泾阳南塬黄土边坡饱和渗透系数变异性分析

[目的]研究泾阳县南塬耕植土下部黄土层饱和渗透系数空间变异性特征,为研究水的渗透对黄土滑坡的影响提供依据。[方法]通过室内变水头渗透试验测定泾阳县南塬54个测试点的垂直饱和渗透系数和水平饱和渗透系数,并用传统统计学和地统计学方法进行分析。[结果]探槽取样区的饱和渗透系数在10~(-2)~10m/d范围之内,平硐取样区的渗透系数明显小于探槽渗透系数值,在10~(-4)~1m/d范围之间。探槽垂直方向空间相关程度中等,变程为5.05,水平方向空间相关程度强,变程为3.50;平硐垂直方向空间相关度中等,变程为17.46,水平方向空间相关程度弱,变程为16.00。[结论]黄土边坡饱和渗透系数的空间变异性较强。     

泾阳南塬黄土滑坡的运动规律与液化效应

[目的]查明滑坡的运动特征及其影响因素,探讨滑坡的运动规律与内在机制,为区域防灾减灾工作提供理论借鉴。[方法]以泾阳南塬黄土滑坡为例,通过现场调查及槽探查明了滑坡的运动特征,采用统计学方法分析了滑坡的运动规律,在此基础上,探讨引起滑坡运动特征分异的"液化效应"。[结果]按照运动特征将泾阳南塬黄土滑坡划分为流滑型和滑动型两类,流滑型滑坡的滑距一般为坡高的4倍,滑动型滑坡的滑距约为坡高的2倍。1.50×10~5 m~3可近似的认为是研究区内"足以形成最大液化程度的最小滑体体积"。[结论]滑体体积及边界条件对滑坡运动液化影响显著,一般情况下滑坡体积越大、滑动边界越简单,运动液化程度就越高,运动距离也就越远;而体积越小、滑动边界越复杂,运动液化程度就越低,运动距离也就越近。     

泾河南塬黄土的渗透特征及孕灾机制

[目的]分析泾河南塬黄土的渗透各向异性特征,并探讨该地区滑坡的孕灾机制,以期为黄土分布区雨水入渗型滑坡的灾害防治提供指导。[方法]通过野外调查和渗透试验,分析该地区裂隙土以及不同土层的渗透特征。[结果]裂隙土的渗透系数远大于均质土,裂隙的存在为水的入渗提供优势渗流通道。不同土层渗透系数对比表明,马兰黄土因大、中孔隙多以及节理裂隙发育,其渗透系数最大,而古土壤的渗透系数最小。[结论]泾河南塬黄土具有明显的渗透各向异性,水与裂隙共同作用已成为该地区的一种恶性灾害链模式。     

黄土沟壑区不同地形部位土壤大孔隙特征研究

切沟沟底、沟缘和坝地侵蚀发生和发展的过程不同,通过采集三种地形条件的原状土柱,利用CT扫描手段揭示土壤大孔隙随地形和深度变化的规律。结果表明:(1)三种地形条件对土壤大孔隙参数具有显著影响;与已有结果相比,地形条件对土壤大孔隙参数的影响弱于植被的作用;(2)不同土层(厚50 mm)大孔隙参数差异显著,沟缘土壤大孔隙度均值和变异系数在102 mm深度具有上下分异明显的特点;(3)大孔隙数分别与黏粒含量和饱和导水率呈显著和极显著负相关关系,沟底土壤大孔隙的连通性较沟缘和坝地更好。沟底和沟缘土壤的大孔隙通道主要受植物根系作用影响,坝地土壤大孔隙受长期淤积和水分渗透作用影响,上述因素造成三种地形条件土壤大孔隙特征产生差异。     

渠道渗漏对黄土斜坡稳定性影响研究——以泾阳南塬庙店滑坡为例

以泾阳庙店滑坡为研究对象,在非饱和土特性试验基础上,结合野外地质调查结果建立典型斜坡的饱和-非饱和渗流模型,模拟渠道渗漏对于斜坡渗流场的影响,研究了渠道渗漏对于斜坡稳定性的影响。计算结果显示,渠道渗漏引起的水分入渗湿润锋面呈近似椭圆状增大,使得饱和区域面积逐渐增加;当入渗时间足够长时,地表水入渗开始补给地下水,原始补给排泄平衡遭到破坏、之后又逐渐形成新的平衡。在渠道水渗漏与地表水入渗优势通道共同作用下,斜坡稳定性系数随渗水时间的增长而逐渐减小。该地区滑坡发生的主要原因是长期农业灌溉过程中,渠道渗漏水体长时间入渗,改变了斜坡内部孔隙水压力与基质吸力,改变了斜坡的原有的渗流场,降低斜坡土体抗剪强度所致。     

青海湖流域土壤大孔隙特征与理化性质的相关性研究

土壤大孔隙是土壤水分、空气和化学物质运移优先流的主要途径。本文以青海湖流域土壤为研究对象,在青海湖沙柳河流域取原状土柱,利用CT扫描与Fiji软件相结合的方法,实现了土壤大孔隙结构的三维可视化,以及断层横截面土壤大孔隙度、大孔隙数量和大孔隙等效直径等的量化;并探讨了样地土壤大孔隙特征与理化性质的相关性。结果表明:青海湖流域土壤大孔隙主要分布在土壤表层0~100 mm,100 mm以下大孔隙较少;土壤全磷含量分别与土壤大孔隙数量、大孔隙等效直径有显著相关性;土壤全氮、有机质含量分别与土壤大孔隙平均等效直径有显著相关性;土壤体积质量与大孔隙度、大孔隙平均等效直径等有显著相关性;土壤中0.002≤Ф0.02 mm的颗粒含量与大孔隙的分布特征相关性较大。     

黄土的大孔隙特征和大孔隙流研究

介绍了大孔隙流的概念和研究进展,对大孔隙的类型和在水文学上的分类方法进行了分析,并对大孔隙在土壤水分运动中的作用以及理论模式进行了探讨,分析了黄土的大孔隙发育特征和类型。论述了黄土区大孔隙流研究的必要性。     

免耕对土壤剖面孔隙分布特征的影响

探明长期免耕措施对土壤孔隙特征、土壤结构及土壤水分参数等影响,可为阐明在小麦、玉米轮作过程中,长期进行免耕对土壤剖面物理特征的改善及其作用机理提供科学依据。采用CT扫描法定量分析了免耕和常规耕作0~100 cm土层土壤孔隙(80~1 000μm、1 000μm、80μm)的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征,同时采用常规方法测定了土壤大团聚体、土壤容重、有效水含量及饱和导水率等。结果表明:长期免耕不仅提高了土壤1 000μm、80~1 000μm、80μm孔隙数,且其孔隙度也相应提高,较常规耕作孔隙数分别提高55.3%、58.2%、57.9%,孔隙度分别提高97.4%、39.4%、72.6%。同时土壤孔隙形态也得到了改善,孔隙成圆率提高。对不同土层而言,免耕更利于提高0~25 cm土层80~1 000μm和80μm孔隙数以及0~45 cm土层1 000μm孔隙数,且显著提高了0~20 cm和25~40 cm土层1 000μm、80μm及0~20 cm土层80~1 000μm的土壤孔隙度。说明长期免耕对土壤剖面孔隙的分布产生一定影响。此外,免耕提高了0~25 cm土层土壤的有效水含量、0~55 cm土层饱和导水率和0.25 mm水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,其作用深度在55 cm以上土层。通过CT扫描测得的土壤孔隙参数与常规方法测定的土壤物理参数之间存在极好的相关性,说明可从微观土壤孔隙特征来表征宏观的土壤物理性质。总之,长期免耕有利于改善土壤结构和土壤孔隙状况,提高土壤的渗透能力及土壤水分的有效性,促进作物的生长。     

稻壳与稻秆灼烧灰颗粒的微观形态特征及其能谱分析

应用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱(energy disperse X-ray microanalysis,EDX)结合联用技术对稻壳和稻秆在600和815℃下灼烧产生的灰渣的微观形态特征及其元素组成进行了全面地研究,并考察了不同灰化温度对生物质灰的粒度分布、微观形态、颗粒表面、内部结构及元素组成等方面产生的影响。结果表明:灰化温度升高,灰粒的粒度减小,且分布较均匀,稻壳灰中多为团状颗粒,而稻秆灰以棒状颗粒居多;对于600℃稻壳灰,部分灰粒仍保留着稻壳的原始纤维结构,且灰中存在许多松散状的密实小颗粒,但并未出现粘结团聚,而600℃稻秆灰表面存在大量粘连着小颗粒的絮状物,表明此时灰中已经出现低熔点成分熔融而产生的弱粘结;815℃时2种生物质灰粒表面都出现熔融态的碱金属物质和以玻璃体突起形式存在的石英结构,而且都存在明显的团聚结渣现象;稻壳灰与稻秆灰的主要组成元素是C、O、Si、K和Ca,较少的Mg、Al、Fe、P等也被检出,而S只在稻秆灰中检出,稻壳灰中未检出S元素;灰化温度升高,稻壳灰的K含量明显下降,而稻秆灰中K、Na、Ca的含量变化较小,但是Cl、Fe、Al的含量均明显下降;稻秆灰的K、Na、Ca和Cl含量都远高于稻壳灰,稻秆灰比稻壳灰更易造成设备腐蚀、结渣等危害。     

基于CT扫描的煤矿排土场土壤孔隙三维多重分形特征

土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。本研究基于Math Works Matlab(2009a)平台,在对土壤孔隙CT扫描图片三维重建的基础上,运用多重分形理论对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤(23年、20年、0年)以及原地貌土壤进行三维多重分形定量表征,以探讨重构土壤孔隙空间分布规律。结果表明:重构土壤孔隙三维结构具有多重分形特征,信息熵维D1、广义维数谱曲线弯曲程度△D、多重分形谱谱宽△α随着复垦年限逐渐增大,土壤孔隙状况得到改善,土壤孔隙分布越趋于复杂,变异程度较高;重构土壤及原地貌土壤孔隙三维分布多重分形谱函数△f0,呈左钩状,大概率孔隙占主要地位,孔隙分布不均匀。多重分形参数D1、D0-D1、△D、△α、△f间具有较好的相关性,从不同角度上反映了土壤孔隙三维分布的非均质性。     

黄土高原南部侵蚀能量组成与分级特征

以黄土高原南部3～15°缓坡耕地为对象,以彬县、永寿、西峰、黄龙、耀县、淳化149场侵蚀性降雨为样本,研究得出本区侵蚀降雨能量最大值为2 160.42 J/m     

唐代陕西黄土高原中南部地区洪涝灾害与气候特征

鉴于洪涝灾害对陕西黄土高原中南部地区的生态建设与经济发展影响重大,基于洪灾历史文献记录,结合数理统计、距平分析、连续小波变换及湿润指数等方法,对唐代(公元618—907年)陕西黄土高原中南部地区洪灾发生规律与气候变化进行了分析。结果表明:洪灾发生频次可分为4个阶段:618—637年与728—847年为洪灾高频期; 638—727年与848—907年为洪灾低频期; 受夏季风影响,洪灾发生频次整体变化趋势呈波动下降趋势; 洪灾等级具有2～5 a,5～9 a,20～30 a及52～80 a的周期,推测洪灾的发生与ENSO及PDO正负相位存在一定联系; 空间上,崂山以南的黄土高原沟壑区为洪灾多发区; 气候干湿特征表现为618—637年气候偏湿,638—837年整体偏干但存在10 a及20 a尺度气候偏湿的时期,838—907年以约10 a尺度进入干湿交替状态。唐代陕西黄土高原中南部地区较大洪灾年份与降水持续时间较长、暴雨这类极端降水事件及气候波动频繁存在联系。     

黄土高原地区年极端气温的变化特征

根据黄土高原地区58个气象站点1960-2011年年平均气温和年极端最高、最低气温数据,应用Kriging空间分析法、Mann-Kendall突变检验法对其时空分布特征进行分析.结果表明,(1)1960-2011年黄土高原地区的年平均气温和年平均极端最高、最低气温均呈升高趋势,且除年最低气温外均高于全国平均水平;三者的突变年份分别为1991、1998、1982年.(2)近52a来,该区年平均气温自西北向东南逐渐增加,气候倾向率自南向北逐渐增加,增温突变年份由西北向东南逐渐推迟;年平均极端最高气温在东北、西南部最小,中部较高,气候倾向率在西部、东北部最大,南部最小;年平均极端最低气温自西北向东南方向逐渐升高,气候倾向率北部大于南部,突变年份自西向东逐渐变早.(3)近52a来,该区经历了明显的由冷变暖的增温过程且年极端最低温度的升高对年平均气温升高的贡献最大,研究区极端气温的升高加剧了气温的极端化发展.研究结果对了解极端温度变化对农业生产带来的不利影响具有参考价值.     

黄土高原与俄罗斯平原南部干旱地区人工林营造策略分析

通过对比中国黄土高原地区与俄罗斯欧洲部分东南部地区森林生长状况,分析了人工林系统的异同点,探索了可持续的人工造林策略.认为必须通过重新分配大气降水而补充林下土壤水分来改善人工林的生长状况和缓解土壤干化,在中国黄土高原地区可通过调节暴雨径流来实现,而在俄罗斯可通过集中降雪和调节融雪径流实现.     

黄土高原坡面带状植被土壤水分有效性的空间分异特征

对黄土高原柠条和山杏2种带状格局植物篱20cm土层处土壤水分有效性的空间分异及动态变化进行了分析。结果表明:(1)2种带状植物篱带内、带前、带间、带后土壤水分有效性均差异显著(P0.05)。柠条植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而提高,而山杏植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而降低。(2)土壤水分有效性分级比较表明,柠条植物篱带间土壤水分为中效水,带后、带前、带内均为难效水,而山杏植物篱带内土壤水分为易效水,带后和带间均为中效水。(3)在土壤持水性能方面,柠条植物篱最大持水量表现为带间(69.91%)、带内(62.54%)高于带后(60.31%)、带前(56.52%),而最小持水量为带间(53.20%)最高、带内(33.05%)最低。山杏植物篱带间土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量分别是带内的1.05,0.96,1.35倍。(4)在20—100cm土层内,柠条植物篱各部位土壤体积含水量除在40cm土层处差异不显著外,其他各土层均差异显著(P0.05)。在表层(20cm)表现为带内带后带前带间,随着土层深度的增加带内土壤体积含水量逐渐降低,带间土壤含水量逐渐增加。山杏植物篱各部位土壤体积含水量基本相同,且增减变化一致,土壤含水量不受植被带距离的影响。(5)在降水条件下,柠条植物篱各部位土壤水分有效性空间动态变化表现为带间带后带前带内,山杏植物篱各部位土壤水分有效性动态变化表现为带内带后带间。(6)柠条植物篱系统带内和带间在20—200cm土层内为干层;梯田在60—200cm土层内为干层;植被严重影响着土壤干层的厚度及分布;干层化程度表现为柠条植物篱带内带间梯田。在进行植被恢复重建时应考虑当地的降水变化、土壤理化性质、植被类型,选择适宜的植被类型,并合理设置种植密度,才能减少因土壤干层化引起的土壤水分亏缺对植被恢复重建的影响。     

马兰黄土渗气性试验研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪对不同类型的原状风干和重塑的马兰黄土进行渗气试验,分析土样体积、渗径、干密度、取样深度等对渗气率ka的影响,并利用扫描电镜(SEM)试验得到的孔隙结构参数解释黄土渗气特性。结果表明:渗气率ka不仅是气体渗透特性的衡量指标,也是描述非饱和马兰黄土孔隙和结构特征的重要参数。不同体积的土样由于尺寸效应,其渗气率随着土样体积的增大而增大。另外,渗气率随着渗径、干密度的增大而减小。对比3种不同类型黄土的透气性试验结果和电镜照片,并结合统计的孔隙结构参数,得出渗气率在区域和深度上有一定的规律,区域上黄土颗粒中黏粒含量增高,总孔隙和大孔隙面积减小,土体有效渗气孔隙减少,重塑黄土的渗气率随着取土深度的增加有微小的减小。     

黄土高原天然草地根系主要参数的分布特征

采用土钻法对黄土高原天然草地群落根系的垂直分布特征进行调查研究,同时用根系扫描仪EPSONTWAINPRO（32bit）和专业的根系形态学和结构分析应用系统WINRhizo对根系长度、根系表面积和根系体积等主要根系参数进行分析。结果表明,在15个均匀分布的采样点上,同一深度上不同径级根系之间不存在显着差异。不同径级根系的主要根系分布参数具有相似的分布规律。所有径级的根系都集中分布在表层40cm的土层中,在40cm以下的土层中根系分布相对较少。在所有径级的根系中,直径范围在0.2～0.6mm之间的根系具有最大的分布值。