汶川震区震后土体入渗特征试验研究

汶川地震对土体产生强烈扰动,改变了流域下垫面特征,影响到流域产流过程,其中土体入渗特征是导致产流变化的基本因素。选择强震区都江堰龙溪河流域为典型研究区,采用双环法进行野外原位土体入渗试验,得出了泥石流流域不同类型土体的入渗特征。试验结果表明:(1)不同类型土体的最终稳定入渗率大小顺序依次为:林地(0.32mm/min)>草地(0.30mm/min)>耕地(0.28mm/min)>泥石流堆积体(0.19mm/min)>滑坡体(0.17mm/min)>裸地(滑坡后壁)(0.07mm/min);(2)研究区土体的稳定入渗率与孔隙度呈幂指数的正相关关系(R=0.95);前期含水率和细颗粒含量对林地、草地、耕地等土体入渗率的影响不明显,但滑坡体、泥石流堆积体、裸地等土体的稳定入渗率与细颗粒含量之间呈较强的负相关关系。细颗粒含量对土体入渗的影响远小于由根系及其腐烂空洞的影响,从而导致根系发育土体内的细颗粒含量对土体入渗影响不大。此外,土体表面结皮能显著降低研究区土体的入渗性能。     

阎家沟煤矿区弃土坡模拟降雨入渗规律研究

选择偏关县阎家沟煤矿区内土壤类型一致,土壤初始含水率相近,坡度相似,弃土时间分别为2003～2004年、1993～1994年、1999～2001年的小区和原状土小区,进行了雨强为2．0mm／min人工模拟降雨试验。结果表明：不同时间堆积的弃土具有不同的稳定入渗率,新堆积弃土坡地稳定入渗率要明显高于原状土;坡度、坡长的变化也会影响弃土坡的水分入渗过程。     

宽级配弱固结土入渗及抗冲性对泥石流起动的影响

震后诱发的大量崩塌滑坡松散物质,为泥石流的形成提供了极为丰富的固体物源,使得震后灾区泥石流一直处于群发、频发状态。这些松散土体由于扰动强度大,属于宽级配弱固结土体。在降雨作用下产生的水土耦合作用促使土体结构破坏,从而起动形成泥石流。通过对该种土体进行的入渗和抗冲试验的结果表明:(1)震后的宽级配弱固结土体的入渗强度是蒋家沟流域类似土体的1.5～6.0倍,直接导致了在降雨入渗作用下土体内部细颗粒被侵蚀搬运,并伴随着土体结构的破坏。(2)抗冲性显示了由于其弱固结特性,土体的抗冲性系数很小,在表面径流作用下,土体易崩解而被径流冲刷流失,增强了径流侵蚀能力。(3)震后降雨与特殊土体的耦合作用促使了灾区泥石流一直处于群发、频发状态,并将持续到土体恢复至震前状态,在此期间灾区的泥石流激发雨量也会随之变化。     

金矿区矿渣型泥石流物源渗透特征研究

以黄河中游某金矿区为研究区,利用常水头渗透试验测定研究区矿渣型泥石流物源的渗透系数,结合颗粒筛分试验数据,与自然泥石流物源的渗透系数、颗粒级配进行对比,得出泥石流物源土体颗粒级配对渗透性能的影响,结论认为矿渣型泥石流物源的渗透性能与其他类型泥石流物源渗透性能的显著差异是控制研究区泥石流形成的重要因素。     

黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化

[目的]揭示黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化及其影响因素,为黄土高原地区农耕地土壤侵蚀控制、水土保持和有限水资源的有效利用提供理论依据和数据支撑。[方法]运用双环法,以黄土丘陵区典型农作物种植地为研究对象,通过入渗试验对不同作物地土壤稳定入渗率季节变化进行研究。[结果]典型农耕种植地土壤稳定入渗率具有明显季节变化(p0.05)。不同作物地土壤稳定入渗率的季节变化趋势存在差异。种植3种作物地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(p0.05)。种植马铃薯地平均土壤稳定入渗率最大,其次是大豆地和谷子地。农事活动、容重、孔隙度和作物根系生长是影响农耕地土壤稳定入渗率季节变化的主要因素。[结论]黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率具有明显的季节变化,该变化主要是由农事活动、容重、土壤孔隙度和作物根系生长等因素所导致。     

神东矿区堆积弃土坡地入渗规律试验研究

选择了神东矿区内土壤类型一致、土壤初始含水率、坡度相似而弃土时间分别为2002～2003年、1996～1997年、1990～1991年的小区和原状土,以及弃土时间为1990～1991年、植被覆盖度相似的不同坡度及坡度、植被覆盖度相似而坡长不同的10个试验小区进行强度为2.0 mm/min人工降雨模拟试验。通过对各场降雨进行入渗率计算,获得10场入渗率变化曲线。结果表明,不同时间堆积弃土具有不同的稳定入渗率,新堆积坡地入渗率要明显高于原状土,达到稳定入渗时间要比原状土长。随着堆积时间的延长,稳定入渗率逐渐下降到原状土水平。坡度、坡长的变化影响弃土坡地入渗过程。坡度越大,产流越快、入渗过程越不稳定;坡长越长,产流越慢、入渗率变化越大。但在其它条件相似的情况下,坡度、坡长的改变对稳定入渗率的影响较小。     

陕西省子洲县黄土洼不同植被表层黄土入渗特性

[目的]揭示陕西省子洲县黄土洼不同植被表层黄土的水分涵养功能,为该区水土保持措施的科学配置提供科学依据。[方法]采用野外双环入渗试验和室内土壤粒度分析相结合的方法,研究黄土洼不同植被土壤入渗特性及其影响因素。[结果]研究区内平坦草地、斜坡草地、枣树林地和杏树林地的稳定入渗率分别为1.91,1.54,1.47和1.56 mm/min,淤积玉米地从上游的A样地(淤积玉米样地)到下游的F样地(淤积玉米样地)稳定入渗率总体变小,变化在0.69～1.1 mm/min之间,草地和林地比淤积玉米地的入渗率大。利用入渗经验公式进行拟合,拟合效果最好的为考斯加可夫模型,霍顿模型和经验通用公式拟合效果一般。[结论]研究区黄土层上不同植被表层土壤入渗率均高于淤积玉米样地,而在淤积玉米地内从上游到下游入渗率也在逐渐变小。     

海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型土壤入渗特征

为揭示排土场复垦区不同土地利用类型土壤的水源涵养功能,采用野外实地双环入渗试验和室内理化分析方法,系统地研究了海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、农用地、荒草地)土壤入渗特性及其影响因素。结果表明:不同土地利用类型下的土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量均表现为乔木林地灌木林地农用地荒草地;不同土地利用类型下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,G-P综合模型、Kastiakov模型、Horton模型的平均拟合优度依次为0.926,0.908,0.905。G-P综合模型相对误差为79.21%~123.69%,更接近排土场复垦区土壤入渗的实际过程,可作为排土场复垦区土壤入渗过程的预测模型;不同土地利用类型下土壤初始入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关,稳定入渗率和累计入渗量与非毛管孔隙度、砾石含量和部分根系特征呈显著正相关;采用主成分分析评价的土壤入渗能力排序为乔木林地灌木林地农用地荒草地,初始入渗率、稳定入渗率、14min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.047%,较好地表达了土壤入渗能力。     

湖南省衡山不同海拔高度土壤的入渗特征

[目的]探究衡山不同海拔高度土壤入渗性能的差异及其影响因素,为山体大尺度土壤入渗性能研究提供思路和方法。[方法]在衡山不同海拔高度区域选取9个试验点进行野外点源入渗试验。[结果]①从各试验点入渗率角度分析,稳定入渗率随海拔上升逐渐增大(山顶山腰山麓)且入渗率变化显著。从入渗开始到稳定入渗减小了50%～86%,且入渗过程呈现出一定规律性,即初始入渗率很大,随着入渗过程的推进,前10 min入渗率迅速减小,10～30 min缓慢减小,最终在30 min后趋于稳定。②影响土壤入渗性能的因素较多,在衡山试验中稳定入渗率与0.25 mm水稳性团聚体含量和海拔高度分别呈极显著正相关和显著正相关关系,而与有机质、土壤容重和质地相关性较低。③Kostiakov模型,Philip模型、Horton模型在各试验点的决定系数R~2均大于0.95,都能较好地对衡山各试验点入渗速率进行拟合,而Philip模型的参数中表征稳定入渗率的参数A均为负数,使其物理意义不明确。[结论] Horton模型能反映不同海拔区域稳定入渗率的特征(山顶山腰山麓),Kostiakov模型能较好地反映入渗速率的变化特征(山麓山顶山腰),也说明点源入渗法测量山地入渗是可行的。     

黄河泥沙充填复垦耕地表层土壤垂直入渗特性研究

采用单圈入渗法,以当地原有长期耕种的耕地为对照,对引黄河泥沙充填复垦第2年的耕地表层土壤水分垂直入渗过程进行了现场测定,探讨复垦耕地耕种第2年的入渗特性,分析比较不同复垦时间的土壤入渗结果,并选用5种入渗模型对入渗特征曲线进行了拟合。结果表明:充填复垦第2年对照耕地的初始入渗率、稳定入渗率平均值分别是充填耕地的1.12倍和2.19倍,充填耕地呈上层表土入渗能力差、下层泥沙保水性能差的特性,有待改良;充填耕地各试验点间入渗率差别较小,入渗能力稳定;充填复垦第2年充填耕地初始入渗率、稳定入渗率平均值分别是第1年的1.51倍和1.43倍,充填耕地入渗率显著提高(P0.05),耕种措施有改善充填耕地入渗能力的作用。Mezencev模型对充填耕地土壤入渗特征拟合效果最佳,Kostiakov模型对对照耕地土壤入渗特征拟合效果最佳;综合充填耕地和对照耕地而言,Mezencev模型具有最佳的拟合效果,其次为Kostiakov模型、NRCS模型、Horton模型和Philip模型;各模型的RMSE、R2、SSE和Ajust-R2指标显示,模型评价具有较好的一致性。     

不同坡度和不同生育期的谷子坡耕地入渗特征

坡度和作物生育期是影响坡耕地土壤入渗性能的关键因素,作物生长导致土壤特性及根系变化进而影响坡面入渗过程。通过人工模拟降雨试验,设计4个坡耕地坡度(3°,5°,10°,15°)及2个降雨强度(40,80 mm/h),在谷子4个生育期(拔节初期、拔节中期、抽穗初期、灌浆初期)开展试验,探究坡度和生育期对谷子坡耕地土壤入渗特征的影响机制,并结合入渗模型(Horton、Kostiakov、Philip模型)对谷子坡耕地土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性。结果表明:(1)随坡度增加土壤入渗能力下降,与3°相比,15°坡耕地土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别减小30.76%~52.38%,21.28%~37.50%和22.51%~43.55%。(2)随着谷子生育期的延长,土壤入渗能力显著增加,与拔节初期相比,灌浆初期时土壤稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别增加23.81%~80.00%,20.83%~40.00%,17.84%~54.10%,表现为拔节初期<拔节中期<抽穗初期<灌浆初期。(3)通过对入渗速率实测值进行拟合,Horton模型对坡耕地土壤入渗过程拟合最好,且模型拟合参数具有物理意义。研究结果可为增加坡耕地降雨入渗、提高水分利用效率、减少坡耕地水土流失提供理论依据。     

东北黑土区植物篱土壤入渗性能研究

[目的]对东北黑土区植物篱种植模式的土壤渗透性进行研究,为黑土区坡耕地水土流失治理提供科学依据。[方法]通过小区试验开展研究。[结果]植物篱模式能够减小土壤容重,提高土壤孔隙度,显著增加土壤的入渗能力,进而减少水土流失;篱带部位的入渗能力大大高于篱间部位,不同品种植物篱渗透性能排序为:黑豆果短梗刺五加桑树,植物篱土壤入渗受地面坡度影响,小坡度的土壤入渗率高于大坡度。[结论]植物篱作为一种水土保持新措施,具有改善土壤结构,增加土壤入渗,减少地表径流,防治水土流失的作用,应在黑土区开展广泛的研究与推广。     

哈尼梯田水源区不同景观类型土壤水分的入渗特性及影响因子

[目的]揭示不同景观类型土壤水分入渗特性及影响因子的差异,为红河哈尼梯田世界遗产的保护及持续发展提供参考。[方法]选择草地、林地、旱地和茶园等景观类型的7个样地,用Hood IL-2700土壤水分入渗仪测定样地土壤水分入渗参数,并分析枯落物持水性能和土壤物理性质因子对土壤水分的影响。[结果]在人为影响程度不同的森林和草地生态系统内部,土壤水分入渗能力表现为:原始林次生林人工林,荒草地蕨草地。在研究区的4种景观类型水平上,土壤水分入渗能力表现为:园地(翻耕)草地森林耕地(未翻耕),说明人为活动对土壤水分入渗效率影响显著。不同景观类型的土壤水分入渗特征值与影响因素的相关分析显示,除园地外的其他景观类型土壤水分入渗值与土壤枯落物特征、土壤物理性质中的多个指标具相关性。[结论]人为活动影响下的4种景观类型的土壤入渗能力差异明显,枯落物特性和土壤物理性质是关键因素。     

Jag S对黄土坡面降雨入渗的调控效应

[目的]Jag S是一种新型可用于调控水土流失的高分子化学材料,揭示Jag S对降雨入渗的化学调控效应,为黄土坡面水土流失治理提供科学依据。[方法]采用人工模拟降雨试验研究Jag S对黄土坡面入渗调控效应。[结果](1)撒施Jag S坡面入渗率随降雨过程的变化趋势与裸坡相似,起初皆随降雨历时的延长先快速减小,随后趋于稳定状态;(2)撒施Jag S的坡面和裸坡相比,初始产流的时间提前,入渗率减小速率较大,达到稳渗阶段所用的时间少,且前期入渗率小于裸坡坡面前期入渗率,但稳渗率大于裸坡;(3)撒施Jag S坡面的入渗量明显高于裸坡的入渗量,在各个剂量下,入渗量均随坡度的增加而减小,随雨强的增加而呈现递增变化趋势。[结论]因此撒施Jag S可有效增加土壤入渗和强化入渗效应。强化入渗效应的Jag S剂量顺序依次为:1g/m23g/m25g/m2。     

放牧对希拉穆仁草原土壤入渗过程影响的定量评估

为定量评估放牧对草原土壤入渗的影响,了解和防治放牧造成的水土流失,科学评估草原水文调节功能,采用双环入渗法研究了放牧对典型草原土壤入渗性能的影响,并收集影响土壤入渗的环境特征变量.结果表明:(1)土壤入渗能力均受到放牧活动的干扰,随着放牧强度的增加,土壤初渗速率、稳渗速率减小,达到稳渗时的历时缩短,而轻度放牧对土壤入渗...     

丘陵区不同土地利用类型紫色土入渗特征研究

对三峡库区4种土地利用类型下紫色土入渗特征进行了研究。结果表明,农林混作型耕地与传统农耕地相比,砂粒含量增加21.37%,粉粒含量和粘粒含量分别减少11.63%和4.14%,其土壤总孔隙度和非毛管孔隙度是4种土地利用类型中最高的,分别为45.80%和8.96%;4种土地利用类型土壤入渗速率随时间变化呈幂函数关系,土壤稳定入渗率差异明显,表现为竹林地(55.89 mm/h)>农林混作型耕地(5.91 mm/h)>园地(2.71 mm/h)>传统农耕地(1.87 mm/h);农林混作型耕地达到稳渗时间比传统农耕地长70 min,稳定入渗率是传统农耕地的3.16倍,能够延缓地表径流产生,增加土壤水分入渗,可以在三峡库区范围内推广;紫色土入渗能力与砂粒含量、总孔隙度及非毛管孔隙度呈正相关关系,与粘粒含量、容重、初始含水量呈负相关关系。