试验所用的主要仪器、设备和设施包括：大田双套环单点入渗仪、含水率、地温、冻土深度、土壤容重测试仪器以及量水设备等。

表2-10 冻结前测坑土壤剖面含水率（θu）分布

（一）冻融土壤入渗仪器

入渗试验仪器为双套环单点入渗仪。非冻结土壤条件下使用西安理工大学西安水资源研究所研制的设备。内环直径26.0 cm，外环直径60 cm，该设备可实现内环自动供水和积水入渗水头自动控制，精度高。由于气温降到0℃以下以后，一方面无法埋设入渗环，另一方面入渗仪供水马氏桶及灌水管道结冰，内环供水计量精度下降，所以在冻结土壤条件下无法利用西安产双套环入渗仪。

为进行冬季冻土条件下入渗试验，加工了100余套入渗内环，其内径与西安双套环入渗仪内环完全相同，并在地表封冻前一次性预埋于试验地块，解决了冻土条件下无法埋设入渗内环问题。由于外环尺寸大，成本高，用土埂代替。外环的作用是形成一个与内环入渗水流平行的入渗水流保护圈，使内环水分入渗为一维垂直入渗。与双套环入渗仪相比，用土埂代替外环后，内环一维垂直入渗条件势必有所影响。为弥补这一影响采取了两项措施，其一是加大外环面积，入渗仪标准外环直径为60 cm，土埂采用80 cm×80 cm的矩形；其二是加大内环的下环深度（入渗环进入土体的深度），入渗仪标准下环深度为10 cm，本试验入渗内环下环深度采用20 cm，基本进入犁底层。单、双环田间入渗试验对比结果表明，内环下环深度为20 cm以上时，大田土壤条件下，由于密实的犁底层（导水率小）的存在，外环的作用甚微。因此，与标准入渗仪相比，此取代设备的试验精度是有保证的。取代入渗设备的入渗水量计量与传统双套环入渗仪相同，采用人工分时段量筒计量加水，其积水入渗水位控制采用自制的内外环水位控制装置。替代入渗设备的田间试验简图见图2-13。

（二）冻融土壤地温测定仪器

冻融土壤地温测定采用曲管式地温计、插管式地温计、热敏电阻和地埋式地温仪进行测定。

曲管式地温计（精度±0.1℃）主要用于地表及5～20 cm深度范围内地温的测定，地表封冻前埋设。

图2-13 入渗设备田间试验简图

插管式地温计（精度±0.5℃）主要用于5～100 cm深度范围，流动试验点地温的测定。地温测定时，用冻土打孔器打孔至测定深度，将插管式地温计插入孔内，10～20 min后读取温度计读数。

地埋式地温仪价格较贵，一般作为长期固定观测剖面点的地温测定。本课题仅在一个3.0 m测坑内埋设了地埋式地温仪，用以对越冬期的地温变化做长期跟踪观测。地埋式地温仪的最大观测深度2.8 m，观测精度±0.1℃。

热敏电阻（电阻值误差±0.5Ω）主要用来测定冬灌地块的地中温度。地表封冻前全部打孔预埋在灌溉地块的不同深度，定时测定剖面电阻，按律定关系求得剖面地温。其关系式为：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

或

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，Rx，R25分别为实时实测电阻和25℃时的电阻值，Ω；x为实时温度值，℃；B为常数，一般取3000。

（三）冻融土壤含水率和容重测定仪器

试验中主要考虑测定精度，冻融土壤含水率测定主要采用常规人工土钻取土，烘箱烘干、称重的方法，辅以中子仪测定。

土壤容重采用常规环刀法进行，冻结条件下环刀无法取土，采用蜡封法进行。

（四）其他仪器设备

有关其他气象项目的测量，如气温、降雪量、降雨量等，利用山西省中心灌溉试验站气象站和平遥县气象站仪器设备进行。

大田灌水试验量水设备采用三角形量水堰，灌溉水和入渗试验用水全部为井清水。