喀斯特浅层裂隙土壤入渗特征及其影响因素

为探索喀斯特地下浅层裂隙土壤水分运移规律,通过野外调查、单环入渗试验探索裂隙土壤的入渗特性及入渗模型的适应性。结果表明:(1)裂隙土壤初始入渗率为21.06~57.90 mm/min,入渗时间20~60 min后达到稳定入渗(4.21~13.69 mm/min),且入渗初期到最后的稳渗阶段存在着较大降幅(40.89%~89.08%),与非喀斯特地区相比,喀斯特裂隙土壤的入渗速率更快;裂隙土壤各入渗特征处于中等程度变异(变异系数为0.52~0.67)。(2)裂隙土壤各入渗特征与各土壤属性显著性相关较少(P<0.05),裂隙土壤的入渗能力与土壤容重、毛管孔隙度以及根系没有较好的相关性,受裂隙岩—土界面等因素影响,与非喀斯特地区的土壤入渗特征与影响因素有明显差异;喀斯特裂隙不同土地利用类型土壤的入渗能力为草地>农田>乔木>灌木。(3)利用回归模型对裂隙土壤入渗的拟合分析对比得出,Horton模型对喀斯特浅层裂隙土壤的入渗过程拟合效果优于Philip模型和Kastiakov模型,可以更好地模拟和预测喀斯特浅层裂隙土壤入渗能力和入渗过程。研究结果可为研究喀斯特地区坡面水分运移及地下漏失提供新的研究思路与科学理论依据。     

紫色土坡耕地埂坎裂隙发育对土壤入渗的影响

为揭示埂坎裂隙发育程度对土壤入渗性能的影响,该研究选取了3种裂隙发育程度（重度发育、中度发育、轻度发育）的埂坎为研究对象,利用双环入渗试验揭示裂隙发育的埂坎土壤入渗规律并采用入渗模型进行模拟。结果表明：1）不同裂隙发育程度下,埂坎土壤入渗率变化趋势均为先迅速下降后逐渐趋于稳定。有裂隙埂坎各时段的入渗率均大于对照组无裂隙埂坎,但其差值均随入渗时间的增加而减小;2）随着埂坎裂隙发育程度的增加,土壤初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率和累积入渗量均增大,其中初始入渗率的增幅最高（98.72%）;3）控制初始含水率条件下,裂隙深度和面积-周长比仍与初始入渗率、平均入渗率及120 min累积入渗量呈显著正相关（P＜0.05）,裂隙面密度仅与平均入渗率呈显著正相关（P＜0.05）;4）Kostiakov模型和Mezencev模型对不同裂隙发育程度下埂坎入渗过程拟合效果较好（R2为0.84～0.99）,但Kostiakov模型只有在一定时间范围条件下才能有效描述裂隙埂坎入渗过程。研究结果可为紫色土区坡耕地埂坎的建设、维护管理和合理利用及水土保持提供参考。     

气相阻力与土壤容重对一维垂直入渗影响的定量分析

分析了土壤容重和气阻对一维垂直积水入渗的入渗率、累积入渗量以及湿润锋的影响,并对入渗过程中土壤平均含水率增量进行了研究。容重和气阻均对入渗率、累积入渗量和湿润锋有明显的影响:容重增加导致累积入渗量减少的减渗率在入渗过程中为一常数,相对于容重为1.3g/cm3土壤的累积入渗量,容重为1.4g/cm3和1.5g/cm3土壤的减渗率分别为31.79%和52.03%。容重增加导致湿润锋减少的减渗率在入渗过程中并非一常数,受到了入渗时间的影响;气阻导致累积入渗量和湿润锋减少的减渗率随基准入渗量的增加而变大,受到了入渗时间的影响。对应于1.3,1.4,1.5g/cm3等3个容重土壤的积水入渗,入渗过程中土壤剖面平均含水率增量Δθ分别为0.377,0.3411,0.3137。     

积水条件下连续和间歇供水对土壤入渗特性的影响

土壤入渗与地表径流、土壤侵蚀、土壤养分流失和面源污染等密切相关。通过对紫色土中的黏壤土进行不同积水深度下连续供水和相同积水深度下间歇供水的土柱模拟实验,对紫色土一维垂向入渗特性进行了研究。结果表明,当积水深度为1～10cm时,积水深度对累积入渗量及入渗率基本上没有影响;积水深度一定时,连续供水下土壤容重和初始含水率对紫色土入渗特性有较大影响,累积入渗量和入渗率随土壤容重和初始含水率的增加而减少;积水深度一定时,间歇供水下紫色土入渗曲线为间断的非连续曲线,第1周期与连续供水的入渗过程一致。从第2周期开始,间歇供水的累积入渗量及入渗率均小于同条件下的连续供水,间歇供水的紫色土入渗特性与供水周期及循环率等密切相关。     

滨海盐渍土和棕壤咸水入渗特征分析

基于室内均匀土柱一维垂直积水人渗试验,分析了入渗水矿化度对滨海盐渍土和棕壤人渗历时、入渗速率、累积入渗量、平均含水率增量的影响.结果表明,相对淡水入渗,咸水入渗显著增加土壤入渗能力,盐渍土和棕壤入渗能力分别在矿化度为12 g/L和3 g/L时最强,到达25 cm湿润锋处入渗历时分别比淡水少32.5％和38.2％.同一矿化度条件下,通常盐渍土入渗能力较棕壤强;不同矿化度条件下,盐渍土入渗能力差异较小.Philip模型对短历时咸水入渗拟合精度较高,偏差在±0.19％范围内.不同矿化度水入渗,盐渍土湿润剖面平均含水率增量为38.22％～38.85％,棕壤为36.64％～37.82％.     

影响土壤入渗积水时间因素的试验

为了研究供水强度、土壤容重、初始含水率、土壤质地等因素对非充分供水入渗积水时间的影响,建立入渗积水时间与单一因素的数学关系,在室内进行了8种均质土壤的非充分供水入渗试验。结果表明：供水强度与入渗积水时间呈降幂函数关系,土壤容重、初始含水率、质地各因素与入渗积水时间呈对数函数关系。研究结果对于水土保持及水文学的径流研究有重要意义,对于指导喷灌系统的设计具有实际意义。     

黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化

[目的]揭示黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化及其影响因素,为黄土高原地区农耕地土壤侵蚀控制、水土保持和有限水资源的有效利用提供理论依据和数据支撑。[方法]运用双环法,以黄土丘陵区典型农作物种植地为研究对象,通过入渗试验对不同作物地土壤稳定入渗率季节变化进行研究。[结果]典型农耕种植地土壤稳定入渗率具有明显季节变化(p0.05)。不同作物地土壤稳定入渗率的季节变化趋势存在差异。种植3种作物地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(p0.05)。种植马铃薯地平均土壤稳定入渗率最大,其次是大豆地和谷子地。农事活动、容重、孔隙度和作物根系生长是影响农耕地土壤稳定入渗率季节变化的主要因素。[结论]黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率具有明显的季节变化,该变化主要是由农事活动、容重、土壤孔隙度和作物根系生长等因素所导致。     

土壤入渗积水时间预测模型研究

在室内进行了8种均质土壤入渗积水时间的测定试验。采用不同的变量组合形式、利用数理统计原理对土壤入渗积水时间进行预测。结果表明:(1)用土壤干容重、初始含水量、土壤砂粒、黏粒含量、供水强度等常规土壤物理参数预测入渗积水时间是可行的。(2)多元线性预测模型和多元非线性预测模型的预测精度结果基本相同,只是所得的模型参数不同,多元线性预测模型更简单。(3)在同一预测模型下,考虑的因素越多,预测模型的预测精度相对越高。     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

土石混合介质水分入渗特性试验研究

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和土壤水分运动规律.为研究碎石含量和碎石粒径对土石混合介质水分入渗特性的影响.利用垂直一维积水入渗试验资料对其进行分析.结果表明:土石混合介质的累积入渗量和湿润锋推进速度均小于细土,碎石含量对累积入渗量和湿润锋的影响存在一个转折点.该转折点因粒级不同而不同;碎石含量对含水量剖面的影响表现为含水量随含石量增加而下降;碎石粒径只对混合介质本身的物理特性有影响,对水分入渗无明显影响.     

裂隙岩质边坡非饱和降雨入渗特征分析

[目的]研究降雨入渗过程中,裂隙岩质边坡渗流场和暂态饱和区的变化规律,为裂隙岩体降雨入渗规律、工程技术及水土保持方面的研究提供支持。[方法]基于非连续裂隙模型,采用Matlab编制裂隙岩体渗透张量的计算程序;基于等效连续介质渗流模型,采用FLAC3D内置的FISH语言编制程序进行非饱和渗流分析。[结果]依托实际工程分析得出了裂隙岩体的渗透张量,在降雨过程中随着降雨强度的增加或者降雨时间的延长,边坡表层区域零孔隙水压力面不断向内部发展,暂态饱和区的范围不断扩大,且暂态饱和区的出现发生在降雨强度大于边坡的入渗率的情况。[结论]采用非连续裂隙网络模型和等效连续介质渗流模型对裂隙岩质边坡降雨入渗分析能较好反映裂隙岩体各向异性和非饱和渗流的特点。     

间歇降雨中土壤含水量分布及其对入渗的影响

通过室内土柱实验,研究了间歇性降雨事件中土壤剖面水分分布特征及其对入渗的影响.实验表明,积水发生时间与雨强和表层5 cm初始土壤含水量密切相关;前期累积入渗量越大.则土壤表面越容易发生积水;间歇入渗过程中,入渗还受间歇时间的影响,相邻入渗事件积水发生时间有提前的趋势.初始事件入渗速度较后续入渗大一个数量级;湿润锋运行速度存在明显的波动,在经历间歇期再分布后,湿润锋运动存在滞后效应,且波动作用较初始入渗更加显著.通过分析,认为土壤水入渗以运动波和扩散波的形式运动,两者交替起主要作用,土壤水分有随含水量升高以运动波传递,随含水量衰减以扩散波形式运动的趋势.     

等高绿篱系统土壤水分入渗特性研究

以等高绿篱(新银合欢和黄荆)前淤积土与石坎梯田为研究对象.探讨等高绿篱系统与石坎梯田不同土层深度、不同距篱/坎的土壤水分人渗特性及其影响因素,并对其土壤水分入渗过程进行模型拟合.结果显示.同一土层,随距篱坎变长,各处理土壤入渗性能坎依次减弱,不同距篱绿篱处理土壤入渗性能存在较大差异,而不同距坎石坎梯田处理土壤人渗性能差异相对不明显,随土层加深,绿篱处理土壤入渗性能相应依次减弱,而石坎梯田处理土壤人渗性能急剧减弱;表层(0-0.15 m)土壤平均人渗性能,石坎梯田处理优于绿篱处理,对于二层(0.15-0.30 m)土壤平均人渗性能.绿篱处理转而优于石坎梯田处理,三层(0.30-0.45 m)土壤,各处理土壤入渗性能基本相当;黄荆处理土壤人渗性能存在明显的空间变化规律,主要通过水平和垂直两个方向来体现.其中水平方向,距篱远近间接反映了黄荆对土壤入渗性能的影响程度,距篱越近,影响越大;土壤容重、砂粘比与有机质对土壤入渗性能均有显著影响.而初始含水量仅对初始入渗率有显著影响,其中砂粘比对初始人渗率、前30 min入渗量影响最大,容重对稳定人渗率影响最大;Green-Ampt模型和Philip模型更适合本研究土壤水分入渗过程描述与模拟,且具有较高的准确性.     

滴灌入渗土壤水分分布的数值研究

采用Brandt点源入渗柱状流物理模型和非迭代的交替向隐式差分法与牛顿迭代法相结合的数值方法对杨陵黏壤土滴灌水分入渗过程进行了模拟，并同室内实验结果进行了对比。结果表明在小滴头流量条件下，数值模型能够精确地用于对滴灌入渗湿润锋、湿润体内含水率分布的模拟。由于本模型在对入渗边界条件的处理上忽略了地表积水的体积．在大流量条件下，地表积水区域大且其形成主要发生在入渗的开始阶段，导致该阶段数值模拟的湿润体内水量较实际值偏低25％。     

肥液间歇入渗土壤湿润特性实验研究

通过肥液间歇和连续入渗实验,分析了肥液间歇入渗土壤湿润特性。结果表明,肥液间歇入渗湿润锋运移速度较连续入渗慢,并随周期数的增加而减小;分析了肥液间歇入渗湿润锋运移的分段模型,提出了由连续入渗湿润锋运移参数计算间歇入渗湿润锋运移距离的简化模型,实例计算表明该方法简单有效;对比了肥液间歇入渗和连续入渗土壤含水量的分布,肥液间歇入渗土壤含水量分布较连续入渗均匀,相同深度土层中入渗水量占总入渗量的比例较大。     

黄土浅层降雨入渗规律研究

[目的]探讨黄土浅层降雨入渗规律,为研究降雨黄土滑坡机理提供理论参考。[方法]以陕西省延安市大路沟滑坡为例,在不同深度裂缝处与非裂缝处布置监测仪器,结合数值模拟手段分析入渗规律。[结果](1)研究区浅层地表通过降雨入渗补给,蒸发排泄。降雨对土体含水量的影响主要体现在土体含水量对降雨的响应时间和响应程度上,存在一定的滞后性,并且随着深度的增加滞后性越明显,蒸发排泄对土体含水量的影响表现在土体的深度和受光面积上,土体的深度越大,土体体积含水量受到蒸发作用影响越小。(2)黄土浅层土体含水量对降雨十分敏感,当降雨量3mm/d时,黄土浅层地表土体含水量基本不受降雨的影响,当3mm/d降雨量40mm/d时,土体含水量随雨水的入渗而变化,并且含水量的变化与降雨量大小成正相关。[结论]由模拟不同工况下雨水入渗过程显示,在雨水入渗过程中,浅层裂缝对降雨入渗深度影响很小,并且研究区黄土入渗深度有限。     

PAM和尿素混施对土壤入渗特性的影响

采用一维垂直积水入渗法,分析PAM与尿素混施对土壤入渗性能的影响.结果表明:PAM和尿素处理均降低了土壤的入渗能力;相对于尿素,PAM对入渗的抑制作用更强;随着PAM用量的增加,入渗率、累积入渗量减小,达到稳渗所需时间显著增加;在同一PAM处理水平下,入渗率、累积入渗量总体呈现随尿素用量增加而减小的趋势,达到稳渗所需时间也有所增加,但是当PAM用量超过0.1％时,由尿素产生的这种差异不显著;入渗结束后,测量土柱各土层含水率,显示土壤含水率随PAM用量增大而增加,尿素对土壤含水率的影响不显著.     

模拟酸雨多次淋溶对红壤入渗特性的影响

采用蒸馏水稀释硫酸溶液获得不同浓度硫酸溶液来模拟不同pH值酸雨,并利用硫酸溶液进行多次积水淋溶红壤试验,揭示多次酸雨淋溶过程中红壤物理特征及入渗特性演变规律。试验结果表明:与对照处理组(蒸馏水)相比较,pH=2的硫酸溶液各次入渗速度平均降低了106%,且随着淋溶次数(x)的增加,平均入渗耗时增加百分比(y)也增加,其关系可用对数函数y=70.94ln(x)+28.53(R2=0.994)描述;pH=3硫酸溶液入渗速度平均降低了20%,随着淋溶次数增加入渗速度衰减;pH=5硫酸溶液各次入渗速度基本保持稳定,且平均入渗速度比对照组快。与初始土壤容重相比较,对照组多次淋溶处理后土壤上层容重减小,下层增大,其他处理各组土壤容重却平均增大了6%,但各处理组的上层土壤容重比下层的小。红壤经不同溶液多次淋溶处理后,其水分入渗速度、扩散度大小关系为:硫酸溶液(pH=5)蒸馏水硫酸溶液(pH=3)硫酸溶液(pH=2)。     

黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

溶液浓度对土壤间歇入渗特性影响实验研究

通过不同溶液浓度土壤间歇入渗实验．研究了溶液浓度对污灌和灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗水分入渗特性的影响．分析了土壤间歇入渗量随溶液浓度增渗的机理，为进一步研究污灌和施肥条件下土壤间歇入渗溶质运移规律奠定了基础。