赣南崩岗的发育阶段及部位对土壤水力性质的影响

为探究赣南典型崩岗侵蚀区不同发育阶段崩岗对土壤水力性质的影响,采用圆盘入渗仪对3种不同发育阶段崩岗(初期、活跃期和稳定期)以及3个部位(集水区、边坡和沟道)的土壤进行了4个压力水头(0、-3、-6和-9 cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,崩岗发育阶段和部位显著影响着土壤的理化性质。随着压力水头的减小,3种不同发育阶段崩岗的土壤稳定入渗率逐渐减小,土壤砂粒含量显著影响土壤的入渗参数。3种不同发育阶段崩岗与土壤导水率和Gardner常数α之间差异不显著。除了-9 cm压力水头下的导水率以外,崩岗的部位显著影响土壤导水率和Gardner常数α值。不同发育阶段崩岗的大孔隙对水流贡献率随着崩岗受侵蚀程度的增加而增加,不同发育阶段崩岗各部位土壤大孔隙、中等孔隙2以及小孔隙对水流贡献率影响显著,其中活跃期崩岗沟通处大孔隙对水流的贡献率最高。研究结果可为南方不同发育阶段崩岗的土壤侵蚀过程提供一定的参考。     

基于负水头下土壤水分一维水平运动理论与实验研究

基于Gardner表征的土壤水分特征曲线和Russo表征的非饱和土壤导水率形式,推导了负水头下水分入渗累计入渗量、入渗率、湿润峰以及入渗时间之间的理论关系,分析了负水头下水分入渗土壤含水量剖面分布以及剖面含水量的预测。并利用实验的数据验证了这些变量的关系,验证结果表明这些关系是合理的。     

负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性研究

通过室内模拟试验研究了3种土壤在不同负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性,并基于Brooks-Corey模型,结合非饱和土壤水动力学方程,推导分析了负水头条件下土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率、湿润锋以及入渗时间之间的理论关系,并利用入渗试验资料检验了这些变量关系。同时,验证了Philip入渗公式在负水头条件下的适用性。研究结果表明:这些理论关系可以很好地描述负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性。     

岩溶山地植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征及其影响因素

退耕还林还草工程实施后岩溶山地林草植被结构明显改善,研究植被恢复中碳酸盐岩红土入渗特征对岩溶生态恢复有重要意义。采用盘式入渗法在不同植被覆盖(荒草、灌草丛和乔木)下分别测定不同负压水头(-0.5,-3,-6,-15 cm)的水分入渗特征,计算不同负压下非饱和导水率、土壤孔隙分布常数、各孔隙级别对水流的贡献率,明确不同植被覆盖碳酸盐岩红土入渗特性差异。结果表明:不同水头条件下荒草、灌草丛和乔木地的土壤稳渗率均随负水头增大而递增,且碳酸盐岩红土入渗达到稳渗状态所需时间较长(约120 min),在低水头下荒草地土壤稳渗率最大(0.17 mm/min),而在高水头下乔木地最大(9.17 mm/min);荒草、灌草丛和乔木地土壤饱和导水率K_s差异极显著(P0.01),乔木地土壤饱和导水率达到最大(4.62 mm/min),而K_3、K_6、K_(15)和Gardner α差异不显著,碳酸盐岩红土饱和导水率K_s仅受土壤有机质含量和土壤电导率控制;乔木地土壤大孔隙数量及其占比显著大于灌草丛与荒草地(P0.05),碳酸盐岩红土导水性能主要受土壤大孔隙对水流的作用控制(70%)。研究结果可为西南岩溶山地生态恢复和水资源承载力分析提供数据支撑和理论依据。     

基于两组负水头入渗数据推求Brooks-Corey模型中的参数

非饱和土壤水分运动和溶质运移的研究需要准确的土壤水动力特性信息，然而土壤水动力特性的测定往往费时费力且较难。该研究假设土壤水力动力特性可用Brooks-Corey模型来描述，结合Darcy定理和质量守恒推导了基于两组负水头下入渗数据来估计Brooks-Corey模型参数的方法。利用负水头下一维土壤水分运动中累计入渗量和湿润峰之间的关系实现了参数的求解，大量的数值模拟数据检验了该方法，并与Wang的方法进行了比较和分析，结果表明本研究提供了一种简单而且精确的确定土壤水动力参数方法。     

入渗水水质对土壤导水特性影响的试验研究

为探究不同入渗水水质对土壤导水特性的影响,采用圆盘负压入渗法进行试验研究,选取两种水质(蒸馏水和自来水)对黄壤和红壤进行4个压力水头(0,-3,-6,-9cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,随着入渗水电导率的增大,土壤入渗率、吸渗率及导水率均随之增大,且红壤在不同电导率的入渗水作用下土壤吸渗率的变化差异显著(P0.05)。在低水头压力下,两种水质入渗条件下测得的土壤导水率差异显著(P0.05);在高水头压力下,两种水质入渗下测得土壤导水率差异不显著,表明入渗水水质对土壤导水率的影响主要发生在低压力水头下即在细孔隙下的导水特性上。两种土壤的大孔隙与中等孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而增大,而小孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而减小,入渗水水质对红壤土不同级别孔隙水流贡献率的影响显著(P0.05)。研究分析相关参数的变化有利于探讨野外试验时入渗水水质对试验结果的影响,对于正确认识农田水文过程、开发利用劣质水资源、提高农业灌溉灌水质量和灌水效率等具有重要意义。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力人渗仪(盘径d=20 cm,负压h0=-5 cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究.结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别.以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差.旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小.而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加.荒地15-30 cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积人渗量均较30-45 cm层低.土壤容重,孔隙度与土壤人渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**.各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性.     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

两种非饱和导水参数推求方法在紫色土上的应用

土壤非饱和导水参数的难于获取,限制了非饱和水流数值模拟技术的实际应用。本研究选择颇具代表性的土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法两种方法,分别推求不同质地紫色土导水参数,并进行了分析比较。结果显示,土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法,推求的非饱和导水率与计算值均具有较好的一致性。鉴于土壤水分特征曲线的易测优势和简单入渗法实验简便省时特点,采用这两种方法进行紫色土非饱和导水参数的推求或预报是可行的。     

根据土壤水平一维入渗推求紫色土水动力学参数

选择3种不同质地的紫色土,通过室内土壤水平一维入渗试验,探讨简单入渗法和入渗特性法推求水动力学参数对于紫色土的适用性。结果显示,简单入渗法和入渗特性法推求的水动力学参数中,水分特征曲线准确性较高,水分扩散率和非饱和导水率准确性较差。简单入渗法推求的水分扩散率和非饱和导水率均低于实测值1～2个数量级,但推求值与实测值曲线趋势较为一致。入渗特性法推求的水分扩散率和非饱和导水率在高含水量小于实测值,在低含水量大于实测值,推求值随含水量变化趋势响应缓慢。     

利用圆盘入渗仪推求含碎石土壤饱和水力传导度(英)

在模拟土柱中，利用圆盘入渗仪对碎石对土壤饱和水力传导度的影响进行了分析。结果表明：含碎石土壤饱和水力传导度可以通过对不同负压下土壤稳定入渗速率进行非线性回归获得。含碎石土壤饱和水力传导度与去除碎石后的土壤饱和水力传导度及碎石形状指数密切相关。试验中含碎石土壤的饱和水力传导度随碎石含量的增加而呈指数降低趋势。     

亚热带土壤导水特征对钠盐溶液浓度的响应

再生水中高浓度钠盐溶液入渗对土壤水力特性的影响是长期低质水灌溉引起土壤生态环境退化的关键问题之一。该文采用定水头渗透法、一维水平土柱吸渗法测定不同浓度钠盐溶液条件下亚热带地区黏性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土、紫色土共5种土壤的水动力学参数,分析了土壤理化性质和钠盐溶液浓度对土壤导水特征的影响及其作用机制。结果表明:土壤粉粒、交换性钙及交换性镁含量具有促进土壤水分运动的作用,而土壤黏粒、交换性铁及交换性铝含量则表现出抑制作用。与蒸馏水处理相比较,钠盐加快了土壤水分黏性潮土、沙性潮土及水稻土中的土壤水分运动速率,分别可最高提升其土壤水分扩散率为22.0%、37.3%、39.7%;钠盐减缓了红壤和紫色土的水分扩散速率,溶液钠盐浓度越高,其抑制作用越明显。土壤饱和导水率随溶液盐浓度升高呈先降后升的趋势,1~10 g/L钠盐浓度范围内土壤饱和导水率与钠盐浓度具有良好的抛物线关系(R^2>0.807),各土壤导水率最小极值点的钠盐浓度在5 g/L左右。因此,再生水灌溉利用时其盐浓度适度控制低于其极值点浓度。     

A relatively simple scaling method for describing the unsaturated hydraulic functions of stony soils

Few if any methods exist to estimate the effects of stone content (stoniness) on the unsaturated soil hydraulic properties. A relatively simple scaling method is presented to estimate the hydraulic conductivity of unsaturated stony soils having different stone contents. A key assumption of the method is that van Genuchten's water retention parameters α and n of the fine soil fraction are the same as those of the stony soil. The method further assumes a linearly decreasing relationship between the saturated hydraulic conductivity and the stone content, based on previous numerical simulations. Using the proposed method, it is possible to calculate the hydraulic conductivity of unsaturated stony soils, knowing the saturated hydraulic conductivity of the fine soil fraction, the retention curve of the fine soil fraction, and the particular stoniness of the soil.     

非饱和土壤导水参数的推求

本文根据一维非饱和土壤水分的垂直入渗再分布和水平扩散再分布,采用土壤湿润剖面平均湿度和湿润锋湿度之间函数关系的三种形式,分别推导出非饱和土壤导水率,水分扩散率,比水容量的解析表达式,解析表达式中仅有四个独立参数,均可通过实验数据的简单拟合而得到.与其它方法相比,这种新的推求方法具有花费少、准确度高和测定范围大等特点.     

Measuring near‐saturated hydraulic conductivity of soils by quasi unit‐gradient percolation—1. Theory and numerical analysis

The saturated and near‐saturated hydraulic conductivity of soils, k_u, is a sensitive indicator of soil structure and a key parameter for solute transport and soil aeration. In this contribution, we present and numerically investigate a double‐disk method to determine k_u in the laboratory by steady‐state percolation at different suction steps. Tension infiltration of water takes place at the top of a soil column through a porous disk with a smaller diameter than the soil sample. This leaves part of the soil surface open and ensures a proper soil ventilation. Drainage takes place at the base through a porous disk with the full diameter of the soil column at exactly the same tension as applied to the top boundary. Since the infiltration area is less than the percolation area, the water flow diverges and the equality of steady flow rate and hydraulic conductivity, which characterizes the standard unit‐gradient experiment, is no longer valid. To develop a general relationship between observed steady flow rate and unsaturated hydraulic conductivity, the experiment was simulated with the Richards‐equation solver HYDRUS 2D/3D, for twelve different soil classes. We found for tensions in the range 1 cm < 10 cm, an infiltration disk diameter of 4.5 cm diameter and a sample diameter of 8 cm diameter that the flux rate at any given tension was about 0.7 times the respective hydraulic conductivity, with an error of less than 10%.     

不同入渗水头条件下的Green-Ampt模型

在蓄水坑灌灌水时,蓄水坑内入渗水头的增加会改变入渗界面土壤结构性状,从而导致土壤水分入渗特性发生变化。为了能够模拟不同入渗水头作用下的入渗过程,该文在分析入渗水头对水分入渗影响的机制基础上,将入渗水头对入渗的影响归结为对概化饱和区导水率的影响,建立了能够模拟不同入渗水头对入渗影响的改进Green-Ampt模型。在室内进行了不同入渗水头入渗试验对改进后的Green-Ampt模型进行验证,结果表明不同入渗水头条件下不同时刻对应入渗率的Green-Ampt模型计算值和试验实测值吻合较好,改进的Green-Ampt模型可以有效地模拟不同入渗水头条件下的入渗过程。     

小碎石与细土混合介质的导水特性

含碎石土壤的导水性质研究有利于这种多孔介质水分运动的模拟。本文采用室内定水头法和离心机法分别测定两种质地土壤(壤土、黏壤土)和三种岩性小粒径(2~10 mm)碎石构成的土石混合介质的饱和导水率和水分特征曲线,采用van Genuchten-Mualem模型计算各土石介质的非饱和导水率,分析碎石对土壤导水能力的影响。试验结果显示,风化程度低的碎石对黏壤土具有明显的增大饱和导水率的作用,且碎石含量愈高,增加的效果愈明显;而风化程度高的碎石对土壤结构无明显的改善作用,且对黏壤土具有减小饱和导水率的作用。风化程度低碎石介质的非饱和导水率随土壤水吸力的增加呈现了先大于土壤和土石介质的后迅速减小到低于土壤和土石介质的变化过程。风化程度低的河卵石和风化程度高的粉泥页岩碎屑分别构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的低,而风化程度中等的片麻状花岗岩碎块构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的高。近饱和状态下,碎石含量高的土石介质的非饱和导水率也相应的高,而较大的土壤水吸力下,土石介质的非饱和导水率呈现随碎石含量的增大而减小变化趋势。试验结论可为含碎石土壤水分平衡研究提供参考。