（一）试验目的

旱地在进行地面灌溉时，灌溉水在重力作用下自地表逐渐向下湿润，为保证最为有效的利用灌溉水，既要使计划湿润层得到均匀灌溉，又不产生多余的水量向深层渗漏，必须了解水向土中入渗的规律。

长历时较大强度的降雨，雨水除渗入地下以外，还会形成地表径流汇入各级沟道，形成地表径流的多少决定于入渗水的多少。入渗水首先湿润地下水位以上的土层，继而补给地下水，其补给地下水的多少除决定于雨前土层含水状况、地下水埋深、降雨历时之外，还与土壤的入渗特征有关。

本试验的研究目的是：

（1）了解农田灌溉或降雨在田间形成水层时，水向土中入渗的过程及其变化规律。

（2）利用室内或者野外实测入渗资料，推求入渗速度与时间关系的经验公式，如考斯加科夫（Kostiakov）渗吸速度公式。

（3）探讨在野外条件下测定渗透系数（垂直方向）K值的条件。

（4）了解双套环测试装置及量水技术。

（二）试验原理

在地面形成一定水层的入渗称为有压入渗，对均质土的入渗强度，已有若干计算公式，菲利普（Philip）根据严格的数学推导，求得解析解为

式中 i——t时刻的入渗强度；

S——与土壤初始含水率有关的特性常数，称为吸水率；

if——稳定入渗率，即饱和土壤渗透系数。

考斯加科夫（Kostiakov）根据野外实测资料的分析，发现入渗强度 （渗吸速率）与时间之间呈指数关系，其形式为

式中 i1——第一个时间单位的入渗强度；

α——反映土壤性质与入渗初始时刻土壤含水率的经验常数。

式 （1-1-1）和式（1-1-2）都表明，在入渗初期，即t较小时，i值比较大，由式（1-1-1）可知，此时，i≥if；随着入渗时间增加，i逐渐减少，t值足够大之后，与if值十分接近。根据达西定律，也可以定量的解释这一现象。

饱和与非饱和土壤水运动均服从达西定律，所不同的是，在饱和情况下，渗透系数是常量，而在非饱和情况下，渗透系数是变量，其值随土壤含水量而异，含水量越低，渗透系数越小。

入渗初期，地表首先被湿润，湿润锋逐渐向下部土层推进，表土处，水力坡降近似的写成差分形式为

式中 a——土表面水层的厚度；

h——Δz处的压力势（由于土壤非饱和，土壤的基质势为负值）。

入渗初期，土壤远未饱和，具有较大的吸力，即h为较大的负值，水力坡降J远大于1，因此，i值较大；随着表土含水率的增加，土壤吸力减小，i值也随之减小，在吸力为0的情况下，J≈1，此时的入渗速度即接近土壤的饱和渗透系数K 值。由于水流的运动方向是垂向的，因而所测得的渗透系数是垂向渗透系数值。

（三）试验装置及试验设备

1.土壤入渗仪

图1-1-1为测定土壤入渗强度的田间试验装置，分别由双套环和马利奥特瓶（Mariottebottle，以下简称马氏瓶）[如图1-1-1 （a）所示]或双套环和测针[如图1-1-1（b）所示]组成。内环直径30～40cm，高25～30cm；外环直径45～55cm，高25～30cm。为了计算方便，使内外环面积为整数，如取内环直径为35.68cm，其面积为1000cm2，外环直径为50.46cm，其面积为2000cm2。马氏瓶应有足够的容积，以避免在试验过程中更替过于频繁。

图1-1-1　双套环装置图

（a）双套环和马利奥特瓶；（b）双套环和测针

图1-1-2为室内试验装置，圆柱筒直径5cm，圆筒高度30～40cm，底部装设多孔陶瓷板，扰动试样按一定容重装填在圆筒内，装土高度距筒顶3～5cm。

2.其他设备

其他设备包括秒表及量杯（在野外试验尚需要水桶），1000mL量筒1～2个，铁铣及米尺等。

（四）试验步骤及人员分工

1.田间测定入渗强度试验

（1）在选择好的试验点上，将内、外环打入土中10～15cm，外环必须与内环保持同心。

（2）采用马氏瓶作供水平水装置时的试验步骤：

1）将马氏瓶灌水，关闭放水管及通气管 [如图1-1-1 （a）所示]，放置在内环支架上，马氏瓶通气管的管口距地面的高度即为试验中所应维持的入渗水头，一般可以定为5cm左右。马氏瓶安装完毕后，记录初始水量读数，如果一个马氏瓶不足以维持整个试验的入渗水量要求，还需要预备另一个马氏瓶，以备替换。

图1-1-2　土壤入渗特性室内测试装置

2）试验开始时需要同时完成3个操作：秒表开始记录时间；迅速的在内、外环灌水，建立5cm厚 （即进气管口距地面的高度）水层；打开马氏瓶的放水管和通气管，及时补充内环入渗消耗的水量。

3）试验开始后，定时记载马氏瓶水量读数，初期记录时间间隔应较短，以后逐渐加大时间间隔。与此同时应随时向外环注水，保持内外环水位一致。如果条件许可，外环上同样安装马氏瓶，这样可以省略向外环注水的操作。

（3）采用水位测针控制入渗水位时的试验步骤：(www.daowen.com)

1）安装双套环后，将测针固定在内、外环上 （如果只有一个测针，则外环水位用目估控制），调整测针位置，使针尖距离地面的高度为所要求入渗作用水层厚度 [如图1-1-1 （b）所示]。

2）计算相应于入渗作用水层厚度的内环和外环的体积并准备好相当的水量。

3）在量筒内注入1000mL水量备用（如果土壤透水性较差，则可以使用500mL或者250mL的小量筒，下同）。

4）试验开始时同时完成四个操作：秒表计时；迅速向内、外环注水建立入渗水层（如果计算精确，此时建立的水层应该为针尖指示的高度）；将备用与量筒中的水同时灌入内环中，此时水面应淹没针尖，如果没有做到，应立即调整针尖高度，使其没入水中1～2cm；向内环注水的同时向外环注水，尽可能地保持内、外环水位一致。

5）继续准备1000mL的水量。

6）入渗开始后，水面缓慢下降，当水面下降至针尖处，记下秒表读数，同时将1000mL水注入内环中。

7）在整个过程中，随时保持内、外环水位一致。为了计算方便，内环的入渗是采用定水量变时间的测量方法，外环不必严格按此要求，随时可以加水，且水量不必记录。

8）重复5），6），7）操作步骤，至试验结束。

（4）试验时间长短视入渗情况而定，如果均质土层有相当的厚度，同时需要测量饱和渗透系数，试验应在入渗速度达到稳定后结束。

（5）采用马氏瓶进行测试时的记录格式见表1-1-1，采用测针进行测试时的记录格式见表1-1-2。

表1-1-1　采用马氏瓶测试时的土壤入渗特性测定记录表

表1-1-2　采用测针测试时的土壤入渗特性测定记录表

2.室内测试

室内测试多采用马氏瓶作为供水平水装置，其试验步骤与田间采用马氏瓶的方法基本相同，但没有向外环加水，保持与内环水位一致这一项，建立的水层厚度以1～2cm为宜。室内测试记录表与表1-1-1相同。

3.人员分工

4人为一小组，其中计时并指挥1人，记录1人，2人负责加水及协助观测。

（五）数据处理及成果分析

（1）整理记录并进行计算。表1-1-1及表1-1-2第 （4）栏为第 （2）栏前后两数之差，入渗强度是该时段内入渗总水量除以时段值与内环面积的乘积，代表该时段入渗强度的平均值，其对应的时间称为计算时间，即表中第 （3）栏，其值为累计时间 [第 （2）栏]初值与相应的时间间隔[第 （4）栏数值]的1/2之和。表1-1-1中第（6）栏是第（5）栏前后数值之差。

（2）在Excel中点绘i—t曲线，其曲线形状呈指数曲线。如果试验时间足够长，试验土层是均质的，地下水埋深足够大，可测得稳定的入渗速度，如图1-1-3中的水平段，此时的入渗强度即为饱和渗透系数。

图1-1-3　i—t过程线

图1-1-4　lgi—lgt过程线

（3）根据菲利普（Philip）公式推算吸水率S。

对式（1-1-4）两边取对数，得

点绘试验初期的lgi—lgt关系，呈一直线关系，该直线在t=1时的i值 （用D表示，即直线的截距，如图1-1-4所示）为

S值也可以用初期入渗总量I的资料推求，仍然忽略if项，得

（4）根据考斯加科夫（Kostiakov）公式推算i1及a值。

对式（1-1-2）取对数，得

同样，实测lgi—lgt点据应呈直线关系，取t=1时的i值，即为i1，该直线的斜率为a值。如图1-1-4所示，ta，tb时刻对应ia，ib，代入下式得

若ta=10tb，则上式可以化简为

若已知i，a值也可以按下述方法推求，由式（1-1-2）得1

I为t时间内单位面积入渗总量，由实测资料求得，由于i1已知，故a值可以求出。该法的缺点是很难测定第一个单位时间的入渗强度，如用其他的实测数据推算则有很大的任意性。