Prediction Analysis on Equivalent Resilient Modulus of Clay Subgrade of Water Network Intensive Areas

According to unsaturated soil basic theories, equilibrium moisture of clay subgrade is predicted based on the updated studies of soil suction and soil water characteristic curve. Also, the bilinearity constitutive experience model of resilient modulus of clay soil is presented by triaxial repeated loading tests in laboratory. Using above mentioned results, a prediction method of equivalent resilient modulus of clay subgrade is established by comprehensively considering subgrade moisture and stress condition. Then, based on the concrete engineering, the prediction function of equivalent resilient modulus of the clay subgrade is provided by taking ground water table and subgrade height as centers. Compared with the results of other traditional testing methods on the same test road, the new prediction method may be used in practice. The results provide new perspectives and standpoints to determine the equivalent resilient modulus mechanics features of clay subgrade structure from two aspects of equilibrium moisture and stress condition.     

Matric Suction Effect on Shear Strength of Roadbed Unsaturated Soil

A study which focuses on the role of matric suction in the stress strength of roadbed unsaturated soil was presented. Two types of tests were described, namely, the suction controlled shear test and microstructure scanned test. For the former, four sub tests were conducted under different suction and net normal stress conditions. And two unsaturated soil samples that belong to the same type but with different water contents were scanned. In contrast with clay soil, the corresponding results show that the strength of silty sand soil does not always increase as matric suction increases or soil water content decreases; there exists a peak contributed by matric suction that acts on soil stress strength. The main reason for this kind of phenomenon is due to the typical microstructure of this type of soil and the various types of pore water retention. Additionally, the state of stress in which soil sample meets can also exerts important influence on soil strength.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时，还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低，最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法，进行了雨水在土体中渗流过程的模拟，着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征，描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量，从而使得土体中的含水率累积升高；暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系，暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系；清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程，从该过程看，边坡排水措施的设计值得思考。     

不同耗水强度下节水灌溉稻田土壤含水率与非饱和土层厚度关系研究

为了探索基于土壤非饱和层厚度指导水稻节水灌溉的可能性,研究节水灌溉稻田土壤含水率与非饱和土层厚度的关系非常必要。本文通过设计盆栽试验,针对不同耗水强度开展连续观测,根据实时观测的土壤含水率与非饱和土层厚度,建立起两者之间的定量关系。结果表明：稻田日耗水强度越大,其非饱和土层厚度随时间增加的速率越大,达到最大值所需的时间越短。非饱和土层随时间增加时对应的土壤含水率则随时间下降,两者之间成负相关关系。通过建立土壤含水率与非饱和土层厚度的二次抛物线关系,结果显示将非饱和土层厚度作为水分控制指标指导灌溉精度高、切实可行。最后,将土壤含水率与非饱和土层厚度关系曲线运用到水稻控制灌溉的实践中,推算出土壤含水量下限对应的非饱和土层厚度值,确定以非饱和土层厚度为指标的控制灌溉方法,为黑龙江地区水稻节水灌溉管理技术提供参考,为下一步的水分运动模型率定及模拟更多土质和更多耗水情形下的土壤水分提供依据。     

基于前期降水量和蒸发量的土壤湿度预测研究

为了更好地了解和探讨土壤湿度预测方法,根据衡阳2009-2010年土壤湿度资料和相关气象资料,建立了基于前期降水量和蒸发量的土壤湿度预测模型,并进行试报和验证。结果表明：基于1 mm降水与蒸发的差建立的土壤湿度线性回归模型和基于1 mm降水量和1 mm降水与蒸发的差建立的土壤湿度逐步回归模型试报了2009年8-12月0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层的土壤湿度,线性回归模型预报的平均相对误差分别为10.06%、5.56%、7.14%,逐步回归模型预报的平均相对误差分别为10.05%、5.59%、6.85%。2种模型预测的土壤湿度状况基本能反映旱情发展的动态趋势。模型可为准确预测土壤湿度的变化,为开展气象为农服务和防灾减灾提供参考。     

Hydraulic Balance and Design of Covering System in Landfills

In order to solve desiccation cracks of conventional compacted clay cover system in arid and semi arid areas, three alternative evapotranspiration (ET) covers were proposed.One alternative option configuration consisted of 1m vegetation soil layer and 1m barrier soil layer, while two additional alternatives contained biointrusion barriers layer placed at different depths within the structural profile.Considering precipitation and evapotranspiration, a one dimensional moisture transport model through multilayer unsaturated soil was developed.By the case study of four covering systems under precipitation and evapotranspiration intensity of Dalian city at 1976, it was shown that the compacted clay layer of the traditional landfill cover could not get effective moisture charge.ET cover act as a reservoir during precipitation events and subsequently returned it to atmosphere as evapotranspiration.The biointrusion barriers layer located in the second ET cover design would restrict animal movement and play a key role in drainage.Consequently, these results would be used to assist in decisions making of the landfill cover system in semi arid areas.     

辽西雨养玉米农田土壤水分变化特征及其模拟

土壤含水量是作物生长发育的关键影响因子之一,确定土壤含水量变化及预测土壤含水量变化趋势,对于雨养农业更加有效地保墒、提高作物水分利用效率和增强抗旱防灾能力有着重要的现实意义。利用2008-2011年锦州玉米生长季逢三逢八土壤湿度观测数据,日气温降水数据和2008年玉米生长发育期数据资料,结合CERES-MAIZE土壤水分模块,分析了雨养玉米农田土壤水分时空变化特征和模拟了土壤水分时空变化特征。结果表明：生长季降水并不能反映土壤水分条件的好坏,生长季中雨以下的降水量和降水频次与土壤水分条件的好坏较好的一致性;土壤水分随土层深度而增加,0-40cm土壤含水量平均值和最低值分别是田间持水量的69%-82%和49%-64%;玉米根系生物量与生长时间呈二次曲线关系,所建根系生物量模型解释率达89.7%;耦合根系生物量模型和叶面积指数模型的CERES-MAIZE中的土壤水分模块能够较好的模拟雨养玉米生态系统土壤水分的时空变化特征。     

黄土高原半干旱区春小麦产量变动的影响因子分析

为揭示影响半干旱区春小麦产量波动的环境因子,依据甘肃省定西市农业气象试验站1987—2011年春小麦农业气象观测资料以及文献收集（1993—2013年）获得的春小麦耗水量与产量关系资料,分析了影响黄土高原半干旱区春小麦产量变动的环境因子。结果表明：春小麦产量与5月及主要生育期蒸发量与降水量差呈极显著的负相关关系,且负相关关系受播前土壤含水量的影响,播前土壤水分含量越大,在相同大气蒸发力条件下,春小麦产量越高,反之亦然。春小麦产量与5月份降水量以及播前土壤含水量呈正相关关系,降水量相同,播前土壤水分含量越大,产量越高,在相同土壤含水量条件下,主要生育期大气越干燥,产量越低。有效供水量可以解释60.4%的产量变率,耗水量可解释93.4%的产量变率,温度并不会对研究区春小麦产量变动造成直接影响,其通过空气饱和差影响产量形成。     

朔州市玉米生长季土壤储水量动态研究

为了掌握朔州市玉米生长季土壤储水量变化规律,提高本地区农业种植土壤水分利用率。作者利用1995—2015年山西省朔州市玉米生长季土壤湿度及相关气象要素数据,在研究了土壤储水量与相关气象因子的相关性、土壤储水量旬变化、土壤储水量垂直变化后,分析了朔州市玉米生长季土壤储水量变化规律。结果显示：朔州市玉米生长季,降水量变异系数大于15%,降水量每增加1 mm,土壤储水量增加约0.2 mm。10、20 cm土壤层中,降水量、气温、相对湿度、蒸发等气象因子与土壤储水量的相关性达到60%以上,30 cm以上各层的复相关系数显著下降;0~50 cm土壤储水量旬变化曲线可分为,旱季土壤水分快速消耗期、雨季降水补充期、秋季土壤水分平稳期3个阶段;玉米生长季（5—9月）各月的土壤水分垂直规律相似,0~20 cm土壤储水量变异系数都在20%以上,气象因子对该层的影响较大,30~50 cm变异系数在20%以下,降水无法渗入土壤深层,其他气象要素对深层土壤的影响较小,导其土壤储水量变异系数较小。     

降水与墒情关系及抗旱需水量评估技术研究

为了合理开发利用水资源,提高半干旱地区水资源利用率,为现代农业发展提供更精细化的气象服务,通过研究阜新地区土壤水分与降水量关系及特征,找出了阜新地区土壤水分变化规律,并在此基础上,建立了阜新地区农田抗旱需水量评估方法。结果表明：（1）较大降水后,浅层土壤增墒迅速,几小时内土壤重量含水率可达到最大值,并在20 cm左右土壤中形成1个高含水层;深层增墒相对缓慢,需要十几到二十几小时达到最大值;（2）较大降水发生1天后,10~50 cm层土壤重量含水率达到最大值,然后在无降水的情况下土壤重量含水率缓慢下降,基本呈直线型,直到下一次较强降水的到来,重量含水率再次上升;（3）降水增墒速度大于墒情递减速度;（4）受多种因素影响,降水后10~50 cm层各月土壤增墒率和晴好天气下各月逐日土壤墒情递减率有各自的变化规律。其中,4月、7月降水增墒率相对较小,9月最大,8月次之;4月、5月逐日土壤墒情递减率最小,6—9月相对较大,其中,7月最大。土壤墒情递减率对抗旱需水量中流失的水分计算起到重要作用;（5）实际抗旱需水量大于设定重量含水率所需的含水量,因为要考虑土壤蒸发、作物吸收、深层渗透、降水径流等流失的水分;（6）抗旱需水量评估方法对抗旱方面的政府决策气象服务起着重要作用。可用于自然降水对旱情缓解的分析、节水灌溉工程的精细化气象服务等。     

花生复合系统土壤水分动态与平衡特征研究

花生复合系统是促进低丘红壤区农业水分资源综合利用的重要耕作方式,其在不同时段水分动态、水分平衡和利用过程差异值得进一步探索。土壤表层采用15 bar的先进负压计监测,结合定位法于2001—2003年监测收集了花生生长季花生复合系统、花生单作田间土壤水分、地表径流、降雨资料,分析了花生复合系统对土壤水分动态、降雨影响和水分平衡各要素的影响。分析表明,土壤10 cm与 60 cm水分单作花生地与复合系统在雨季无明显差异,但受降雨过程影响。旱季单作花生10 cm水势降到最低值-344.0 kPa,复合系统水势最低值为-50.6 kPa,60 cm单作花生地水势数值也低于复合系统花生地,旱季复合系统能减少土壤表层的蒸发。3年土壤水分周期动态可分为3个阶段,即水分盈余期、水分消耗期、水分稳定期。花生复合系统旱季表现出较强的耗水作用,2001年7月贮水量减少108.8 mm,2002年8月贮水量减少111.7 mm,2003年7月贮水量减少105.5 mm。花生复合系统平均渗漏量低于花生单作62.2 mm,平均贮水量变化低于花生单作41.8 mm。桔树与花生作物在旱季水分利用方面没有明显的竞争作用,花生复合系统系统的表土水分保持作用和生态效应明显。     

柴达木盆地东部浅层土壤水分增量对降水的响应

分析浅层土壤水分增量变化对降水量的响应，以期为干旱区藜麦推广种植提供气象科学依据。利用2018—2021年4—10月柴达木盆地东部2个自动土壤水分监测站数据，包括降水量、降水前土壤含水量、降水期间平均气温以及降水历时等资料，利用Excel和SPSS进行统计分析。结果表明：（1）在生长季，与德令哈相比，乌兰小降水事件偏少4%，大降水事件偏多6%，两地土壤水分增加对降水的响应均有滞后性，根据土层深度和降水强度的不同，单次滞后时间在1~63 h之间。（2）同量级降水条件下土层水分增量随深度增加响应逐渐减小，随着降水量级的增大，同深土层含水量响应增大。（3）当累计降水< 5 mm时，0~10 cm土层水分增加有响应；当累计降水为5~10 mm时，0~40 cm土壤含水量以降水前地表含水量的不同而不同程度地响应；当降水量>10 mm时，0~40 cm各层土壤平均含水量增加响应明显。（4）0~10 cm土层含水量对降水的响应与降水期间气温呈不显著的负相关；与降水前该层含水量呈正相关，乌兰显著、德令哈不明显；与降水历时相关性表现显著(P<0.01)。结果可为藜麦各生长期需水量、雨后吸水量及灌溉作参考。     

气象因子对四川不同质地浅层土壤水分的关联分析

[目的]为了进一步预测和定量评估四川农作物区不同土壤质地类型下,气象要素对土壤水分的影响程度,[方法]利用土壤水分和气象资料,采用灰色关联度分析方法,探讨了气温、相对湿度、风速、地面温度、日照时数5个气象因子对10种不同质地类型浅层10 cm土壤水分影响情况。[结果]结果表明：各气象因子对不同质地类型的关联序不尽相同,湿度和风速对浅层土壤水分影响相对较大。无降水天气条件下,湿度和风速对砂土类和壤土类影响较大,而温度和地温对砂土类影响较小,日照对壤土类影响最小;湿度对粘土类影响最大,温度影响最小,地温次之。有降水天气条件下,湿度和风速对砂土类影响较大,气温和日照较小;各气象因子对壤土类影响各不相同,仅日照相对稳定;湿度和风速对粘土类影响最大,地温次之。[结论]因此,土壤水分的变化,应根据不同质地的类型和天气条件,找出与气象因子影响主要因素及影响程度,才能更好的掌握土壤水分变化规律,有效合理的利用土壤水分资源。     

Effect of Mulch and Irrigation Water Amounts on Soil Evaporation and Transpiration

Soil evaporation, transpiration, evapotranspiration, and yield of pepper as affected by mulch and five amounts of irrigation water were studied in greenhouse pot experiments during 1996 (March 26–July 13). Five different amounts of irrigation water were imposed on covered and open soil surface clay loam soil in five replicates. Water losses by evaporation and/or transpiration were measured daily by weighing. Irrigation water was applied once weekly. The amount of irrigation water added to each treatment was determined from the differences in weights.
Covering soil surface reduced the required amount of irrigation water. With deficit (under) irrigation, the reduction in applied irrigation water was about 14%. and increased to 29 % with excess (over) irrigation. Transpiration in covered soil surface treatments were higher than transpiration in open soil surface treatments with limited irrigation water applied, With limited (deficit) irrigation, increasing irrigation water applied decreased the percentage of soil evaporation and the contribution of soil evaporation to crop evapotranspiration. With excess irrigation, increasing water applied increased the percentage of soil evaporation and its contribution to the total evapotranspiration. Soil evaporation reduced pepper yield significantly, and this might be owing to the reduction in the available soil water associated with limited-to-complete irrigation.     

基于人工神经网络理论的土壤水分预测研究

土壤水分含量是影响作物生长的重要因素,精确的预测技术对水资源的合理利用与管理具有重要的指导意义。利用人工神经网络理论,建立了以降水量、蒸发量、相对湿度和地下水埋深为输入因子,土壤水分含量为输出因子的预测模型,并对其预测精度进行了评价。结果表明,BP神经网络模型预测土壤含水率的最大误差为8.66%,平均误差为4.27%,预测精度达到0.989。模型具有较高的预测精度,其结果可为制定合理的水资源调配方案和调度计划提供科学依据。     

不同底墒条件下补灌对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响

我国黄淮平原水资源紧缺,而且年际间降水量及其时间分布存在较大差异,探明不同底墒条件下补充灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的调节效应及其生理基础,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2013—2014和2014—2015年冬小麦生长季,在播种期0~100 cm土层土壤贮水量分别为201.5(A)、266.3(B)和317.0mm(C)3种底墒条件下,各设置4个补灌水处理,包括不灌水、拔节期+开花期补灌、越冬期+拔节期+开花期补灌、播种期+拔节期+开花期补灌,研究不同处理冬小麦耗水特性、旗叶光合、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的差异。结果表明,冬小麦生育期总耗水量和土壤水消耗量均随播种期底墒的提高而增加。在底墒A和B条件下,冬小麦主要消耗降水和灌溉水。提高播种期补灌水平或于越冬期补灌,冬小麦在底墒A条件下对土壤水的消耗量显著增加,在底墒B条件下对土壤水的消耗量显著减少。在底墒C条件下,冬小麦耗水以土壤水为主,其次为降水,再次为灌溉水;播种期或越冬期补灌显著增加生育期总耗水量,对土壤水消耗量则无显著影响。于播种期、拔节期和开花期补灌,冬小麦在底墒A条件下可获得较高的籽粒产量,但水分利用效率较低;在底墒B条件下籽粒产量和水分利用效率均较高;在底墒C条件下,仅于拔节期和开花期补灌即可获得高产和高水分利用效率,播种期和越冬期无需补灌。综上所述,播前底墒是实施冬小麦合理补灌的重要依据。     

干旱胁迫对土壤水分动态及玉米水分利用效率影响研究

为研究干旱胁迫效应下土壤的水分动态及玉米水分利用效率,设置干旱胁迫处理和正常灌水处理2种模式,比较不同处理下土壤的水分特征、耗水规律和水分利用效率。结果表明：作物进入拔节期以后,干旱胁迫效应明显,土壤水分开始显著低于正常灌水处理;灌溉后的作物耗水量显著高于干旱胁迫处理,灌溉是影响研究区域玉米生长水分条件的主要因素,玉米进入生殖生长阶段后灌水较不灌水处理的日耗水量增长幅度达到了1.4~7.0倍;干旱胁迫对玉米产量造成严重影响,产量下降54.6%,但是水分利用效率较正常灌水处理高27.3%。     

基于Sentinel多源数据的晋南农田地表土壤水分反演

通过遥感数据反演农田地表土壤水分,对农作物干旱、长势监测及估产有重要指导作用。以山西省闻喜县冬小麦种植区为研究区,利用水云模型去除植被影响,建立土壤直接后向散射系数与土壤含水量的关系,反演闻喜县2018年3月19日冬小麦种植区土壤水分。结果表明：协同Sentinel-1微波和Sentinel-2光学影像数据能够去除植被影响提高土壤水分反演精度,VV极化决定系数R²提高0.0914,均方根误差RMSE减少0.0895%。闻喜县中部河谷平原以及东南和西北部的台地土壤处于轻度干旱状态,西南部丘陵和东部山地土壤处于中度干旱状态。反演的土壤水分空间分布结果与地形起伏、灌溉条件和地力等级有较好的空间一致性,地形起伏低、灌溉条件良好的农田土壤水分含量高。     

不同肥力水平的土壤紧实度与含水量的相关度分析

为探讨不同肥力条件下土壤紧实度值对含水量的依赖程度，选择质地相同肥力不同的3个田块监测土壤紧实度和实时含水量，分析不同肥力水平土壤的紧实度与含水量的相关程度，揭示不同肥力水平的土壤条件下，土壤紧实度对含水量依赖程度的差异。结果表明：0~25 cm土层范围内，同一田块各土层之间的土壤紧实度对含水量的依赖程度没有显著差异；但在土壤质地相同、肥力条件不同的情况下，土壤含水量对土壤紧实度影响的强弱程度存在明显差异，表现为土壤肥力越低，土壤紧实度对含水量的依赖程度越强。研究表明，在土壤健康评价过程中，当土壤肥力条件较好时，可以适当降低土壤水分对紧实度影响的权重水平，而肥力条件差的土壤，在对土壤紧实度进行拟合时，应充分考虑土壤水分条件的影响。     

花岗岩残积土的土-水特征曲线参数概率

土-水特征曲线（SWCC）用于描述非饱和土中含水量与基质吸力的关系，在非饱和土力学中具有重要的作用。在SWCC拟合模型中有多个拟合参数，各值通过实验方法获得且具有很大的不确定性。采用贝叶斯理论对拟合参数的不确定性进行分析，将SWCC拟合参数作为随机变量，采用Van Genuchten模型拟合花岗岩残积土的土-水特征曲线试验数据。以马尔可夫链蒙特卡罗方法的延迟拒绝适应性算法获得模型参数后验分布抽样，获得了不同置信区间的SWCC及其对应参数值。