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一种非连续非饱和 土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法

阅读：853发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法，包括试验土槽、补排系统和测量系统，所述测量系统包括土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、水头测量单元、土壤温度测量单元、土壤水分扩散测量单元、数据采集仪和数据存储电脑；通过本发明系统及测定方法可以有助于研究者更好的理解包气带非饱和渗流实验的相关概念及理解非连续介质条件下包气带降雨入渗优先流，在实际应用中可以测定土壤的渗透系数、土壤基质势、土壤水分水平扩散速度等，利用测定结果推求非饱和土壤水分的扩散率、下渗曲线及运动方程，以及对研究不同塌陷时期土壤特征对包气带水分运移的影响提供了稳定的数据支撑。，下面是一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：包括试验土槽(1)、补排系统和测量系统，所述试验土槽(1)上方设有横梁(2)，所述横梁(2)下方两端设有液压杆(3)，所述补排系统包括补水装置、排水装置、底部补给装置和顶部补排装置，所述试验土槽(1)两侧分别通过液压杆(3)设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置均包括定水头装置(4)、水槽(5)和滤网(6)，所述液压杆(3)一端连接定水头装(4)置，所述试验土槽(1)内侧设有滤网(6)，所述滤网(6)与试验土槽(1)内侧壁之间的空隙为水槽(5)，所述水槽(5)通过连接软管连通定水头装置(4)，所述底部补给装置包括出水管(7)和连通管(8)，所述试验土槽(1)底部设有连通管(8)，所述连通管(8)一端设有出水管(7)，所述出水管(7)两端分别设有进水阀和出水阀，所述出水管(7)靠近进水阀的一端连通定水头装置(4)，所述试验土槽(1)上方设有顶部补排装置，所述顶部补排装置包括降雨模拟器和热辐射补充装置，所述测量系统包括土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、水头测量单元、土壤温度测量单元、土壤水分扩散测量单元、数据采集仪和数据存储电脑，所述土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、土壤温度测量单元和土壤水分扩散测量单元均通过数据采集仪连接数据存储电脑。
2.根据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：
所述试验土槽(1)呈为长方体状，所述试验土槽(1)由有机玻璃制成，所述试验土槽(1)内部下方设有渗水层(9)，所述渗水层(9)上方也设有滤网(6)，所述试验土槽内的试验土壤通过滤网(6)与渗水层(9)接触，所述渗水层(9)由上至下包括粗砂层、砾砂层和碎石层，所述粗砂层砂石粒径为0.05-2mm，平均粒径为1mm，所述砾砂层的砾砂粒径为2-20mm，平均粒径为
10mm，所述和碎石层的碎石粒径为10-25mm，平均径为18mm。
3.根据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：
所述降雨模拟器包括降雨水箱(10)、流速计(11)和降雨器(12)，所述横梁(2)上方设有降雨水箱(10)，所述横梁(2)下方通过液压杆(3)设有降雨器(12)，所述降雨水箱(10)底部通过连接软管设有流速计(11)，且所述连接软管一端连通降雨器(12)。
4.根据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：
所述热辐射补充装置包括红外线照射灯(13)，所述横梁(2)下方通过液压杆(3)设有安装板(14)，所述安装板(14)上通过导线设有红外线照射灯(13)。
5.据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：所述土壤水分测量单元包括土壤水分传感器(15)，所述试验土槽(1)内设有土壤水分传感器(15)，所述土壤水分传感器(15)通过数据采集仪连接数据存储电脑。
6.据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：所述土壤水势测量单元包括张力计(16)和压力传感器(17)，所述张力计(16)的陶土头前端穿过试验土槽(1)的侧壁填埋于试验土壤中，所述张力计(16)的尾端连接口连接压力传感器(17)，所述张力计(16)通过数据采集仪将压力传感器所测得的张力值存入数据存储电脑的数据库内。
7.据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：所述水头测量单元包括水位观测孔(18)和测压管(19)，所述试验土槽(1)侧壁上均匀设有水位观测孔(18)，所示水位观测孔(18)上通过U型软管设有测压管(19)。
8.据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：所述土壤温度测量单元包括电源和土壤温度传感器(20)，所述试验土槽内设有土壤温度传感器(20)，所述温度传感器(20)通过数据采集仪将采集的试验土壤温度存入数据存储电脑的数据库内。
9.据权利要求1所述的一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，其特征在于：所述土壤水分扩散测量单元包括长度标尺(21)和红外高清摄像机(22)，所述试验土槽(1)侧壁上设有长度标尺(21)，所述试验土槽(1)外侧设有红外高清摄像机(22)。
10.一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选择试验地区的土壤作为试验土壤，选择试验土壤时，先对试验地区的土壤进行测定土壤容重、颗粒级配，然后在实验室配置相同容重、级配土样作为试验土壤，试验土壤选择后进行杂质筛除，然后将试验土壤装入试验土槽(1)内；
步骤二：利用补水装置的水槽(5)和定水头装置(4)分别模拟河流侧向补给和侧向补给水头，利用排水装置的水槽(5)模拟下游排水渠道排水沟渠的水位，并通过排水装置的定水头装置(4)稳定排水沟渠的水位；
步骤三：利用底部补给装置保持水槽(5)内的水头与定水头装置(4)水位一致；
步骤四：利用降雨模拟器的流速仪(11)控制降雨水箱(10)的流速，为试验土槽(1)内的试验土壤提供不同雨强的模拟降雨，利用热辐射补充装置红外线照射灯(13)模拟模拟太阳辐射，测定试验土壤的土体表面在不同日照条件下的蒸发过程；
步骤五：将土壤水分传感器(15)进行校准，为对比塌陷裂缝对土壤水分的影响，将土壤分成3层，分别于形成的塌陷裂缝处及无裂缝处，然后在同一标高处分层将土壤水分传感器(15)埋入试验土槽(1)内的试验土壤内，测量时打开电源及数据采集仪进行测量土壤水分；
步骤六：分别于试验土壤水平方向的每层裂缝处和裂缝0.5m处埋入两个张力计(16)，并在垂直方向处分别于裂缝处和无裂缝处每间隔10cm安装一个张力计(16)，然后将张力计(16)的尾端与压力传感器(17)连接，由压力传感器(17)直接测量张力，将压力传感器(17)直接连接到数据采集仪上，通过数据采集仪自动定时记录土壤中各位置的土水势；
步骤七：利用土壤温度传感器(20)测量试验土壤的温度数据，测量时，打开电源，由土壤温度传感器(20)将实时监测数据通过数据采集仪存入数据存储电脑的数据库；
步骤八：利用测压管(19)观测试验土槽(1)内实验土壤的入渗水位的高度，再利用土壤水分扩散测量单元的红外高清摄像机(22)实时拍摄试验土槽(1)外侧观测的试验土壤中水平扩散的速度及位置，从而测定土壤水平扩散率，然后沿裂缝处布置土壤水分含水率测样点，并于降雨器(12)停止时利用计时器开始计时并读数，观测并记录湿润锋前进的速度，计时器读数间隔时间为5分钟，通过湿润锋运移过程，绘制湿润锋运移速率与时间的变化曲线；
步骤九：根据试验测定结果及非饱和土壤水流的基本方程，推求非连续非饱和土壤水分扩散率，建立均质非连续非饱和土壤水分运动的基本方程，得到降雨条件下土壤水下渗曲线及其经验公式。

说明书全文

一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水文地质研究领域，尤其涉及一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法。

背景技术

[0002] 包气带入渗是水文循环的重要过程，影响降雨、径流、入渗、蒸散发以及对地下水补给之间的分配关系，而土壤含水量是影响这些水文过程的关键因素；采煤塌陷造成地表产生大量裂缝、裂隙，造成包气带土壤物理性质变化，裂缝、裂隙改变了降雨入渗过程，使得包气带垂直入渗及水分扩散过程发生变化，采矿塌陷造成包气带土壤结构发生变化，土壤基质势随之改变，一方面裂缝导致垂直入渗优先流，裂缝阻断水平扩散路径，另一方面，裂隙及裂缝造成包气带土壤蒸散发量的增加，影响土壤含水量及土壤基质势，从而造成包气带土壤含水量较低，影响作物生长，分析理解塌陷区土壤含水量及基质势变化塌陷条件下包气带降雨入渗显得尤为重要。

[0003] 作为此类问题的主要研究方法，室内物理模拟具有很多优点，近年来，国内外涌现了一大批关于包气带入渗模拟的室内装置，例如室内土柱试验，但是该仪器只能模拟一维水分运动；例如渗流槽，但其重点研究土壤含水量变化及溶质运移，没有考虑到包气带土壤介质的不连续问题、塌陷裂缝对包气带基质势的影响，且不能做到塌陷情况下包气带土壤多种参数的同时在线监测的功能，无法全面的测定到包气带降雨入渗情况，因此，本发明提出一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统及测定方法，以解决现有技术中的不足之处。

发明内容

[0004] 针对上述问题，通过本发明系统及测定方法可以有助于研究者更好的理解包气带非饱和渗流实验的相关概念及理解非连续介质条件下包气带降雨入渗优先流，在实际应用中可以测定土壤的渗透系数、土壤基质势、土壤水分水平扩散速度等，以及对研究不同塌陷时期土壤特征对包气带水分运移的影响提供了稳定的数据支撑，还可以用于研究不同塌陷特征下对降雨入渗优先流的影响。

[0005] 本发明提出一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，包括试验土槽、补排系统和测量系统，所述试验土槽上方设有横梁，所述横梁下方两端设有液压杆，所述补排系统包括补水装置、排水装置、底部补给装置和顶部补排装置，所述试验土槽两侧分别通过液压杆设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置均包括定水头装置、水槽和滤网，所述液压杆一端连接定水头装置，所述试验土槽内侧设有滤网，所述滤网与试验土槽内侧壁之间的空隙为水槽，所述水槽通过连接软管连通定水头装置，所述底部补给装置包括出水管和连通管，所述试验土槽底部设有连通管，所述连通管一端设有出水管，所述出水管两端分别设有进水阀和出水阀，所述出水管靠近进水阀的一端连通定水头装置，所述试验土槽上方设有顶部补排装置，所述顶部补排装置包括降雨模拟器和热辐射补充装置，所述测量系统包括土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、水头测量单元、土壤温度测量单元、土壤水分扩散测量单元、数据采集仪和数据存储电脑，所述土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、土壤温度测量单元和土壤水分扩散测量单元均通过数据采集仪连接数据存储电脑。

[0006] 进一步改进在于：所述试验土槽呈为长方体状，所述试验土槽由有机玻璃制成，所述试验土槽内部下方设有渗水层，所述渗水层上方也设有滤网，所述试验土槽内的试验土壤通过滤网与渗水层接触，所述渗水层由上至下包括粗砂层、砾砂层和碎石层，所述粗砂层砂石粒径为0.05-2mm，平均粒径为1mm，所述砾砂层的砾砂粒径为2-20mm，平均粒径为10mm，所述和碎石层的碎石粒径为10-25mm，平均径为18mm。

[0007] 进一步改进在于：所述降雨模拟器包括降雨水箱、流速计和降雨器，所述横梁上方设有降雨水箱，所述横梁下方通过液压杆设有降雨器，所述降雨水箱底部通过连接软管设有流速计，且所述连接软管一端连通降雨器。

[0008] 进一步改进在于：所述热辐射补充装置包括红外线照射灯，所述横梁下方通过液压杆设有安装板，所述安装板上通过导线设有红外线照射灯。

[0009] 进一步改进在于：所述土壤水分测量单元包括土壤水分传感器，所述试验土槽内设有土壤水分传感器，所述土壤水分传感器通过数据采集仪连接数据存储电脑。

[0010] 进一步改进在于：所述土壤水势测量单元包括张力计和压力传感器，所述张力计的陶土头前端穿过试验土槽的侧壁填埋于试验土壤中，所述张力计的尾端连接口连接压力传感器，所述张力计通过数据采集仪将压力传感器所测得的张力值存入数据存储电脑的数据库内。

[0011] 进一步改进在于：所述水头测量单元包括水位观测孔和测压管，所述试验土槽侧壁上均匀设有水位观测孔，所示水位观测孔上通过U型软管设有测压管。

[0012] 进一步改进在于：所述土壤温度测量单元包括电源和土壤温度传感器，所述试验土槽内设有土壤温度传感器，所述温度传感器通过数据采集仪将采集的试验土壤温度存入数据存储电脑的数据库内。

[0013] 进一步改进在于：所述土壤水分扩散测量单元包括长度标尺和红外高清摄像机，所述试验土槽侧壁上设有长度标尺，所述试验土槽外侧设有红外高清摄像机。

[0014] 一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理测定方法，包括以下步骤：

[0015] 步骤一：选择试验地区的土壤作为试验土壤，选择试验土壤时，先对试验地区的土壤进行测定土壤容重、颗粒级配，然后在实验室配置相同容重、级配土样作为试验土壤，试验土壤选择后进行杂质筛除，然后将试验土壤装入试验土槽内；

[0016] 步骤二：利用补水装置的水槽和定水头装置分别模拟河流侧向补给和侧向补给水头，利用排水装置的水槽模拟下游排水渠道排水沟渠的水位，并通过排水装置的定水头装置稳定排水沟渠的水位；

[0017] 步骤三：利用底部补给装置保持水槽内的水头与定水头装置水位一致；

[0018] 步骤四：利用降雨模拟器的流速仪控制降雨水箱的流速，为试验土槽内的试验土壤提供不同雨强的模拟降雨，利用热辐射补充装置红外线照射灯模拟模拟太阳辐射，测定试验土壤的土体表面在不同日照条件下的蒸发过程；

[0019] 步骤五：将土壤水分传感器进行校准，为对比塌陷裂缝对土壤水分的影响，将土壤分成3层，分别于形成的塌陷裂缝处及无裂缝处，然后在同一标高处分层将土壤水分传感器埋入试验土槽内的试验土壤内，测量时打开电源及数据采集仪进行测量土壤水分；

[0020] 步骤六：分别于试验土壤水平方向的每层裂缝处和裂缝0.5m处埋入两个张力计，并在垂直方向处分别于裂缝处和无裂缝处每间隔10cm安装一个张力计，然后将张力计的尾端与压力传感器连接，由压力传感器直接测量张力，将压力传感器直接连接到数据采集仪上，通过数据采集仪自动定时记录土壤中各位置的土水势；

[0021] 步骤七：利用土壤温度传感器测量试验土壤的温度数据，测量时，打开电源，由土壤温度传感器将实时监测数据通过数据采集仪存入数据存储电脑的数据库；

[0022] 步骤八：利用测压管观测试验土槽内实验土壤的入渗水位的高度，再利用土壤水分扩散测量单元的红外高清摄像机实时拍摄试验土槽外侧观测的试验土壤中水平扩散的速度及位置，从而测定土壤水平扩散率，然后沿裂缝处布置土壤水分含水率测样点，并于降雨器停止时利用计时器开始计时并读数，观测并记录湿润锋前进的速度，计时器读数间隔时间为5分钟，通过湿润锋运移过程，绘制湿润锋运移速率与时间的变化曲线；

[0023] 步骤九：根据试验测定结果及非饱和土壤水流的基本方程，推求非连续非饱和土壤水分扩散率，建立均质非连续非饱和土壤水分运动的基本方程，得到降雨条件下土壤水下渗曲线及其经验公式。

[0024] 本发明的有益效果为：通过本发明系统及测定方法可以有助于研究者更好的理解包气带非饱和渗流实验的相关概念及理解非连续介质条件下包气带降雨入渗优先流，以及可做到多参数同时监测，通过数据采集仪记录试验结果，测得的参数多样性好，数据具有连续性，可实时捕捉降雨过程中土水势变化，分析塌陷条件下包气带土壤水分运移变化的情况，并通过土壤裂缝的设置可以得出土壤裂缝对土壤水分扩散的影响，同在实际应用中可以测定土壤的渗透系数、土壤基质势、土壤水分水平扩散速度，得到降雨条件下非连续非饱和土壤水分运移方程及入渗曲线，以及对研究不同塌陷时期土壤特征对包气带水分运移的影响提供了稳定的数据支撑，还可以用于研究不同塌陷特征下对降雨入渗优先流的影响，适用于包气带水文学的相关领域中的参数测定，如矿山环境修复、矿山水文循环研究以及矿山水土保持等，具有可以广泛的应用的前景。附图说明

[0025] 图1为本发明系统结构示意图。

[0026] 图2为本发明长度标尺结构示意图。

[0027] 其中：1-试验土槽、2-横梁、3-液压杆、4-定水头装置、5-水槽、6-滤网、7-出水管、8-连通管、9-渗水层、10-降雨水箱、11-流速计、12-降雨器、13-红外线照射灯、14-安装板、
15-土壤水分传感器、16-张力计、17-压力传感器、18-水位观测孔、19-测压管、20-土壤温度传感器、21-长度标尺、22-红外高清摄像机。

具体实施方式

[0028] 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

[0029] 根据图1、2所示，本实施例提出一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理模拟系统，包括试验土槽1、补排系统和测量系统，所述试验土槽1上方设有横梁2，所述横梁2下方两端设有液压杆3，所述补排系统包括补水装置、排水装置、底部补给装置和顶部补排装置，所述试验土槽1两侧分别通过液压杆3设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置均包括定水头装置4、水槽5和滤网6，所述液压杆3一端连接定水头装4置，所述试验土槽1内侧设有滤网6，所述滤网6与试验土槽1内侧壁之间的空隙为水槽5，所述水槽5通过连接软管连通定水头装置4，所述底部补给装置包括出水管7和连通管8，所述试验土槽1底部设有连通管8，所述连通管8一端设有出水管7，所述出水管7两端分别设有进水阀和出水阀，所述出水管7靠近进水阀的一端连通定水头装置4，所述试验土槽1上方设有顶部补排装置，所述顶部补排装置包括降雨模拟器和热辐射补充装置，所述测量系统包括土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、水头测量单元、土壤温度测量单元、土壤水分扩散测量单元、数据采集仪和数据存储电脑，所述土壤水势测量单元、土壤水分测量单元、土壤温度测量单元和土壤水分扩散测量单元均通过数据采集仪连接数据存储电脑。

[0030] 所述试验土槽1呈为长方体状，试验土槽总长度125cm、宽25cm、高100cm，所述试验土槽1由4mm厚的有机玻璃制成，所述试验土槽1内部下方设有渗水层9，所述渗水层9上方也设有滤网6，所述试验土槽内的试验土壤通过滤网6与渗水层9接触，所述渗水层9由上至下包括粗砂层、砾砂层和碎石层，所述粗砂层砂石粒径为0.05-2mm，平均粒径为1mm，所述砾砂层的砾砂粒径为2-20mm，平均粒径为10mm，所述和碎石层的碎石粒径为10-25mm，平均径为18mm，所述水槽长10cm、宽25cm、高100cm。所述降雨模拟器包括降雨水箱10、流速计11和降雨器12，所述横梁2上方设有降雨水箱10，所述横梁2下方通过液压杆3设有降雨器12，所述降雨水箱10底部通过连接软管设有流速计11，且所述连接软管一端连通降雨器12。所述热辐射补充装置包括红外线照射灯13，所述横梁2下方通过液压杆3设有安装板14，所述安装板14上通过导线设有红外线照射灯13。所述土壤水分测量单元包括土壤水分传感器15，所述试验土槽1内设有土壤水分传感器15，所述土壤水分传感器15通过数据采集仪连接数据存储电脑。所述土壤水势测量单元包括张力计16和压力传感器17，所述张力计16的陶土头前端穿过试验土槽1的侧壁填埋于试验土壤中，所述张力计16的尾端连接口连接压力传感器17，所述张力计16通过数据采集仪将压力传感器所测得的张力值存入数据存储电脑的数据库内。所述水头测量单元包括水位观测孔18和测压管19，所述试验土槽1侧壁上均匀设有水位观测孔18，所示水位观测孔18上通过U型软管设有测压管19。所述土壤温度测量单元包括电源和土壤温度传感器20，所述试验土槽内设有土壤温度传感器20，所述温度传感器20通过数据采集仪将采集的试验土壤温度存入数据存储电脑的数据库内。所述土壤水分扩散测量单元包括长度标尺21和红外高清摄像机22，所述试验土槽1侧壁上设有长度标尺21，所述试验土槽1外侧设有红外高清摄像机22。

[0031] 一种非连续非饱和土壤降雨入渗物理测定方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤一：选择试验地区的土壤作为试验土壤，选择试验土壤时，先对试验地区的土壤进行测定土壤容重、颗粒级配，然后在实验室配置相同容重、级配土样作为试验土壤，试验土壤选择后进行杂质筛除，然后将试验土壤分层装入试验土槽1内并压实，每层厚度10cm，总共装土厚度为90cm，并在试验土壤分土体为50cm以上时进行裂缝，为方便制备裂缝并保证裂缝不发生变形，填装试验土壤时在裂缝处填装大粒径砂砾石，填土时试验土槽1与水槽5接触滤网6处利用粗砂设置反滤层，以防止在试验过程中造成滤网6堵塞；

[0033] 步骤二：利用补水装置的水槽5和定水头装置4分别模拟河流侧向补给和侧向补给水头，利用排水装置的水槽5模拟下游排水渠道排水沟渠的水位，并通过排水装置的定水头装置4稳定排水沟渠的水位；

[0034] 步骤三：利用底部补给装置保持水槽5内的水头与定水头装置4水位一致；

[0035] 步骤四：利用降雨模拟器的流速仪11控制降雨水箱10的流速，为试验土槽1内的试验土壤提供不同雨强的模拟降雨，利用热辐射补充装置红外线照射灯13模拟模拟太阳辐射，测定试验土壤的土体表面在不同日照条件下的蒸发过程；

[0036] 步骤五：将土壤水分传感器15进行校准，为对比塌陷裂缝对土壤水分的影响，将土壤分成3层，分别于形成的塌陷裂缝处及无裂缝处，然后在同一标高处分层将土壤水分传感器15埋入试验土槽1内的试验土壤内，测量时打开电源及数据采集仪进行测量土壤水分；

[0037] 步骤六：分别于试验土壤水平方向的每层裂缝处和裂缝0.5m处埋入两个张力计16，并在垂直方向处分别于裂缝处和无裂缝处每间隔10cm安装一个张力计16，然后将张力计16的尾端与压力传感器17连接，由压力传感器17直接测量张力，将压力传感器17直接连接到数据采集仪上，通过数据采集仪自动定时记录土壤中各位置的土水势；

[0038] 步骤七：利用土壤温度传感器20测量试验土壤的温度数据，测量时，打开电源，由土壤温度传感器20将实时监测数据通过数据采集仪存入数据存储电脑的数据库；

[0039] 步骤八：利用测压管19观测试验土槽1内实验土壤的入渗水位的高度，再利用土壤水分扩散测量单元的红外高清摄像机22实时拍摄试验土槽1外侧观测的试验土壤中水平扩散的速度及位置，从而测定土壤水平扩散率，然后沿裂缝处布置土壤水分含水率测样点，并于降雨器12停止时利用计时器开始计时并读数，观测并记录湿润锋前进的速度，计时器读数间隔时间为5分钟，通过湿润锋运移过程，绘制湿润锋运移速率与时间的变化曲线；

[0040] 步骤九：根据试验测定结果及非饱和土壤水流的基本方程，推求非连续非饱和土壤水分扩散率，建立均质非连续非饱和土壤水分运动的基本方程，得到降雨条件下土壤水下渗曲线及其经验公式。

[0041] 通过本发明系统及测定方法可以有助于研究者更好的理解包气带非饱和渗流实验的相关概念及理解非连续介质条件下包气带降雨入渗优先流，以及可做到多参数同时监测，通过数据采集仪记录试验结果，测得的参数多样性好，数据具有连续性，可实时捕捉降雨过程中土水势变化，分析塌陷条件下包气带土壤水分运移变化的情况，并通过土壤裂缝的设置可以得出土壤裂缝对土壤水分扩散的影响，同在实际应用中可以测定土壤的渗透系数、土壤基质势、土壤水分水平扩散速度，得到降雨条件下非连续非饱和土壤水分运移方程及入渗曲线，以及对研究不同塌陷时期土壤特征对包气带水分运移的影响提供了稳定的数据支撑，还可以用于研究不同塌陷特征下对降雨入渗优先流的影响，适用于包气带水文学的相关领域中的参数测定，如矿山环境修复、矿山水文循环研究以及矿山水土保持等，具有可以广泛的应用的前景。

[0042] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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