非水相流体(NAPLs)在黄土中的持留特征研究

试验测定了粘土和砂土二种土壤在不同容重下水气、PCE气和水NAPL的毛管压力与饱和度的关系曲线。研究发现,容重对二种土壤毛管压力与饱和度关系有明显影响,随着容重的增大,束缚水饱和度和进气值或置换压力增加;相同容重下,重壤土的束缚水饱和度大于砂壤土的,而砂壤土残留PCE含量大于重壤土。根据压力与饱和度的关系曲线,三者之间存在一定相关性达到极显著水平。但由于毛管压力与饱和度关系曲线在多相流研究中极为重要,因此在可能的情况下尽可能采用试验手段进行测定。     

农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30 cm时,砂壤土残膜量400 kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01 m L(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.     

容重对土壤水氮垂直运移特性影响

为研究不同土壤容重下红壤土与黄土中水分与硝态氮垂直一维入渗运移特性差异,提高红壤与黄土地区水肥利用效率,以江西壤黏土与西安粉壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对2种土壤中水分及硝态氮垂直运动规律的影响.结果表明:江西壤黏土与西安粉壤土的湿润锋运移距离及入渗速率均与土壤容重呈负相关;灌水结束时与再分布1 d后,2种土壤的含水率均与土壤容重呈负相关,西安粉壤土的含水率略大于江西壤黏土;土壤容重越大,硝态氮越集中于深层土壤中且其峰值越高,再分布过程中峰值下降,其中容重为1.25,1.35,1.40 g/cm³的峰值下降较大.灌水结束时土壤容重对40~50 cm土层内的硝态氮质量比在0.05水平下均具有统计学意义;再分布1 d后,2种土壤在0~30 cm土层内的硝态氮质量比相差甚小,在30~60 cm土层内的硝态氮质量比均较高,但西安粉壤土的硝态氮质量比更高.故江西壤黏土中硝态氮更容易淋溶,而西安粉壤土的持水持肥性较好.     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

土壤质地和供水压力对竖插式微润管入渗的影响

为探明土壤类型和压力水头2个因素对竖插式微润管入渗的交互影响,采用3种土壤(红壤土、砂壤土和砂土)和3个水头(1.0,1.5,2.0 m),探究竖插式微润管的入渗速率、累计入渗量、湿润体体积及湿润体含水率分布特征.研究发现:竖插式微润管不同时间的入渗速率符合Horton修正模型;累计入渗量为灌水时间的2次函数;土壤湿润体随水头的升高而增大,形状为下部略大而上部略小的梨形.水头较低时湿润体增长速率变化平缓;入渗开始后4-6 h内湿润体增长速率达到极大值,变化过程服从对数正态分布.土壤类型对土壤含水率大小影响显著,而水头对土壤含水率大小的影响较小;红壤土和砂壤土湿润体内含水率分布均匀度高于砂土.研究结果可为微润灌溉的合理应用提供理论依据和实践参考.     

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.     

土壤容重对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

在室内通过人工配置不同水平土壤容重(1.35、1.40、1.45、1.50 g/cm~3),用土箱进行水肥入渗模拟试验,研究土壤容重对累积入渗量、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮运移的影响,建立以土壤容重和入渗时间为自变量,累积入渗量和各向湿润锋运移距离为因变量的经验模型。结果表明:土壤容重对累积入渗量、各向湿润锋运移距离及湿润体内水分和氮素的分布、转化均具有较为显著的影响。随着土壤容重的减小,累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分、铵态氮及硝态氮含量均呈增大趋势。入渗系数K随着土壤容重的增大而减小,入渗指数α随着土壤容重的增大而增大;在同一时刻,湿润体内铵态氮和硝态氮含量的平均值、变化量及转化率均随着土壤容重的增大而增大。距离灌水器越近,铵态氮、硝态氮含量越高;湿润体内铵态氮分布主要集中在灌水器附近,随着再分布进行,湿润体内铵态氮含量、转化率逐渐减小,转化量逐渐增加。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,铵态氮含量降幅依次为2.34%、11.41%、34.22%、59.06%和73.75%。湿润体内硝态氮分布区域与水分分布相似,随着再分布进行,湿润体内硝态氮含量、转化量逐渐增大,再分布15 d达到最大值;而转化率呈现出先增大后减小的趋势,再分布10 d转化率达到最大值。灌水结束、再分布3、5、10、15、20 d条件下,以灌水结束时刻为基准,湿润体内硝态氮含量依次增加0.76%、60.12%、156.95%、204.68%和180.51%。土壤容重对涌泉根灌土壤水分和氮素运移、分布及其转化的影响均较为显著。     

容重对红壤区地下滴灌水分入渗能力影响研究

为分析红壤区容重对地下滴灌水分入渗能力的影响,采用室内试验模拟容重对红壤地下滴灌水分运动规律的影响。结果表明:随着容重的增大,湿润锋、累计入渗量及入渗率均逐渐减小,但容重越大,减小的幅度越小,且累计入渗量和稳渗率与容重均呈幂函数负相关关系;在灌水结束及重分布期间,容重对含水率的分布均有显著影响,灌水结束时间越长,容重的影响越弱,在灌水结束及重分布1 d,20 cm深度土壤含水率最高,而重分布3 d时,30 cm深度含水率最高。通过Kostiakov入渗模型表明,容重对土壤初渗率及入渗率的衰减速度均有显著影响,土壤初渗率随容重增大而减小,而入渗率的衰减速度随着容重的增大而增大。     

四种入渗模型在KCl溶液入渗的适应性

为了探讨4种常规的入渗模型在含盐水入渗条件下的适用性,采用室内一维垂直土柱进行积水入渗实验,对比不同KCl质量浓度下的土壤入渗规律,并采用4种模型分别拟合土壤入渗率变化特征。结果表明,相同时间内的累积入渗量随KCl质量浓度的增加而增加,并且湿润锋的推进距离与累积入渗量之间具有较好的线性关系(R2>0.7)。Philip和Horton入渗模型的拟合效果要优于Green-Ampt模型和Kostiakov公式。     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm^3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用Philip、Kostiakov和通用经验模型来模拟土壤水分入渗过程。结果表明:微咸水入渗可以增大两种土壤的入渗性能,对土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤影响更为明显,利用Kostiakov入渗方程能更好地拟合不同容重的土壤水分的入渗过程,且模型对土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤入渗过程的拟合精度更高。土壤含水率与盐分再分布的过程中,在土壤上层,电导率为0 mS/cm入渗条件下,两种容重土壤的土层的含盐量均小于土壤初始含盐量,说明其在不同程度上可以淋洗盐分,在供水水质电导率为2.5、5.0、7.5 mS/cm条件下,两种容重土壤的土柱剖面均出现明显积盐的情况;在4种供水水质的入渗条件下,在土壤上层,两种容重的土壤含水率均出现急剧下降的趋势,这是由于随着电导率的增加,土壤的导水性能随之增加,但是在同一深度,土壤容重为1.35 g/cm^3的土壤含水率略高于压砂地土壤容重为1.45 g/cm^3的土壤含水率,这是由于在一定的范围内,随着土壤容重的增加导致土壤孔隙率的减小,水分的运动过程受到阻碍,进而影响到土壤的含水率。     

PAM与PG对土壤水平入渗的影响

土壤水平入渗是土壤水分空间入渗的一个重要方向，它受土壤质地和结构等多方面因素的影响，其中高分子化合物与磷石膏（PG）等的加入也对其产生重要影响。通过室内土柱试验，研究聚丙烯酰胺（PAM）和PG与土壤混合干施情况下的土壤水平入渗特征，并从机理上对试验结果进行分析研究。结果表明，由于PAM具有良好的吸水和保水性能，其用量的增加使累积入渗量增大，平均土壤含水量增加；而水平入渗速率却由于溶液粘性增大而有所降低，相应使得湿润锋推进相同距离所用时间比对照有所延长；累积入渗量与时间和湿润锋的关系，均符合Philip和Green-Ampt入渗公式，因而，在施加PAM与PG的情况下，土壤的水平入渗性能仍可用经典入渗公式来进行研究与描述；PAM和PG的加入也使土壤吸渗率发生变化，具体表现为：当PG用量相同，PAM用量的增加使得土壤的吸渗率降低。     

上层土壤密度对模拟指流层状土壤水分入渗的影响

通过室内模拟指流,利用回归分析法进行分析,建立了以上层土壤密度为参数的Kostiakov和Philip模型对模拟指流的层状土壤入渗的改进模型,并进行了验证。结果表明,入渗时I;7相同时,累积入渗量随着上层土壤密度的增加而减小;Kostiakov和Philip模型都适合于模拟有指流产生的层状土壤的入渗,其相关系数都在0．...     

入渗模型对垂直线源灌线源长度的适用性

为了分析垂直线源灌下土壤水分的入渗规律,探明不同线源长度的入渗率和累积入渗量,通过室内土箱模拟试验,研究了3种常规入渗模型对垂直线源灌下不同线源长度入渗规律的适用性.结果表明,随着线源长度的增加,入渗率和累积入渗量均增大;3种模型均能模拟不同线源长度下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式最精确,Philip入渗模型更适合于入渗前期和中期的模拟,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟,并且更适合于线源长度大于20 cm的情况;得出不同线源长度下3种入渗模型的经验公式,3种入渗模型入渗率的经验公式精确度均高于累积入渗量的精确度,3种入渗模型累积入渗量的计算值均高于实测值.该研究结果可为垂直线源灌技术推广应用提供理论依据.