黑土冻融过程中水分垂直迁移模拟研究

为明确土壤冻融过程中水分垂直迁移与其主要影响因素间的定量关系,以我国东北典型黑土为研究对象,通过单向冻融试验,进行了不同初始含水率、降温幅度和地下水位条件下土壤冻结过程中水分垂直迁移试验,定量分析了主要影响因素对黑土冻融过程中水分垂直迁移的影响规律。结果表明:(1)试样中温度变化先快后慢,最终试样内部温度随深度呈现稳定的温度梯度分布;(2)初始含水率对土壤的冻结影响较为明显,初始含水率越高,冻结经历时间越长,冻结过程中消耗的潜热量越大,冻结锋面形成越晚;(3)不同降温幅度使得土壤温度梯度差距较大,15℃温差变温时垂直方向水分迁移量最大,土壤最快进入冻结稳定期,并在冻结16 h时,20 cm土层附近含水率达到冻结期峰值;(4)地下水位越高,温差越小,冻结锋面向下迁移速率越慢,各层水分均明显增加,并且在中上层聚集。     

干湿循环下云南非饱和红土土—水特性研究

以云南红土为研究对象,以脱湿、吸湿引起的干湿循环作为控制条件,考虑初始干密度(1.20,1.25,1.30g/cm3)、初始含水率(30.0%,33.0%,36.0%)、预固结压力(0,50,100,200kPa)、过筛粒径(0.5,1.0,2.0mm)等影响因素,通过压力板仪法,研究干湿循环下云南非饱和红土的土—水作用特性。结果表明:干湿循环过程中,不同影响因素下红土的基质吸力随含水率的增大而减小,其土—水特征曲线呈直线型或"倒J"形,其脱湿变化过程可以分为快速脱湿、缓慢脱湿、稳定脱湿3个阶段,对应的吸湿变化过程也可以分为快速吸湿、缓慢吸湿、稳定吸湿3个阶段。相同基质吸力下,随初始干密度、初始含水率、预固结压力的增大,红土的含水率增大;随粒径的增大,红土的含水率减小。初始干密度、预固结压力、粒径(0.5mm除外)影响下的红土的土—水特征曲线可采用幂函数关系进行拟合,不同初始含水率、粒径0.5mm时的土—水特征曲线可采用线性函数关系进行拟合。红土脱湿过程的含水率高于吸湿过程的含水率,脱湿—吸湿过程中的土—水特征曲线存在滞后现象,其实质在于干湿循环作用下红土具有孔隙效应、瓶颈效应、角度效应的综合结果。     

云南红土的循环胀缩特性研究

以云南红土为研究对象,考虑干湿循环时间、干湿循环次数、初始干密度等影响因素,通过膨胀、收缩试验与图像处理相结合的方法,研究不同影响因素对云南红土胀缩特性的影响。结果表明:干湿循环过程中,红土的膨胀过程可以分为快速膨胀、缓慢膨胀和稳定膨胀3个阶段,收缩过程可以分为缓慢收缩、快速收缩和稳定收缩3个阶段。随增湿时间延长,红土的竖向膨胀率、含水率、孔隙率等膨胀参数呈"厂"形增大变化;随脱湿时间延长,竖向收缩率、横向收缩率、体积收缩率等收缩参数呈"S"形增大变化,含水率、孔隙率逐渐减小。随增湿次数增加,稳定竖向膨胀率、横向膨胀率、体积膨胀率呈先急剧增大后缓慢减小的变化;随脱湿次数增加,稳定竖向收缩率、横向收缩率、体积收缩率呈先增大后缓慢波动变化。随初始干密度增大,稳定竖向膨胀率、竖向收缩率、体积膨胀率增大,横向膨胀率、横向收缩率、体积收缩率呈减小变化。竖向膨胀大于竖向收缩,体积膨胀大于体积收缩,横向收缩大于竖向收缩。     

干湿循环下气—液界面张力对黏土收缩开裂的影响

气—液界面张力(表面张力)作为主要的外部环境因素之一,其变化势必会对土壤收缩开裂和土水特性有重要影响。开展了一系列不同温度条件下的干湿循环试验,脱湿温度设定为25℃和60℃两种,对3组不同表面张力的初始饱和试样进行干湿循环试验。在脱湿过程中,对试样的含水率变化及表面裂隙的演化过程进行定时测量拍照,利用数字图像处理技术对试样裂隙图像进行定量分析,最终得到表面收缩开裂裂隙度δ。结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样的最终δ有所增加,但增长幅度不大;温度越高,试样初次出现裂隙的时间越快,当温度从25℃增加至60℃时,试样出现初始裂隙时对应的临界含水率从38%增至41%,试样的最终δ增长20%~40%;在同一温度环境下,土样的裂隙发育程度随着表面张力的降低而变慢,最终δ随着表面张力的降低而减小,无论何种温度环境,表面张力大小和裂隙度大小顺序一致,均为纯水试样酒精溶液试样肥皂水试样;含水率相同时,表面张力越大,对应试样的δ越大。     

花岗岩崩岗红土层土体胀缩特性研究

为研究崩岗土体因水分变化而发生干湿胀缩的特性,采集福建省安溪县典型崩岗区的红土层土样,通过室内无荷膨胀试验和收缩试验,分析不同初始干密度(1.3,1.4,1.5 g/cm^3)、不同初始含水量(15%,20%,25%和30%)下土体的无荷膨胀率和线缩率。结果表明:当含水量较低时,初始干密度越大土体膨胀率也越大;当初始干密度相同时,土壤膨胀率随其初始含水率的增大而减小。当初始含水率相同时,土样膨胀率随其初始干密度的增大而增大。不同处理的土样收缩过程有一定差异,初始含水率高的土样线缩率大,土壤膨胀和收缩过程不一致,且均为不可逆过程。该研究结果在一定程度上揭示了土壤含水率和干密度与崩岗侵蚀之间的关系。     

湖南邵阳地区高液限红黏土干缩裂隙演化过程的量化分析

红黏土对环境湿度变化非常敏感,在干燥环境中极易开裂,纵横交错的裂缝网络损害了土壤结构的完整性,很容易诱发红黏土边坡失稳和崩塌,导致农田水利设施的破坏,甚至加剧整个生态环境的水旱灾害。为探究红黏土裂隙的演化规律,该研究采用自制试验装置和三维应变测量系统开展了自然湿热条件下的红黏土泥浆样干燥试验,通过采集土体水分和土表位移、应变和裂隙的变化,定量分析脱湿过程中土体表面裂隙形态和应变场的演变特征,并进一步探讨水分变化对裂隙形态和应变场的影响。结果表明：1）土样表面干缩裂隙的演化一共经历了6个阶段,后阶段裂隙分割前阶段裂隙围成的区域,且不同阶段裂隙的交叉角接近90o;2）裂隙产生初始,裂隙尖端处拉应变约为0.5%,土表面大部分区域处于受拉状态;随着裂隙进一步发展,裂隙周边土体逐渐由拉应变状态向压应变状态转变;当所有裂隙发育完成,裂隙周边土体处于压应变状态;3）裂隙演化阶段与界限含水率有关,当泥浆土样的含水率接近液限时（67.7%）,土体表面裂隙开始发育,裂隙迅速张开和延伸;当土的含水率达到塑限时（28.3%）,裂隙发展的速率逐渐变缓;当含水率小于缩限时（18.8%）,裂隙变化已经很小,裂隙发育接近完成;4）在裂隙演化过程中,早期裂隙的发展持续时间和裂隙宽度均超过后期裂隙;土表不同位置的位移和应变均不相同,土块中心竖向收缩大于边缘竖向收缩,而土块中心位移及应变均小于土块边缘,研究可为红黏土开裂引发的工程地质灾害的预防及治理提供参考。     

初始含水率对崩岗土体抗拉特性的影响

针对花岗岩发育的崩岗土体崩壁失稳等问题,通过单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同初始含水率的崩岗土体抗拉强度特性。结果表明:初始含水率对崩岗土壤抗拉强度影响明显。土壤抗拉强度特征曲线为单峰型,表土层、红土层和红砂过渡层抗拉特征曲线在含水率W_C(24.4%)附近出现抗拉强度峰值,而砂土层在W_C(25.8%)出现抗拉强度峰值。崩岗不同层次土壤轴向拉伸长和径向收缩长随初始含水率呈现正相关关系,且土壤轴向拉伸率和径向收缩率与初始含水率拟合出相关系数较高的线性函数关系(除砂土层的径向收缩率与初始含水率呈指数函数关系)。低(18%～22%)、中(22%～30%)、高(30%～饱和)3种初始含水率区间下崩岗土壤持水机制分别为土壤毛细管持水机制、团粒水桥联结持水机制与团粒持水机制。研究结果可为崩岗科学防治提供一定的科学依据。     

绿茶微波真空干燥特性及动力学模型

为了解茶叶在微波真空干燥过程中水分的变化规律,以绿茶为原料,进行了微波真空干燥试验。通过绘制干燥曲线和失水速率曲线,研究相对压力、比功率对绿茶微波真空干燥特性的影响,并建立干燥动力学模型,量化比功率与干燥时间、含水率之间的关系。结果表明：绿茶微波真空干燥过程按失水速率快慢可分为加速和降速2个阶段,无明显恒速干燥阶段;随着相对压力降低,干燥时间缩短,但-80 kPa后继续降低相对压力对含水率变化影响不显著;比功率越大干燥时间越短;绿茶微波真空干燥的动力学模型满足Page方程,该模型可较好地描述含水率随干燥时     

重塑黄土抗剪强度的环剪试验研究

[目的]研究大应变条件下黄土强度的影响因素及规律,为黄土地区发生滑坡等大变形破坏提供理论依据。[方法]利用环剪仪对重塑黄土进行大剪切位移下的剪切试验,探究不同正应力及剪切方式对不同含水率的重塑黄土其残余强度的影响。[结果]正应力越大,残余强度越大,达到残余强度所需的剪切位移越小;随着含水率的增大,残余黏聚力浮动值不大,残余内摩擦角逐渐减小,并据此拟合出残余内摩擦角与含水率的参考公式;从脆性指数的角度得出所研究的重塑黄土的应变软化都不明显,且脆性指数随着正应力和含水率的增加而降低。[结论]重塑黄土的峰值强度和残余强度受含水率、正应力的影响规律相似,可通过含水率对残余强度进行估算。     

基于数字图像测量技术的豆粕剪切变形特性

为了研究豆粕在剪切过程中的变形特性,利用基于数字图像测量技术的三轴仪,开展了豆粕三轴剪切试验。考虑了围压(25~100 kPa)、孔隙率(44.8%~50.9%)及颗粒破碎对豆粕强度及变形的影响,分析豆粕的不同变形发展阶段,并提出对应的应力应变模型,获得相关的强度和变形参数。试验结果表明,豆粕试样的应力应变曲线为软化型,随着围压增大,其强度软化性增大,剪胀性却逐渐减小。相同围压下,随着试样孔隙率减小,豆粕的峰值强度逐渐增大,剪胀角也逐渐增大,剪胀性表现越明显。不同破碎程度的豆粕颗粒分析结果对比发现,破碎后的豆粕峰值剪切强度增大,体变呈完全剪缩,围压越大剪缩现象越明显,这表明颗粒破碎对强度和变形影响很大,且围压对颗粒破碎的影响比孔隙率对颗粒破碎的影响大。最后,基于局部变形结果分析,将豆粕的应力应变曲线划分为3个阶段,即破坏前、破坏和残余阶段,提出了不同阶段对应的应力应变模型,获得了其强度和变形参数,得到破坏比为0.701 6。通过研究豆粕的剪切变形特性试验结果,获得了豆粕的强度、变形规律及其本构模型,可为粮仓结构的安全设计、优化分析及粮仓储粮等进一步数值仿真建模提供基础参考数据。     

浅议新形势下如何开展水土保持监理工作

介绍了当前政策形势下开展水保监理的一些依据、流程和方法。从实际工作经验出发并参考国家相关行业规范、制度,对水土保持监理工作中的质量控制、投资控制、进度控制、安全管理、合同管理、信息管理及工作协调等主要工作内容进行了介绍,可为其他水土保持监理项目提供一定的参考。     

铁岭市水土流失状况与分区防治对策

为因地制宜开展铁岭市水土流失治理工作,根据铁岭市的自然、社会经济、水土流失等情况,结合铁岭市水土保持分区,提出了"两带、三轴、三片"综合防治战略格局、分区防治方略、规划期的水土保持重点项目等,提出的分区防治对策为铁岭市水土保持工作明确了发展方向。     

不同植被修复年限对喀斯特地区飞机草入侵生境土壤蓄水能力的影响

飞机草是我国西南地区的主要外来有害入侵杂草,植被替代修复技术是控制飞机草入侵的主要方式之一,目前对于不同植被修复年限下的土壤蓄水能力变化鲜有研究。以"空间代替时间"的方法,分析了不同植被修复年限的生境中土壤物理性质和蓄水能力的变化,探讨不同植被修复年限对广西喀斯特地区飞机草入侵生境土壤蓄水能力的影响。结果表明:在喀斯特地区飞机草入侵生境下土壤物理性质在植被修复过程中得到明显改善,主要表现为随植被修复年限的增加,土壤容重逐渐降低,土壤孔隙度逐渐升高,其中土壤非毛管孔隙度受植被修复年限的影响显著,而毛管孔隙度受植被修复年限的影响相对较小;土壤蓄水能力在植被修复过程中得到明显提高,土壤滞留蓄水量和饱和蓄水量随着植被修复年限的增加逐渐升高,修复10a后分别比未修复生境增加了174.9%和11.6%,而土壤吸持蓄水量受植被修复年限影响较小,在修复过程中无显著变化。因此,植被修复能够显著提高喀斯特地区飞机草入侵生境的土壤蓄水和涵养水源的能力,降低水土流失,促进入侵地的植被恢复,为外来植物入侵生态系统修复提供重要的技术理论依据。     

拉拉铜矿集中开采区土壤地球化学基线值研究

确定土壤地球化学基线值对矿山地质环境影响评价意义重大,选择恰当的基线值计算方法对基于矿集区尺度精细评价尤为关键。本研究以拉拉铜矿集中开采区表层土壤地球化学数据为基础,采用统计学法和标准化法分别计算不同地质单元分区内土壤中As、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mo、Ni、Pb、Zn的地球化学基线值,并与区内相关研究成果进行对比分析。结果表明:研究区土壤地球化学空间分布呈显著的分带性,在Pt区和TJK区分别计算各分区基线值比笼统计算区域性单一基线值更有实际意义;在矿集区内采用标准化法计算的土壤基线值略大于统计学法计算的基线值;在人类活动扰动小的TJK区内两种计算方法均适用,在人类活动扰动相对较大的Pt区内采用统计学法较标准化法更为适用。     

长江经济带水资源承载力评价及时空动态变化

以长江经济带水资源承载力综合评价为中心,构建涵盖水资源、社会经济、生态等方面的水资源承载力综合评价指标体系。运用TOPSIS综合评价方法,测算研究了2007—2016年长江经济带11省市水资源承载力动态变化及区域差异,并利用ArcGIS 10.2软件,可视化2007年与2016年长江经济带11省市水资源承载力等级分布。结果表明:2007—2016年长江经济带水资源承载力呈波动上升趋势,承载力水平基本维持在警戒和中级水平;经济发达的东段地区水资源承载力高于经济欠发达的中段和西段地区,近年来差距不断扩大;长江经济带11省市水资源承载力年均增长率位于前三的分别是贵州、上海和云南,而湖北、重庆、四川年均增长率为负值;长江经济带各省市水资源承载力整体水平仍较低,且各省市间水资源承载力均衡性差异并未随着时间推移而产生大的改观。     

不同秸秆还田模式对黑钙土团聚体特征的影响

通过5年田间定位试验,研究了不同玉米秸秆还田方式对黑钙土土壤团聚体含量、稳定性和团聚体有机碳贡献率的影响。结果表明:与秸秆不还田(CK)比较,秸秆还田处理能显著提高土壤大团聚体(>250μm)含量、团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)(P<0.05)。秸秆轮耕还田(SRT)比秸秆覆盖还田(SCR)能更有利于土壤大团聚体形成,但2个处理的土壤团聚体稳定性之间差异不显著。秸秆轮耕还田与秸秆不还田相比较能显著增加土壤各粒级团聚体有机碳含量和大团聚体有机碳贡献率,同时,秸秆轮耕还田比秸秆覆盖还田更有利于提高>2 000μm粒径和<53μm粒径团聚体有机碳含量,以及250～2 000μm粒径团聚体有机碳贡献率。相关性分析表明,土壤有机碳含量与土壤团聚体稳定性及其碳库之间存在极显著的正相关关系。旋耕/深翻的轮耕还田模式促进了耕层土壤大团聚体形成和土壤结构稳定,显著提高土壤团聚体碳库和对土壤有机碳的贡献,为东北黑钙土区较适宜的玉米秸秆还田模式之一。     

消落带植物群落水深梯度配置技术

为充分发挥消落带水生植物的生态服务功能,对消落带水生植物种植技术进行了研究,提出消落带植物群落水深梯度配置技术,即按照消落带水位周期性变化规律,依照水生植物的水深适应性种植水生植物,并使其生长节律超前于水位变化的时间。种植前,掌握水位变化规律,测定水质、栽植底质厚度;依据水生植物的水深适应性,选择合适的水生植物;按照水生植物的生长特性,在春季枯水期进行种植,使植物在丰水期到来之前达到旺盛生长期。     

2000～2015年苏州市土地利用效益动态测度及障碍追踪分析

科学评价土地利用效益,动态追踪障碍因子可为后续土地高效利用提供理论基础与现实依据。本文运用改进熵权TOPSIS模型从"经济-社会-生态"三维视角对苏州市2000~2015年土地利用效益进行测算,并对其演变态势、速度、效益加速度进行了定量研究及效益预测,同时引入障碍度模型进行障碍因子动态追踪分析。结果表明:(1)苏州市土地利用综合效益由2000年的0.2287逐步提升到2015年的0.6765,实现了"低级-中级-良好"的梯度跨越,(2)综合效益增长速度经历"波动剧烈-快速上升-趋于平稳"的演变过程,而效益加速度变化明显滞后于土地效益速度且波动幅度更大,2010年后逐渐减缓;(3)土地利用效益制约因素经历了"社会-经济-生态"主导的转变,城市人均公共绿地面积、工业固废排放量、土地利用多样性指数、人均建设用地面积、服务业、高新技术产业总产值、固体废弃物综合利用率、城镇化率等成为制约苏州市土地利用效益增长的关键因素;研究旨在明晰土地利用效益演变规律及存在的问题,以便为今后苏州市土地利用规划、土地利用结构调整提供参考。     

田块尺度污染农田土壤铅、镉和砷含量的空间变异及其对土地利用的启示

为了探明铅冶炼污染区田块尺度下农田土壤重金属含量的空间变异及其对污染农田土壤安全利用的意义,在某冶炼厂附近一面积为4800 m2的农田用网格法采集120个0~20 cm土样,测定样品镉、铅和砷含量。研究表明,研究区土壤中存在砷、镉和铅的积累。从平均污染指数来看,以镉的积累程度最大,铅次之、砷最小。土壤全镉含量的变化范围为1.10~3.84 mg kg^-1,镉含量处于1.10~2.27 mg kg^-1之间的样品占97.50%。从重金属空间分布上看,镉和铅含量的空间分布有较高的一致性,均是研究区北部和南部含量较高,中间区域含量较低。相关分析表明,土壤镉和铅含量之间存在显著正相关(P <0.01)。根据土壤铅含量计算稳定铅时所用普通过磷酸钙的用量范围为0.312~0.419 kg m^-2,平均值为0.367 kg m^-2。根据其他研究者得到的土壤全镉含量与小麦籽粒镉含量的相关方程计算,不同方程得到的小麦籽粒镉含量结果有很大差异,较可信的小麦籽粒镉含量变化范围为0.095~0.814 mg kg^-1。采样区中部为小麦籽粒镉含量较低且铅稳定剂需要量较低区域。以上结果表明,研究区田块尺度下土壤镉含量存在较大的空间变异,且土壤镉含量的空间变异导致小麦籽粒镉含量可能存在较大的空间变异。     

锡林河流域1981-2016年干湿变化及其与温度的关系

为了探清锡林河流域历年干湿变化情况,利用锡林河流域1981-2016年共36年的降水与气温的逐月数据,在全年尺度和季节尺度上分析了36年来的降水与气温的时间变化,并计算了各月不同时间尺度（SPI1,SPI3,SPI6,SPI12）下的标准化降水指数,分析了气温与SPI的相关性、不同时间尺度SPI的敏感性和干湿事件的年际变化,根据逐月SPI序列,在牧草生育期内分离出不同月份的逐年序列来分析了生育期内SPI的变化情况。结果表明:（1）多年来年降水量的整体变化趋势极不明显,降水量年内分配不均匀,夏季占总降水量的一半还多;气温的年际变化比较显著且呈上升的趋势。（2）随着时间尺度的增加,SPI序列上升趋势减弱、波动频率减小、旱涝的起止时间延后。在各等级干湿事件发生频次来看,重涝、中涝、重旱与中旱事件表现出了明显的年际变化,而轻涝与轻旱事件每年均有发生,年际变化不明显。（3）生育期内5月、6月、10月SPI序列呈现出上升的趋势,而7月、8月、9月则呈现出下降趋势,说明春末夏初更为湿润,夏季整体偏旱,进入秋季则呈现出由涝变旱的趋势变化。（4）干湿事件与5月份和12月份的气温呈现出的是正相关关系,其他各月呈现出的均为负相关关系,且1月、6月、7月、8月、11月呈现出极显著的负相关关系。