两种初始土壤含水量对浑水入渗影响的试验研究

浑水入渗是黄土高原地区普遍存在的现象,不同土壤初始含水量对入渗结果有着显著影响。以清水入渗为对照,研究了不同含水量条件下浑水入渗实验特征以及减渗率等内容。分析结果表明,第1 min末入渗速率？稳定入渗速率和累积入渗量均随浑水浓度增加呈指数函数关系递减,均表现出随着浓度增加呈稳定趋势。清水的累积入渗量在相同时段内始终最大,随着泥沙浓度增加,累积入渗量减小。本研究结果对土壤侵蚀机理研究具有应用价值。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗及减渗特性

浑水灌溉是我国黄河流域引黄灌区灌溉的主要特点,其中浑水中的泥沙含量对土壤入渗特性有较大的影响,为揭示浑水膜孔灌交汇入渗的减渗特性,通过开展浑水及清水膜孔灌入渗试验,建立了浑水膜孔灌自由入渗相对于清水的减渗率及浑水膜孔灌多向交汇入渗相对于自由入渗的减渗率与入渗时间之间的量化关系,提出了由清水膜孔灌自由入渗量推求浑水膜孔灌多向交汇入渗量的模型。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗较清水的减渗量随入渗时间的延长而增大,但增大幅度慢慢变小,入渗后期其减渗量基本呈线性增加,其减渗率随时间的增大先快速增大后缓慢减小,入渗后期减渗率基本稳定;当入渗产生交汇后,入渗能力明显减小,多向交汇入渗和单向交汇入渗相对自由入渗的减渗率均随入渗时间的增长而增大,多向交汇入渗相对单向交汇入渗也存在减渗作用,3条减渗率曲线的变化率随着时间的增长而逐渐减小。     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

黄丘区野外坡面产流产沙过程对不同植被覆盖结构的响应

植被覆盖结构是影响坡面侵蚀过程的重要因素,通过在黄丘区罗玉沟流域开展自然植被覆盖坡面野外模拟降雨试验,分析了90 mm/h雨强条件下地下根系、地下根系+地表结皮层和地下根系+地表结皮层+植被冠层3种不同覆盖结构对坡面产流产沙过程影响。结果表明:植被根系层次对增强土壤入渗起主导作用,使土壤入渗量增加67%,稳定入渗率增加39.7%;3种植被覆盖结构中,地表结皮层对产流和产沙具有最好的调控作用,减流贡献率和减沙贡献率分别为43%和67%;根系小区和裸地小区累积产流量与累积产沙量之间呈幂函数关系,随着植被覆盖结构的叠加,累积产流量与累积产沙量之间呈线性函数的关系;多层次植被覆盖结构能够延长坡面侵蚀过程的发育期,缩短活跃期。研究结果对定量评价植被措施的减水减沙作用具有重要意义。     

浑水含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响

为研究浑水膜孔灌条件下含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内膜孔入渗试验,设5个含沙率水平(0、3%、6%、9%、12%),观测累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分以及NO-3-N和NH4+-N运移变化特性。结果表明:浑水含沙率越大,湿润锋运移距离越小,相同入渗历时内湿润体体积和高含水率区域越小,湿润体内同一位置处土壤含水率越小。单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间符合Kostiakov模型(R2>0.9,P<0.01);随着浑水含沙率的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数基本不变。垂直湿润锋运移距离和减渗率均与入渗时间呈极显著的幂函数关系,含沙率对减渗率的影响主要是通过对减渗系数的影响来实现。湿润体土壤NO-3-N和NH4+-N含量随着浑水含沙率的增大而减小,且在膜孔中心附近区域其含量均较高。土壤NO-3-N主要集中分布在湿润半径10 cm范围内,湿润体水平方向及膜孔垂向土壤NO-3-N含量均随着距膜孔中心距离的增加而降低;而土壤NH4+-N主要集中分布在湿润半径5 cm范围内,湿润半径5~10 cm范围内的土壤NH4+-N含量随着土壤深度的增加而降低。研究结果可为进一步深入研究浑水膜孔灌肥液入渗提供理论依据。     

地面覆盖条件下雨强和坡度对红黏土坡面侵蚀过程的影响

为揭示地面覆盖条件下第四纪红黏土坡面在不同雨强和坡度时的侵蚀变化规律,选取3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min)和3个坡度(10°,15°,20°),通过人工模拟降雨试验,分析坡面产流、产沙、入渗特征,并以15°为例计算覆盖坡面的减流减沙效益。结果表明:(1)坡面产流时间随雨强和坡度增加而提前,覆盖对产流时间有明显的滞后作用,雨强的增加会削弱覆盖延缓产流的作用;坡面径流率呈现前期增长,后期趋于稳定的变化特征;(2)当坡度一定,雨强从1.0 mm/min增加至2.0 mm/min,累积侵蚀量增加1.89～2.96倍;雨强一定,坡度从10°增加至20°,累积侵蚀量增加1.91～3.45倍;(3)坡面初始入渗率和入渗总量随坡度的增加而减小,而雨强的增大会增加坡面初始入渗率,减少入渗总量;(4)15°条件下覆盖坡面的径流量和泥沙量较裸坡平均减少50.26%和95.31%,松针覆盖的水土保持效益显著,且减沙效应大于减流效应;(5)坡度对覆盖坡面累积产流量和累积产沙量的影响程度大于雨强,不同雨强、坡度下累积径流量与累积产沙量呈现幂函数关系(R~20.97)。研究结果可为南方红壤丘陵区林下水土流失治理与生态恢复提供参考。     

南方红壤区坡面次降雨产流产沙特征

研究坡面次降雨土壤入渗及产流产沙特征,对于坡地水土流失防治及水土资源管理利用具有重要意义.基于广东省五华县水土保持试验推广站野外径流场2014年的观测数据,研究不同下垫面条件下坡面入渗及产流产沙特征.次降雨入渗量与地表植被盖度间存在显著相关关系(P ＜0.05,R=0.95).入渗量随降雨强度增加,呈先增后减的变化趋势,存在入渗量达最大值的临界降雨强度;人工林及灌草地临界降雨强度为19.9 ～ 27.8 mm/h,均高于自然撂荒地.次降雨径流深和土壤流失量与地表植被盖度间,存在显著负相关关系(P＜0.05),相关系数超过0.9.土壤侵蚀率随径流系数呈幂函数增加趋势,径流中泥沙浓度随径流系数、降雨侵蚀力呈对数函数增加趋势,土壤流失量随降雨侵蚀力及次降雨径流深均呈线性递增趋势.次降雨径流深20 mm为土壤流失量变化拐点,径流深超过20 mm后,土壤流失量随径流深递增速率较快.     

不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性

根据室内浑水膜孔灌单向交汇入渗试验资料,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性;建立了浑水膜孔灌单向交汇入渗参数、单向交汇时间、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、自由面和交汇面湿润锋运移模型。结果表明:随着膜孔直径增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量逐渐减小;单位膜孔面积累积入渗量的K值随着膜孔直径的增大而减小,α随着膜孔直径的增大而逐渐增大;在膜孔间距一定的情况下,入渗发生交汇的时间随着膜孔直径的增大而减小;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,自由面和交汇面垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。     

草被覆盖下坡面径流入渗过程及水力学参数特征试验研究

利用人工模拟降雨试验,定量研究了在90 mm/h降雨强度下20°陡坡面不同被覆条件下(80%,60%,40%,20%)苜蓿草地的产流产沙入渗变化规律.分析了草地侵蚀产沙的水力学参数特征.试验结果表明,不同草被覆盖条件下草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系,随着草地覆盖度的减小而增大.随着草被覆盖度的增加,坡面径流量呈减小的趋势,草地人渗率呈增加的趋势,草被坡面径流量和入渗率呈明显负线性相关.分析了不同草被覆盖条件下草地的坡面水流平均流速、水力半径、雷诺数、弗罗德数和阻力系数特征,从水力学角度揭示了不同覆盖度草地的拦沙效应.     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞...     

基于HYDRUS模型渠道渗漏模拟及影响因素分析

为探明影响有压入渗渠道渗漏的主要因素,采用恒水位静水试验的方法开展渠道渗漏试验,试验设置8个入渗水头,探究不同水深情况下渠道的累积入渗量及入渗速率的变化规律,并选用HYDRUS-2D软件进行模拟分析。结果表明:实测值与模拟值的变化规律基本吻合,入渗速率的RMSE值为0.003 6~0.376 3 cm/h,累积入渗量的RMSE值为0.001 7~0.300 9 m^3,R^2的值均达到0.9以上,说明选定的土壤水分运动方程合理,选取的相关参数值合适,用于渠道渗漏评价是可行的。采用HYDRUS-2D模型野外拓展试验对渠道水深、底宽及边坡系数进行影响分析,渠道水深的变化对入渗速率的影响较大,而渠道底宽、边坡系数的变化对入渗速率的影响较小。渠道水深、底宽及边坡系数对累积入渗量的影响均呈现极显著相关(P<0.01),对累积入渗量的影响程度大小为渠道水深>渠道底宽>边坡系数。其中渠道底宽和边坡系数的交互作用对累积入渗量的影响并不显著(P>0.05),渠道水深和边坡系数的交互作用对累积入渗量的影响呈极显著相关(P<0.01),渠道水深和底宽的交互作用对累积入渗量的影响同样呈极显著相关(P<0.01)。研究结果为探明渠道水分入渗规律、改进渠道防渗技术及开发新的的渠道渗漏损失计算方法等提供参考。     

涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究

为了研究涌泉根灌肥液入渗特性及湿润体水氮运移的变化规律,在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验。结果表明:累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数关系(R20.9,P0.01);涌泉根灌入渗能力与增渗效果均随肥液浓度增大而增大;水平湿润锋与竖直湿润锋运移距离均随肥液浓度增大而增大,且均与入渗时间呈显著的幂函数关系,水平方向和竖直方向的湿润锋运移距离的拟合值与实测值的相对误差在–3.84%～5.20%以内。肥液浓度的不同对于湿润体大小略有影响。提出了涌泉根灌肥液入渗湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N浓度分布的数学模型,即在一定浓度范围内,单位含水率的变化可引起的肥液浓度变化,且模型的计算精度较高(模拟值与实测值相对误差在10%以内),并符合湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N分布规律,可对不同位置处土壤含水率及NH_4~+-N含量进行估算。水分分布情况对肥液浓度条件敏感性较低,NH_4~+-N分布情况对肥液浓度条件敏感性较高。研究可为涌泉根灌水肥高效利用提供参考。     

浑水入渗机制及模拟模型研究

泥沙的沉积会改变土壤表面特性、影响土壤的入渗特性。但目前对此问题仅是通过实验研究,未形成具有物理机制的计算土壤入渗过程的模型,不利于根据现代土壤物理方法描述浑水入渗过程。该文通过对浑水入渗特性和浑水入渗规律的分析,对现有的Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ入渗模式进行改进,将泥沙沉积对入渗的影响归结为对湿润锋平均吸力的影响。这样有利于利用现有清水入渗模式来计算浑水入渗过程。并且利用室内模拟实验资料对模型进行检验,检验结果表明该模型是合理的。     

解冻期坡面降雨入渗特征及模拟试验研究

通过室内人工模拟降雨试验和水量平衡方法,研究解冻期坡面降雨入渗规律。试验处理包括4个初始解冻深度(0,2,4,6cm)和3个降雨强度(0.6,0.9,1.2mm/min)。结果表明:(1)在坡面的降雨入渗过程中,随降雨历时的延长,入渗率呈由高到低的变化,波动性明显;(2)坡面初始入渗率受降雨强度的影响较大,0.9,1.2mm/min雨强下的初始入渗率显著大于0.6mm/min下的初始入渗率(p0.05);不同初始解冻深度下的稳定入渗率相差较小,平均入渗率的变化趋势与稳定入渗率的变化趋势相似,均随初始解冻深度的增加呈现先减小后增大,临界解冻深度为4cm;初始解冻深度为6cm时的累计入渗量显著大于解冻深度为0,2,4cm的累计入渗量(p0.05);累计入渗量在0.6mm/min雨强下随初始解冻深度的增加而增加,而在0.9,1.2mm/min雨强下呈先减小后增大的变化趋势,临界解冻深度分别为2,4cm;(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、蒋定生模型和Philip模型对试验结果进行模拟后发现,Horton模型最能反映解冻期坡面土壤降雨入渗的特征。研究结果可为揭示解冻期产流机制变化以及土壤侵蚀规律提供参考。