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。     

紫色土丘陵区土壤入渗及其测定方法研究

为了研究紫色土丘陵区林草地土壤入渗规律,并对比不同测定方法间的差异性,采用点源入渗法、双环法和环刀法对其入渗性能进行测定。结果表明:林地土壤入渗过程呈现的规律性比草地的好,且用点源入渗法和环刀法测定进入稳定阶段用时较双环法快1倍以上;采用4种入渗模型对土壤入渗过程拟合的效果表现为Horton模型(R~2=0.953)通用经验模型(R~2=0.941)Kostiakov模型(R~2=0.920)Philip模型(R~2=0.819),且草地的拟合效果比林地的好;林地的初渗速率、稳渗速率、平均入渗速率比草地的大,分别大了21.03%~116%,30.43%~102.56%,26.35%~112.73%;2种地类的初渗速率大小为点源入渗法双环法环刀法,稳渗速率表现为双环法环刀法点源入渗法,平均入渗率则为双环法点源入渗法环刀法;土壤入渗性能各项指标与其理化性质相关性差别较大。点源入渗法在紫色土丘陵区尚属新方法,在研究中应视情况而采用。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。     

祁连山西水林区亚高山灌丛土壤入渗性能研究

利用双环法对祁连山西水林区的亚高山灌丛植被类型(吉拉柳、箭叶锦鸡儿、金露梅、鲜黄小檗、甘青锦鸡儿)进行了土壤入渗性能试验,分析不同灌丛植被对土壤入渗性能的影响。结果表明,不同灌木林土壤蓄水能力和入渗性能存在较大差异,吉拉柳的蓄水能力和入渗性能均好于其它灌丛类型,甘青锦鸡儿最小;不同灌木林土壤的初渗率在3.80~53.93mm/min,稳渗率在0.95~24.12mm/min,总体上是吉拉柳箭叶锦鸡儿金露梅鲜黄小檗甘青锦鸡儿;Kostiakov公式和Horton公式对土壤入渗过程的拟合精度均高于Philip公式;土壤初渗速率和稳渗速率与土壤有机质含量、自然含水量和孔隙度尤其是非毛管孔隙度呈极显著正相关,与土壤密度呈极显著负相关。     

大沽河河床非饱和入渗模型研究

[目的]研究季节性河流大沽河河道包气带入渗过程及入渗参数,建立适宜描述季节性河道入渗模型。[方法]以大沽河上、中、下游3处代表性河床野外垂向入渗试验数据为基础,利用Matlab软件对Horton模型、Kostiakov模型、Philip模型进行拟合,求得模型入渗参数,并评价模型的适宜性。[结果](1)随上、中、下游沙样孔隙度、粒径、渗透系数依次减小,干容重依次增大,其稳定入渗速率依次减小,约为0.006 6,0.004 1,0.002 5cm/s;(2)Matlab软件中Isqcurvefit函数适用于求模型入渗参数;(3)Horton模型对上、中、下游河床入渗过程拟合系数最高。[结论]Horton模型对入渗过程拟合效果最好,且模型参数具有物理意义,适宜描述季节性河床入渗过程。     

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。     

不同亚高山草甸群落类型的土壤入渗特征及影响因素

对卧龙自然保护区不同海拔高度的典型亚高山草甸群落类型(嵩草草甸、狼毒草甸、糙野青茅草甸)的土壤入渗性能进行了对比研究。结果表明,亚高山草甸土壤入渗过程总体上可分为3个阶段,即入渗瞬变阶段(0—5 min)、入渗渐变阶段(5—30min)和稳定入渗阶段(30min后)。在入渗瞬变阶段和渐变阶段,不同群落类型的入渗速率表现为嵩草草甸狼毒草甸糙野青茅草甸。另外,在嵩草草甸的研究表明,随着土层深度增加,土壤入渗速率呈现逐渐递减的趋势。分别运用Philip、蒋定生、Horton、Kostiakov 4种模型拟合了不同亚高山草甸群落类型的土壤入渗过程,表明Horton模型的拟合精度最高。相关分析表明,亚高山草甸土壤稳渗速率与土壤容重存在极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、土壤通气度以及单位面积的地上部分生物量均呈极显著正相关关系。     

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。     

金沙江流域典型森林土壤水分入渗特征试验研究

对金沙江流域典型森林生态系统的土壤水文特征进行了研究。结果表明,研究区不同森林类型的土壤容重随着土层深度的增加而逐渐增大,土壤总孔隙度和毛管孔隙度随土层深度的增加而逐渐减小;土壤水分入渗受土壤容重的影响,随容重增加,稳渗率降低;不同森林类型土壤前120min平均入渗速率介于0.78~2.42mm/min之间,稳渗率介于0.10~0.53mm/min之间;无论是平均入渗率还是稳渗率均表现为:华山松林地滇杨林地圣诞树林地水冬瓜林地荒坡地;土壤入渗的渗润阶段发生在0~5min;渗漏阶段约发生在5~80min;渗透阶段发生在80min以后。采用Kostiakov模型拟合双环入渗法测得的入渗过程效果最佳,其次为Philip模型,而用Horton模型的拟合效果最差。     

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤入渗特征及其影响因素

为研究林分密度对土壤入渗性能的影响,以晋西黄土区5种密度(1 075,1 300,1 575,1 800,2 150株/hm~2)刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)林为研究对象,采用双环入渗法测定其土壤入渗过程,并对入渗特征指标与土壤理化性质的相关性进行分析。结果表明:(1)不同密度刺槐林土壤入渗过程的变化规律一致,均经过瞬间入渗(0～5 min)、缓慢入渗(5～40 min)和稳定入渗(40 min后)阶段。(2)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量在不同林分密度下差异显著(P0.05),不同密度刺槐林土壤入渗能力表现为1 075～1 800株/hm~2,随林分密度增大,土壤入渗能力增强,在密度1 800株/hm~2后有减弱的趋势。故从林地土壤入渗能力角度,建议今后研究区刺槐林的经营密度以1 800株/hm~2为宜。(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型对不同密度刺槐林的土壤入渗过程进行模拟,从决定系数R~2来看,通用经验模型的R~2最大(0.990),故拟合效果最好,可作为晋西黄土区刺槐林土壤入渗过程的预测模型。(4)土壤入渗与土壤理化性质密切相关,不同密度刺槐林的土壤入渗性能与土壤容重呈极显著负相关(P0.01),与有机质和0.25 mm水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P0.01),与孔隙状况和质量含水率也有一定正相关性。     

黑钙土不同土层在两种材质负压渗水器下的吸渗特性

基于–5 k Pa负压灌水条件下的一维垂直水分吸渗试验,分析了陶土和聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料(PVFM)两种材质负压渗水器在黑钙土A、B层的渗水性能,测定累计吸渗量、吸渗率、湿润峰及土壤含水率等指标,并利用它们考察了Kostiakov,Horton、Philip 3种常用的土壤水分吸渗模型及垂直一维非饱和土壤水分运动代数模式描述负压吸渗过程的适用性,进一步比较了不同处理下的模型参数。结果表明:(1)–5 k Pa灌水条件下,PVFM渗水器和陶土渗水器的累计吸渗量没有明显差异,前者能有效替代后者作为负压渗水器;(2)黑钙土B层土壤水分吸渗特性比A层差,同时间内累计吸渗量较少,吸渗率降低速度更快;(3)短时间负压灌溉条件下,不同土层的累计吸渗量与湿润峰、吸渗率与湿润峰倒数、湿润峰平方与时间均存在明显的线性关系;(4)负压灌溉后距离渗水器上下各15 cm范围内,土壤含水率维持于20%~33%范围内,变异系数均在10%左右;(5)拟合结果表明,Kostiakov与Philip模型能很好地描述–5 k Pa负压灌溉下不同处理的水分吸渗特性,而Horton模型描述黑钙土A、B层较长时间的吸渗效果较差。     

长江中上游地区土壤入渗规律研究

利用双环法对长江中上游水土流失严重区的37个县（市）进行原位测试，对其典型土壤的入渗规律进行了系统的研究。结果表明．在长江中上游地区，利用蒋定生公式和Horton公式对土壤入渗过程拟合的精度高于Philip方程和Kostiakov经验公式；土壤稳渗速率与容重呈负相关，与孔隙度、〉0．25mm土壤水稳性团聚体含量、有机质含量以及粉／黏呈正相关关系；不同类型土壤特性不同．而使土壤稳渗速率随土类发生有规律变化．黄壤系列土类最大．然后是石灰土、紫色土．红壤系列土类稳渗速率最小；土壤稳渗速率住长江中上游地区呈现规律性的地域分异。四川盆地以及毕节地区是稳渗速率极高值区，陕南和陇南地区、三峡库区以及丹江口库区是稳渗速率高值区。金沙江下游地区以及湘东赣南红壤丘陵区是稳渗速率一般区．土壤稳渗速率的空间分异与长江流域目前的重点产沙区相对应。     

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。     

黄土丘陵区不同植被恢复对土壤入渗影响及适宜模型研究

研究植被恢复条件下土壤入渗特性及模型适应性，可为流域生态治理和效益评估提供科学依据。以延河纸坊沟小流域为研究区，采用野外单环入渗法和数值模拟法，对比研究不同恢复年限下的刺槐林地、柠条灌木林地、次生草地和农地的表层以下土壤和20 cm以下土壤的水分入渗变化特征，评价4种常用入渗模型在该区域的适应性。结果表明：(1)不同植被恢复地的表层以下土壤入渗过程在渗润阶段与渗漏阶段差异明显，相差4倍以上，20 cm以下的土壤入渗过程则在入渗稳定后的渗透阶段差异明显，相差5倍多；(2)不同植被类型及恢复年限会显著影响土壤入渗特征，整体呈现出林地>草地>农地的规律，并且随着恢复年限的增加，柠条灌木林地和次生草地的入渗能力增强，而刺槐林地入渗能力减弱；(3)Philip方程、Kostiakov方程、Horton方程与蒋定生方程对该地区土壤水分入渗过程均具有较好适用性，其中Philip方程适用性最好，决定系数(R²)能达到0.931～0.985,均方根误差(RMSE)相对最小，在0.057～0.283范围内，Kostiakov方程次之，Horton方程及蒋定生方程在个别情况...     

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。     

紫色土坡耕地土质埂坎分层入渗试验研究

以相邻田面为对照,利用双环入渗法对三峡库区紫色土坡耕地土质埂坎分层(地埂、坎腰和坎趾)的入渗特征进行研究。结果表明:(1)土质埂坎分层入渗与对照田面入渗均呈先陡降后趋于稳定的趋势,但达到稳定入渗的时间存在差异。地埂达到稳定入渗的时间最长(110min),坎腰、坎趾和田面达稳定入渗的时间分别比地埂少9%,82%,18%。从入渗性能看,土质埂坎各层均表现出初始入渗率平均入渗率稳定入渗率。平均入渗率与120min累积入渗量表现为地埂坎腰田面坎趾,初始入渗率为坎腰地埂田面坎趾,稳定入渗率为田面坎腰地埂坎趾。(2)采用4种模型进行拟合,其中通用经验模型是描述坡耕地土质埂坎入渗的较好模型,其后依次是Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型。(3)土质埂坎入渗性能与土壤物理性质具有较好的相关性,初始入渗率与初始含水率、容重呈显著负相关(P0.05),平均入渗率、120min累积入渗量与粉粒体积分数、初始含水率呈显著负相关(P0.05),与砂粒体积分数和总孔隙度呈显著正相关(P0.05)。研究结果可为紫色土区坡耕地土壤侵蚀调控的埂坎措施优化提供依据。     

喀斯特槽谷区不同林草恢复模式下土壤入渗特征

为研究不同林草恢复模式对喀斯特槽谷区坡面的水土保持效应,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对比分析了喀斯特槽谷区顺、逆向坡面不同林草模式(林地、花椒地、灌草地)下的土壤理化性质和入渗特征。结果表明:(1)顺、逆向坡面下林地容重最小,孔隙度最好,含水率和有机质含量最高,其次是花椒地和灌草地;顺向坡土壤有机质含量显著高于逆向坡(P0.05),但其他理化指标间差异不显著(P0.05)。(2)顺、逆向坡面下花椒地入渗曲线较陡峭,而林地、灌草地相对较缓;灌草地入渗率最先趋于稳定(20min左右),而花椒地和林地入渗率在30min左右开始缓慢下降,直到75min以后渐渐趋于稳定;各林草恢复模式下土壤入渗能力均为林地花椒地灌草地(P0.05)。(3)入渗模型中,Horton模型拟合效果最好(R20.712),模拟稳定入渗率与实测值间的回归方程决定系数R2高达0.978 9。(4)研究区土壤稳定入渗率与总孔隙度、非毛管孔隙度、饱和含水量及pH均呈正相关,而与有机质呈负相关,其中总孔隙度对土壤入渗性能影响最大,有机质影响最小;利用上述指标建立的多元线性回归方程可精确预测土壤稳定入渗率。研究结果可为喀斯特槽谷区坡面植被恢复选择及土壤入渗性能评估提供理论参考。