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。     

科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征比较研究

[目的] 探究科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征的差异,为干旱—半干旱区包气带水分与物质运移等相关研究提供科学参考。[方法] 利用双环入渗仪野外实测和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地具有代表性的8种土地利用类型(樟子松林地、小叶锦鸡儿林地、白柠条林地、撂荒草地、草甸草地、疏林草地、玉米农田以及裸沙地)土壤入渗特征及其影响因素,同时采用Kastiakov模型、Horton模型、Philip模型和G-P综合模型对其水分入渗过程进行了拟合,比较其拟合优度。[结果] ①不同土地利用类型土壤入渗特征存在显著差异,初始入渗率变化范围为1.595～12.020 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>草甸草地>撂荒草地>疏林草地;15 min入渗率变化范围为0.617～3.690 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>玉米农田>撂荒草地>草甸草地>疏林草地;土壤稳定入渗率变化范围为0.576～3.495 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>小叶锦鸡儿林地>樟子松林地>撂荒草地>草甸草地>疏林草地; ②不同土地利用类型入渗率与土壤容重、细砂含量呈极显著负相关,与中砂含量呈极显著正相关;稳定入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关; ③各模型对科尔沁沙地土壤入渗过程的拟合优度依次为：Horton模型>G-P综合模型>Kastiakov模型>Philip模型,其中Horton模型决定系数最高且相对误差最小,能更准确地模拟科尔沁沙地土壤入渗的实际情况。[结论] 科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征存在差异,土壤性质对其入渗特征影响显著;Horton模型在科尔沁沙地拟合度较高,可应用此模型来估算水分入渗过程。     

贺兰山西麓绿洲土壤水分的入渗特性

[目的]研究贺兰山西麓腰坝绿洲土壤水分入渗特性,为当地合理利用水资源和农田灌溉提供理论依据。[方法]在当地选取21个试验点进行野外双环入渗试验,利用不同入渗公式对实测结果进行拟合,并通过多元分析及地统计学方法分析土壤水分入渗特性。[结果]Horton公式的拟合结果相关系数高达0.963,相对误差与均方根误差分别仅为4.09%与0.046 mm/min,拟合精度要优于Philip公式与Kostiakov公式,且模型参数具有较好的物理意义。土壤质地对入渗过程有显著性影响,土壤中含砂量越高,入渗速率越大,达到稳定所需时间越短,而土壤容重与初始含水率则分别对累积入渗量及初始入渗率有一定影响。稳定入渗率最大值约为最小值的12倍,变异系数高达0.677,且由东北向西南呈现递减的趋势。[结论]Horton公式适用于描述腰坝绿洲土壤水分入渗过程,土壤性质差异对入渗过程有较大影响,同时在空间上入渗率也存在较强变异性。     

工程堆积体入渗特征及入渗模型适宜性评价

以重庆市城镇建设和交通枢纽工程形成的典型工程堆积体为研究对象,采用野外双环入渗法对工程堆积体入渗特征、影响因素及入渗模型适宜性进行研究,筛选重庆市典型工程堆积体最优入渗模型。结果表明:(1)工程堆积体初始入渗率可达23.20mm/min,随着入渗时间的延长,入渗速率逐渐降低,30min瞬时入渗率为2.38~11.32mm/min,稳定入渗率为1.81~9.05mm/min;(2)工程堆积体的初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、30 min入渗率、60 min入渗率和渗透总量均表现为中等变异,变异系数为36.42%~57.49%;(3)工程堆积体初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和渗透总量与容重和含水率均呈负相关关系,与总孔隙度呈正相关关系;稳定入渗率、平均入渗率和渗透总量与60~40,40~20,20~10,10~5mm碎石含量呈负相关关系,与5~2mm碎石含量呈正相关关系;(4)不同工程堆积体回归模型的拟合效果存在差异,其决定系数R2依次为Kastiakov模型(0.899)通用经验模型(0.893)Horton模型(0.870)Philip模型(0.867),Kastiakov模型拟合效果优于通用经验模型、Horton模型和Philip模型,可以较好地模拟和预测重庆市工程堆积体入渗过程和入渗能力。     

敦煌阳关西土沟流域高含沙洪水河道入渗特征分析

为明确无控制性工程地区的洪水入渗过程,提高洪灾防治能力和洪水资源化利用程度。选取敦煌阳关西土沟流域下游高含沙洪水河道,通过野外试验和实验室样品测定,测算了该河道下游上段到下段河床断面不同压力水头下的导水率,拟合得到饱和入渗速率,并通过实验室测样得到不同深度的饱和入渗速率,分析河床断面不同位置和不同深度土层的饱和入渗速率的变化规律。结果表明:饱和入渗速率:上段(0.003 1 cm/s)中段(0.002 9 cm/s)下段(0.002 6 cm/s);0—120 cm不同深度的饱和入渗速率上段大于中下段,中段和下段不同深度饱和入渗速率差异较小。整体上,河床两侧饱和入渗速率随深度的增加呈增大趋势,河床中心饱和入渗速率随深度增加呈减小趋势,主要是高含沙洪水流动时泥沙沿程分选沉积造成的。粗颗粒泥沙先沉积,细颗粒泥沙后沉积导致的上下段泥沙沉积层的孔隙度差异引起饱和入渗速率在河床断面和上下段以及不同深度的变化规律。由不同压力水头下测定的地表入渗速率来表征不同洪水水位下的入渗速率,经过趋势拟合发现随洪水水位升高,地表入渗率呈线性增长。     

不同土地利用方式峰丛坡地土壤入渗特征及其模拟

喀斯特峰丛坡地的水土过程基础研究相对短缺,阻碍了相关土壤水文机理认识和适合该区模型的构建。为探明峰丛坡地上土壤入渗性能及变化过程,提出适合峰丛坡地的土壤入渗模型,通过室内一维垂直入渗试验,研究了峰丛坡地上不同土地利用方式土壤的初渗率、稳渗率及平均入渗率,并利用Horton,Philip,Kostiakov及经验通用模型拟合其入渗过程并进行评价。结果表明:(1)峰丛坡地上灌木林地的土壤砂粒含量约占50%以上,土壤渗透性能较强,而梯田旱地黏粒含量较高、有机质含量低,土壤渗透性能较差。(2)不同土地利用土壤前期入渗率均较高,为1.33～3.17cm/min,随后入渗速率急剧下降82.2%～96.2%,在20min左右达到稳定入渗率。灌木林地的前期入渗率下降幅度最大,而裸石地和梯田旱地相对缓慢。(3)Horton模型适宜于描述喀斯特峰丛坡地的土壤入渗过程,Horton模型的初始入渗率和稳定入渗率与实测值较为接近,而Kostiakov和Philip模型的拟合值与实测值存在差距。本研究为进一步认识峰丛坡地土壤水分入渗机理及构建入渗模型提供了理论依据。     

容重对铁尾矿水分运移特征的影响

[目的]探究紧实度对铁尾矿水分运移特性的影响,为铁矿区水土保持及植被恢复提供科学依据。[方法]采用室内一维土柱试验和张力计法,分别测定1.50,1.55,1.60,1.65,1.70g/cm~3这5个容重水平下的入渗过程及水分特征曲线。[结果](1)随着容重增加,铁尾矿入渗能力降低,容重与稳渗率、湿润峰距离、累积入渗量呈显著线性负相关关系(p0.05);(2)铁尾矿剖面水分含量随土层深度的增加而下降,1.50～1.60g/cm~3含水量在不同深度上分层明显,1.65和1.70g/cm~3尾矿砂剖面含水量分异性较小;(3)Green-Ampt模型拟合铁尾饱和导水率与实测值相关系数为0.886,计算精度较高,Kostiakov模型拟合不同容重铁尾矿入渗过程效果最佳(R~2=0.989);(4)铁尾矿在脱湿过程中,高容重下持水能力明显下降,1.60g/cm~3持水保水性最好,van Genuchten模型拟合水分特征曲线表明,饱和含水率(θ_s)、残余含水率(θ_r)、进气值(α)、形状系数(n)等参数随容重增大而减小。[结论]高度压实严重抑制铁尾矿水分入渗和持水能力,因此复垦修复中应以疏松尾矿基质改善结构特性为主。     

辽河源典型森林类型的土壤水文效应

[目的]研究辽河源地区典型森林类型林下土壤的水文效应,为辽河源森林生态系统健康的监测和评价提供理论佐证。[方法]选取典型森林类型,采用不同入渗模型拟合各森林类型土壤的入渗过程。[结果](1)土壤容重变化范围为1.21~1.56g/cm3,油松中龄林最大,山杨成熟林最小;土壤总孔隙度变化范围为41.26%~54.38%,山杨成熟林最大,油松中龄林最小;(2)山杨成熟林土壤蓄水能力最强,为1 087.56t/hm2;油松中龄林土壤蓄水能力最小,为825.17t/hm2;(3)山杨成熟林稳渗速率最大,为1.33mm/min;(4)霍顿(Horton)入渗模型和菲利普(Philip)入渗模型能较好地反映各森林群落土壤入渗过程,但通用幂函数模型拟合结果较差。[结论]不同森林类型土壤均表现出随着土层深度的增加容重逐渐增加的现象,阔叶林林下土壤蓄水能力要强于针叶林,通过比较认为可以利用霍顿(Horton)模型作为研究该区森林土壤水文功能的重要手段。     

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。     

城市绿地空间径流下渗与海绵设施参数研究

[目的] 对城市绿地空间径流下渗特性与海绵设施参数进行研究,为城市建成区绿地空间海绵设施构建提供理论支持。[方法] 以江西省南昌市为例,通过土壤颗粒级配和SPAW(Soil-Plant-Air-Water)模型演算获取土壤特性参数;利用单环现场实测结合Matlab拟合霍顿(Horton)入渗公式,获取初始、稳定入渗率与衰减系数;通过HYPROP2与HYPROP-Data Evaluation Software(HYPROP-DES)测定土壤水张力以及非饱和导水率。[结果] 现场入渗开始5～10 min后基本达到稳定入渗过程,且稳定入渗率大部分低于100 mm/h;入渗过程受水文土壤分组差异以及人为扰动等影响较大;土壤在完全饱和状态下约需7 d可以恢复到初始状态的下渗速率;基于RECARGA模型构建了海绵城市理念下绿地空间海绵设施改建技术路线。[结论] 3种方法推演绿地土壤下渗过程可提高海绵设施关键参数设计精度。模型演算过程需考虑初始含水率与现场因素影响。     

Green-Ampt模型与Philip入渗模型的对比分析

土壤入渗是田间水循环的重要组成部分,国内外学者提出了具有不同特点和用途的入渗模型。该文通过对比分析了具有明确物理意义的Philip入渗模型和Green-Ampt入渗模型,建立了两模型参数间的内在关系,并利用一维垂直入渗实验资料对理论关系进行了比较。发现Philip入渗模型对参数精度要求较高,而Green-Ampt入渗模型对参数要求较低     

基于信息熵方法的土壤水分入渗方程试验研究

对沙壤土、黏壤土进行水分入渗试验,确定4种熵方程(E-Horton、E-Kostiakov、E-Philip、E-GreenAmpt)系数并标定了一般方程(Horton、Kostiakov、Philip、Green-Ampt)系数。根据所得到的方程计算相应的入渗率,并与试验观测数据进行比较。结果表明:在沙壤土中,E-Horton、E-Kostiakov、E-Philip方程能较好地反映土壤水分入渗规律,E-Green-Ampt方程高估了土壤水分入渗率。在黏壤土中,4种熵方程拟合效果均较差。与一般方程比较,基于信息熵方法的土壤水分入渗方程更适于沙质土壤,因为该方法不需要标定方程的参数,简便可行,而且较好地反映了参数的物理意义,为优化灌溉提供理论依据。     

腾格里沙漠宁夏回族自治区中卫市沙层水分入渗研究

为查明腾格里沙丘沙层水分渗透性及其原因,在该地区进行了沙层水分入渗试验。结果表明,在稳定前,流动沙丘入渗率最大,半固定沙丘次之,洼地最小。在达到稳定入渗后,半固定沙丘的入渗率较流动沙丘略大,洼地则最小,它们的平均稳定入渗率分别为16.8,16.2,12.0 mm/min。不同地貌类型的沙层达到稳定入渗的时间在6.3～8.8 min之间。流动沙丘与半固定沙丘水分入渗量基本相同,入渗量均较大,洼地入渗量最小。沙层具有入渗率高,达到稳定入渗快和入渗率变化小的突出特点,沙层粒度较粗,组成均一和孔隙连通性好,是其主要原因。沙层入渗率高为沙漠地区大气降水向地下水的转化创造了非常有力的条件。研究结果表明,在常用的3个入渗计算公式中,Koctakob公式最适用于沙丘水分的入渗研究,Horton公式也较适用沙层水分的入渗研究,通用经验公式不适于沙层水分的入渗研究。     

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。     

聚丙烯酸钠对3种土壤质地入渗特征的影响

 采用一维垂直积水入渗法,分析聚丙烯酸钠在4种质量分数（0、0.08%、0.20%与0.50%）处理下对砂土、壤土和黏土水分入渗性能以及Kostiakov入渗模型参数的影响。结果表明:聚丙烯酸钠与土壤质量比在0.08%0.50%范围内时,3种土壤质地入渗速率都随时间推移呈下降趋势,土壤入渗能力随聚丙烯酸钠质量分数的增大明显降低;聚丙烯酸钠显著抑制土壤入渗能力;入渗系数k随聚丙烯酸钠用量的增加而下降;入渗指数a值随聚丙烯酸钠用量的增加基本呈上升趋势;k/a值对聚丙烯酸钠的响应随聚丙烯酸钠质量分数的增加逐渐增强。     

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法.蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的.该文通过室内试验,对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势;入渗水头对入渗指数也有一定的影响,但其变化范围较小.这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值.     

入渗水头对土壤水平一维入渗影响初探

蓄水坑灌法是一种适用于我国北方山丘区果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤水分入渗是在变水头条件下进行的。本文着眼于研究蓄水坑的侧向水平入渗,通过室内试验,对水平土柱在不同水头作用下的土壤入渗状况进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,对入渗指数有一定的影响,入渗系数和入渗指数均随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势。这一研究成果对进一步研究蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性具有重要价值。     

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的。该文通过室内试验，对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究，结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响，入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势；入渗水头对入渗指数也有一定的影响，但其变化范围较小。这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值。     

双环直径对土壤入渗速率的影响

双环法是测定土壤入渗速率最为广泛最为经典的方法,但双环直径可能影响土壤入渗速率测定结果,因其为地表积水有压入渗,在坡地上测定时,因整平地表时会产生很大扰动,从而产生测定误差。研究设计5组不同直径的双环入渗试验,分析双环直径对土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、累计入渗量的影响。结果表明:当双环内环直径分别为15,20,25,30cm时,初始入渗速率分别是常规内环直径为35cm双环的88.3%,110.8%,119.9%,100.7%,稳定入渗率分别是54%,73%,85%,89%。对不同时刻入渗速率进行T值检验发现,用内环直径为20,25,30cm双环测定的入渗过程与常用内径为35cm的双环测定土壤入渗过程无显著差异。考虑地表扰动因素、试验需水量等多因素的影响,可用内环直径20cm、外环直径为35cm的双环替代目前常规内环直径为35cm,外环直径为50cm的双环,用于坡地土壤入渗速率测定,可以减少地表扰动,从而准确测定土壤入渗率,又能节约用水量。