。

新疆农业科学2001,53(2：21-103Xinjiany Ag/cultkrai Sciexcasdel：14.9448/j.距/.1445-4334.9265.05.018北疆典型土壤纵向弥散系数试验虎胆•吐马尔白05,穆丽德尔•托伙加2,朱珠2(0南京科学研＜7水*水资源工程(点实验*，南京219026；2新疆农业大学与土木工程学7,?鲁木齐830052)摘要：【目的】研究不同土壤质地对土壤纵向弥散系数和弥散度的影响。

【方法】根据土壤物理学及水动力弥散理论，以新疆北疆较为常见的典型砂壤土、粉壤土、壤土为例,NVI为示踪剂，采用室内一维土柱垂直入渗试验测定纵向弥散系数。

【结果】不同土壤质地，渗流速度越小弥散系数越小,渗流流速越大，达到土壤溶质浓度峰值的时间越短，且峰值浓度越大。

砂壤土渗流速为4.020cm/mf,纵向弥散度为658cm；粉壤土渗流速度为4525cm/mf,纵向弥散度为3.85cm；壤土渗流速度为4.415cm/mf最小,纵向弥散度为0.04 cm。

【结论】尔散系数和弥散度取决于土壤质地类型与渗流流速。

关键词：耳型土壤;盐分运移;纵向弥散系数中图分类号：S67文献标识码:A文章编号：1445-4334(2401)45-4155-084引言【研究意义】弥散系数的确定一般通过室内土柱入渗以及田间弥踪或者采用水环境长期测量的行反推而获取。

土壤水盐运移参述土壤中水分、盐分运移规律的基础,也是水盐运移模型的3_5］o土壤溶质运地下水环境污染的加重起着的，渍土地的形成有着密切的⑷。

【前人研究进展］Lapidks和Amundson,Nielsen3"4］和Bigger3］根立了易混合置换理论，认为溶质的通量是由、扩散和弥散的共用引起的；测定土壤溶质运移参数的含:穿透曲线法、公式法、水平土柱吸渗法、瞬时剖面法和反函数法等3「5］。

研究遍探究水动力弥散现象Bevz5I960,1961-34］,Pfankuch(1966-35］。

土壤水动力弥散系数的室内测定
土壤水动力弥散系数（Diffusivity coefficients of soil water）是指在渗流过程中，水分从土壤容器进入土壤空气和土壤水空间的能力，它可以决定渗透过程中传输速率的大小和时间的变化。

因此，土壤水动力弥散系数的室内测定，对于科学研究和有效利用土壤水资源具有重要意义。

土壤水动力弥散系数的室内测定一般是通过室内宏观和微观的实验来实现的。

宏观实验是通过模拟不同土壤类型的实验装置，模拟土壤水分运动，来获得土壤水动力弥散系数的。

一种典型的宏观实验装置是金属游标抽气（MCP）装置，该装置由固定和可调节的抽头、调节阀、液体池以及液位发送器组成。

在该装置中，当抽头和调节阀调节水头升高，并且水头间隔小于土壤渗透力，水分从固定抽头和可调节抽头会发生渗透运动，测量湿厂的比湿和水头的变化，从而计算土壤水动力弥散系数。

微观实验是基于原子力显微镜（AFM）的测量方法。

AFM 可以有效地模拟土壤的结构，利用它可以观察和描述土壤水分渗透的具体过程。

例如：对土壤溶剂渗透的实验，
可以测量溶剂在土壤中渗透时，表面形貌形变的及其与溶解率、显微渗透率等参数的关系。

而土壤侧渗透时，可测量土壤水动力弥散系数表面的变化，推测出比湿和土壤水头的变化，从而计算出不同土壤的土壤水动力弥散系数。

综上所述，土壤水动力弥散系数的室内测定，是根据宏观和微观实验，模拟土壤水分渗透过程，实时测量比湿和水头变化，从而计算土壤水动力弥散系数的一种有效方法。

合理地开展土壤水动力弥散系数的室内测定，除了科学地了解土壤水分渗透特性外，还可以有效利用土壤水资源，从而达到水资源保护和合理利用的目的。

专利名称：结构性差异非饱和土壤水动力弥散系数现场测定方法
专利类型：发明专利
发明人：李立,王康,余翠,龙凡,张梦颖
申请号：CN201710482544.X
申请日：20170622
公开号：CN107328909A
公开日：
20171107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种结构性差异非饱和土壤水动力弥散系数现场测定方法，包括以下步骤：通过土壤粒径分析，确定土壤剖面的结构性差异；基于定水头边界条件使土壤中的水分和溶质进入再分布过程，通过布设传感器测定不同时刻土壤基质势和溶液浓度剖面分布；基于再分布过程中的质量连续性原理提出了土壤水动力弥散系数关系方程，采用中心差分方法，根据两个相邻时刻的测定土壤基质势及溶质浓度分布，确定土壤水动力弥散系数关系方程参数，进而确定不同质地土壤的非饱和水动力弥散系数。

本发明方法物理概念明确，计算公式简单，易于操作、测量精度高，实验结果直观，更为重要的是，能够确定存在结构性差异土壤的水动力弥散系数，在该领域具有独创性。

申请人：武汉大学
地址：430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
国籍：CN
代理机构：武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：肖珍
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饱和-非饱和土壤中吸附性溶质水动力弥散实验研究
张富仓;康绍忠;潘英华
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2002(000)003
【摘要】本文通过室内土柱对轻壤土和重壤土饱和、非饱和水动力弥散实验,得到了吸附性溶质水动力弥散参数的计算方法.根据一维饱和弥散实验结果,由相应的解析解,用简化计算方法求得饱和水动力弥散系数Dsh和阻滞因子R;对于一维非饱和弥散实验,在分析溶质的水动力弥散理论的基础上,推导出求解非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的计算公式.
【总页数】7页(P84-90)
【作者】张富仓;康绍忠;潘英华
【作者单位】西北农林科技大学,教育部旱区农业水土工程重点实验室,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,教育部旱区农业水土工程重点实验室,陕西,杨
凌,712100;西北农林科技大学,教育部旱区农业水土工程重点实验室,陕西,杨
凌,712100
【正文语种】中文
【中图分类】S151
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《土柱实验》教学指导书一、实验目的1、加强对黄土特性的学习，掌握土壤弥散系数的概念和方法；2、观察污染物在土壤中的迁移情况；3、深入了解土壤对污染物的吸附和解析模型；4、熟悉模拟实验数据的记录和处理，是将来进行污染物运移数学模拟的基础。

二、实验内容1、测定土壤的弥散系数2、观察污染物在土壤中的迁移3、建立土壤对污染物的等温吸附模型和吸附动力学模型；4、建立土壤对污染物的等温解析模型和解析动力学模型；三、仪器相片活性碳夹层柱身出水口出水或入水孔四、模拟实验土柱和装置1、土柱的概述实验土柱通常分为两种：非扰动的原状土柱和填装的土柱。

原状土柱较好的代表了研究对象的原土壤结构及理化性质。

填装土柱可以是经过筛分的一种土壤,也可以是按一定比例混合的几种土壤。

填装土柱不能保持原土壤结构,但是,适用于一定目的的专门研究。

例如,通过改变各种参数(土壤粒径、比表面和矿物组分,土壤水的 pH 值 ,或土壤的不同混合比例等 ) ，来研究土壤对特定污染物的吸附性能。

2、土柱的尺寸土柱的尺寸没有硬性的规定，一般认为圆形土柱的长度大于其直径的 2.5 倍即可。

不过对于要求精确的模拟土柱，其尺寸还要考虑以下几个方面(1)污染物通常含有多种物质，在设计实验的过程中应当以迁移能力最强的污染物为标准来设计土柱，一般来说迁移能力上，有机污染物<阳离子污染物<阴离子污染物。

(2)由于在土柱内建立稳定的非饱和流场的方法不同,当土柱下段含水率偏高，不能满足实验要求时，必须要增长土柱的长度。

(3)对于不同的实验目的，必须根据测量方法和测量数据来确定土柱长度与直径的比值。

3、入水方式入水方式通常有从上往下渗水和从下往上饱水两种。

通常前者用于，地表污染物往土壤中的下渗，可以比较正确的反应该条件下污染物在土壤中的迁移情况，但是无法用于研究土壤对其的吸附作用。

而从下往上饱水，可以让土壤与污染物充分接触，是研究土壤对污染物吸附机理和模型的最佳方式。