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。     

初始含水量对盐碱土饱和导水能力和盐分淋洗的影响

为了探究初始含水量对盐碱土饱和导水能力和盐分淋洗的影响,采用室内模拟试验,进行了6个不同初始含水量的定水头饱和导水能力试验。结果表明,盐碱土饱和导水率随初始含水量的增加而减小,二者呈显著的线性负相关;随初始含水量的增加,淋洗液pH值降低,电导率升高;随盐碱土饱和导水率的增大,淋洗液pH值升高,电导率降低,二者均与饱和导水率间呈对数关系。长期淹水状态下,盐碱土饱和导水能力平稳降低,盐分淋洗效果也变差。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

纳米碳对扰动黄绵土水分入渗过程的影响

将纳米材料应用于土壤物理学领域对减少土壤水分流失、提高土壤水肥利用效率、优化土壤物理结构有着重要的意义。基于扰动黄绵土土柱室内一维入渗试验,研究了纳米碳含量(质量含量分别为0、0.001、0.005、0.007、0.010 g g-1)对扰动黄绵土的水分入渗过程及饱和导水率的影响。结果表明:(1)纳米碳对扰动黄绵土水分入渗有显著影响。一定入渗历时内,随着纳米碳含量增大,累积入渗量及湿润锋推进速率均呈显著减小趋势。(2)Kostiakov公式和Philip方程均能较好地描述添加纳米碳的扰动黄绵土累积入渗量随时间的变化过程。其中,Kostiakov公式拟合精度更高。(3)湿润锋随时间变化符合幂函数关系。(4)纳米碳对扰动黄绵土的饱和质量含水量和饱和导水率影响同样显著。随纳米碳含量增加,前者增大,后者减小,与纳米碳含量变化分别符合二项式和指数函数关系。     

有机肥质量分数对土壤导水率稳定性的影响

饱和导水率是水循环和土壤侵蚀模型中的重要参数,也是土壤结构改善的重要指标.通过室内土柱模拟实验研究有机肥添加量对风沙土和壤土导水率的影响.土壤添加有机肥的比例设置为0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％7个水平,土壤密度设3个水平,各处理5个重复.结果表明：1）土壤饱和导水率随有机肥质量分数的增加呈降低趋势,风沙土的饱和导水率随有机肥质量分数的增加呈直线下降趋势,而壤土饱和导水率的降低趋势随有机肥质量分数的增加减缓;2）有机肥质量分数的增加对土壤密度的降低作用可以抵消有机肥增加导致的饱和导水率的降低;3）低土壤密度下土壤导水率随时间变化不稳定,土壤密度增大后随时间变化稳定.随着有机肥质量分数的增加,土壤导水率的测定过程趋于稳定,但是测定时间延长.     

黄土高原坡地表层土壤饱和导水率和水分含量空间变异特征

表层土壤水分含量和饱和导水率对深层土壤水分的动态的变化具有重要的决定作用。在黄土高原坡地（50m×360 m）范围内进行网格（10 m×10 m）取样,用地统计学方法研究表层（0～30 cm）土壤饱和导水率和水分含量的空间变异特征。结果表明：1）坡地表层土壤密度变化规律为坡下位大于坡上位,土壤饱和导水率变异系数为0.37,属于中等变异强度;2）饱和导水率和自然对数化的饱和导水率在360 m尺度内均不具备空间结构特征,是纯随机变量,线性有基台模型适用于描述表层土壤水分的分布特征,水分分布存在明显的块金效应,并且随滞后距离的增加半方差变大;3）饱和导水率和水分含量从坡上位到坡下位均呈现波浪式变化,饱和导水率大的采样点土壤水分含量低,反之则高。     

六盘山华北落叶松坡面土壤饱和导水率空间异质性及其影响因素

为深入理解森林坡面土壤饱和导水率的空间变异,利用经典统计学和地统计学的方法研究六盘山华北落叶松人工林坡面不同土层土壤饱和导水率的空间异质性,并基于相关性分析揭示其空间变异的主要因素。结果表明:(1)随土层的加深,土壤饱和导水率逐渐增加,不同土层土壤饱和导水率的空间变异程度存在差异,表现为40—60 cm土层土壤饱和导水率为强变异,其他土层均为中等变异。(2)不同土层土壤饱和导水率的空间结构也存在差异,20—40,40—60,60—80 cm土层土壤饱和导水率表现为强烈的空间自相关性,0—20,80—100 cm土层土壤饱和导水率表现为中等空间自相关性。(3)坡面土壤饱和导水率与石砾含量、非毛管孔隙度、毛管持水量、田间持水量和毛管孔隙度显著相关。综上,研究坡面土壤饱和导水率具有较强的空间变异,石砾含量和土壤物理性质是影响研究坡面土壤饱和导水率空间分布的主要因素。     

重庆市四面山不同土地利用类型饱和导水率

[目的]探讨不同土地利用类型和土壤理化性质对饱对导水率的影响。[方法]采用定水头法测定四面山不同土地利用类型的饱和导水率,并运用回归分析,相关分析和主成分分析法分析其与土壤物理因子和有机质的关系,以及影响饱和导水率的主导因子。[结果]各土地利用类型的平均饱和导水率均高于荒地,其顺序为:林地农地草地,林地中天然林饱和导水率大于人工林;饱和导水率随土层深度的增加呈负指数递减规律;饱和导水率与容重呈幂函数关系,与孔隙度呈正相关,与黏粒含量呈负相关;有机质含量的提高对饱和导水率有积极的促进作用。[结论]影响饱和导水率的主导因子是容重、有机质、非毛管孔隙度和毛管孔隙度,其次,土壤机械组成对其也有一定影响。     

秸秆-膨润土-PAM改良材料对砂质土壤饱和导水率的影响

为改善砂质土壤持水状况,设计了由作物秸秆、膨润土和聚丙烯酰胺（PAM）配制的改良材料,以重庆市分布面积较大的冷沙黄泥为研究对象,采用恒定水头入渗双环法,研究了秸秆改良材料对砂质土壤饱和导水率的影响。结果表明,施用秸秆改良材料能增加砂质土壤的饱和导水率,并且随着施用剂量的增大,土壤饱和导水率逐渐增加;随土培时间的延长土样饱和导水率均出现了先增大后减小的趋势,当土培时间为60 d时土样饱和导水率达到最大值;添加麦秆改良材料（质量分数为10 g/kg,配方中PAM质量分数为2%）的土样,在培养60 d后其饱和导水率是对照组的4.97倍,对砂质土壤改良效果最明显。可见,秸秆改良材料可以改善砂质土壤持水状况,对砂质土壤具有改良作用。     

均质土微润灌湿润体模型构建及验证

为探明微润灌土壤湿润体运移的影响因素和变化规律,设置了56种微润灌情景(8种土壤质地、3种土壤基质势和10种微润管比流量的不同组合),利用HYDRUS-2D软件,模拟研究土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体的影响。综合考虑单位长度总渗水量、土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量等影响因素,基于量纲分析方法,建立了一种均质土微润灌湿润体尺寸估算模型,并利用数值模拟结果,定量获取了所建模型的待定参数,最后,采用试验资料评价了估算模型的可靠性。结果表明,土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体形状影响较小,且在湿润锋未到达地表前,湿润体形状均为以线源为轴线的近似"椭圆柱体";相同土壤饱和导水率条件下,土壤湿润体水平、垂直向下和垂直向上方向上的湿润锋运移速率均随土壤基质势和微润管比流量增大而增大;当土壤基质势和微润管比流量恒定时,随土壤饱和导水率数值的增大,垂直向上和水平方向的湿润锋运移速率逐渐减小,而垂直向下的湿润锋运移速率存在先减小后增大的现象;所建模型的统计指标平均绝对误差、均方根误差均趋近于0,纳什效率接近1,说明模型估算效果良好,可为微润灌工程的运行及管理提供科学依据。     

考虑雷诺数和形状影响的坝岸根石水平水流拖曳力系数修正

对于水利工程坝岸散抛根石冲揭失稳,水流作用下根石的拖曳力是重要的力学分析参数。该文基于黄河坝岸散抛根石的形状参数特征,利用水槽试验量测球体及不同形状块体受水流作用的水平拖曳力,研究雷诺数、物体形状指标与拖曳力相关关系及变化规律,明确影响因素,率定双因素影响下块体的拖曳力系数函数。结果表明,水下球体或近似球状物体的拖曳力系数,基本不受水流及物体形态影响,拖曳力系数趋于0.40～0.56;有棱角块体的水流拖曳力系数,块体雷诺数小于3×104的影响区域,系数函数呈双曲线趋势变化;块体雷诺数大于3×104的影响区域,迎水面宽高比不大于侧立面长高比,拖曳力系数趋于0.80～0.90,迎水面宽高比大于侧立面长高比,拖曳力系数趋于1.00～1.10。进一步通过试验修正了水流作用下不同形态物体的水平拖曳力系数,提出了块体雷诺数、形状参数双因素影响下物体水平拖曳力系数函数,得到了以不同物体来流方向投影响面积为基准的水平拖曳计算公式,经拟合公式的合理性分析与验证,拖曳力系数拟合优度达到0.90以上,平均相对误差为8.7%;修正后拖曳力平均相对误差仅为7.5%,公式计算效果良好,更准确地反映散抛根石的水下受力特征,为分析水下抛石受水流冲击离散形态提供理论依据。     

长武地区土壤导气率及其与导水率的关系

为了寻求快速、直接、耗资低并且可用于评估野外饱和导水率的量级和其空间变异性的方法,利用PL－300土壤导气率测量仪对长武小麦试验田不同含水率、体积质量、土层、取样方向、根系密度下的导气率,以及室内原状土壤样本（248 cm3）在田间持水率情况下的导气率及饱和导水率进行了研究。发现在不同的影响因素下导气率具有一定的变化规律;含水率接近田间持水率时的土壤导气率和饱和导水率之间存在对数线性关系。土壤导气率与饱和导水率的这种预测关系在早期的试验研究中也有所反映。将本试验结果与Loll、Iverson等人的研究成果进行对比论证,验证了通过测量土壤导气率预测田间饱和导水率的方法是可行的。     

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。     

马尾松林地不同枯落物覆盖下土壤入渗特征

采用室内人工降雨模拟试验,在径流小区尺度上观测坡面产流过程,并用WatchDog1400土壤水分自动监测站观测土壤体积含水率变化过程,研究枯落物覆盖下坡面水分入渗特征。结果表明:(1)土壤入渗滞后时间随着枯落物覆盖量的增加而增大,在坡度上体现为10°5°;(2)土壤入渗率随雨强、枯落物覆盖量增加而增大,随坡度增大而减小;土壤储水量随覆盖量增加先增大后减小,在雨强方面体现为120 mm/h60 mm/h;(3)逐步回归结果表明,土壤入渗滞后时间、入渗率和储水量与枯落物覆盖量呈线性关系,滞后时间、入渗率与枯落物覆盖量呈一次函数正相关关系,储水量与覆盖量呈二次函数关系。研究结果可为低效林枯落物水源涵养功能研究提供依据。     

石坎梯田的优化设计

通过对石坎梯田断面要素和工程量的分析,以田坎高度和田坎侧坡坡率作为设计变量,以每公顷梯田的造价为目标函数,提出了石坎梯田的通用优化设计数学模型,并进行了实际优化计算。优化设计结果和常用的石坎梯田规格相比,优化设计的石坎梯田要比常用规格安全经济得多。     

Effectiveness of stone bunds in controlling soil erosion on cropland in the Tigray Highlands, northern Ethiopia

Abstract Use of stone bunds to enhance soil and water conservation was first introduced to Tigray, northern Ethiopia in 1981. This study was designed to examine the factors that control the effectiveness of bunds installed on cropland. Qualitative and quantitative assessments of soil loss and sediment accumulation were conducted on 202 plots at 12 representative sites in Dogu'a Tembien district. Mean annual soil loss from the foot of the bunds due to tillage erosion was estimated at 39kgm⁻¹yr⁻¹ or 20tha⁻¹yr⁻¹, a rate which decreased with increasing age of bund. The assessed mean annual soil loss rate by sheet and rill erosion in the absence of stone bunds is 57tha⁻¹yr⁻¹. The mean measured annual rate of sediment accumulation behind the stone bunds is 119kgm⁻¹yr^−1/sp or 59tha⁻¹yr⁻¹. The measurements show that the introduction of stone bunds to the region has led to a 68% reduction in annual soil loss due to water erosion. This reduction is due to the accumulation of sediment behind the stone bunds, which occurs faster in the early years after construction and decreases as the depression behind the bunds becomes filled with sediment. New stone bunds are particularly effective in trapping sediment in transport, but regular maintenance and increase in height of the bunds is necessary to maintain their effectiveness. The average USLE P factor for stone bunds in the study area is estimated to be 0.32.     

植物篱与石坎梯田改良坡耕地效益研究

三峡库区秭归段生态环境脆弱,当地群众广泛采用以石坎梯田为主的工程措施和以植物篱为主的农林复合技术措施改良利用坡耕地。通过试验,对三峡库区秭归县相同坡度、坡向和土层厚度的坡耕地采取石坎坡改梯和定植等高植物篱的投入和产出进行对比,结果表明:石坎梯田与植物篱均是改良利用坡耕地的有效方法;石坎梯田建设期投入费用高,涵水保土能力强,田坎无经济效益;植物篱坡地建设期投入费用低,生产期运行费用略高于石坎梯田,成坎周期较长,涵水保土能力初期较低后期逐渐增强,生产期产出效益明显。     

(土娄)土堆积体坡面细沟形态及其沿程分布特征

采用人工野外放水冲刷试验,以(土娄)土地质为下垫面的工程堆积体坡面为研究对象,研究了不同坡长、坡度的(土娄)土堆积体坡面细沟形态特征及其沿程分布。结果表明:沟宽随时间延续呈现先递增后倾于稳定的趋势,沟宽与坡长存在二次函数关系,沟深随时间延续不断递增,表现为线性函数关系,沟深与细沟断面面积均对坡长变化存在响应,但并不存在显著函数关系,细沟宽深比随径流的持续呈现先骤减后倾于稳定的趋势,细沟断面面积随时间延续呈现逐渐递增的走势,可以用线性函数来描述断面面积与时间二者的关系,沟宽的沿程分布规律不一,呈现迥异,整体上来看,沟深的分布特性表现为先骤减后保持稳定的规律,就堆积体渣面汇集径流冲刷坡面的情况而言,对堆积体上半坡面布设合理的防治措施是重中之重。     

坡长对贵州喀斯特区黄壤坡耕地土壤侵蚀的影响

为揭示坡长对喀斯特坡耕地土壤侵蚀的影响作用,根据贵州省毕节石桥小流域水土保持监测点监测资料,研究了坡长为5,10,15,20,25 m的径流小区在次降雨条件下土壤侵蚀随坡长的变化规律。结果表明:喀斯特坡耕地坡面年内径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小;次降雨量小于30 mm时,径流深随着坡长的增加先增大后减小;次降雨量大于30 mm时,径流深随坡长增加表现为先减小后增大再减小。年内平均土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现一次函数关系的增长,拟合度R²=0.9217;次降雨量小于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化呈现先急剧增加后减小的趋势,峰值出现在10 m;次降雨量大于30 mm时,土壤侵蚀模数随着坡长的变化亦呈现一次函数的增长关系,拟合度R²=0.9146。在最大30 min雨强为25 mm/h和41.4 mm/h条件下,随着坡长的增加,径流深均表现为先减小后增大再减小,土壤侵蚀模数均表现为先增大后减小。     

陡坡地杏树高产优质与肥水关系研究

杏是陕北黄土峁状丘陵区大于25°陡坡地开发治理的优良树种之一。通过保水工程和增施肥料等措施研究了陡坡地杏树高产优质与肥水关系。结果表明,陡坡地杏树整修大鱼鳞坑土壤含水量明显提高,增施肥料根系土壤含水量降低;整修大鱼鳞坑并增施肥料提高了杏树对肥水的吸收利用,叶片蒸腾强度和叶绿素合成等代谢作用加强,叶片养分和果实养分含量增加,产量提高品质上升。说明在干旱瘠薄、水土流失严重的陡坡地整修保水工程和增施肥料是夺取杏树高产优质最有效的措施之一。