三工河流域气候、水文变化及其影响

选取三工河流域内的山区和平原区40 a来气候资料和流域内三条河流20 a来径流资料,对气候和径流资料进行计算和相关性分析,结果表明:山区和平原区气温总体都呈上升趋势,90年代是升温幅度最大的年代,冬季气温升高幅度最大;山区和平原区降水整体呈增湿趋势,80年代增加显著,秋季是山区降水增多的季节而平原区降水增加最多的是夏季;三条河流径流量年内分配比较集中,主要出现在汛期,春冬两季径流量很少,90年代较80年代径流量减少,减少310.9×10⁴m³;夏季的降水是影响流域各季节的径流量主要季节,季节气温对流域的径流量变化影响不大。     

东北主要类型旱田土壤持水特性研究

土壤持水特性是对土壤水分有效性的一种反映,不同土壤持水特性存在差异。为了解东北地区主要旱田耕地土壤的持水特性,本研究通过定点采样方法,在不同地区选择了典型的黑土、草甸土、白浆土、碱土、褐土5类旱田耕地土壤,通过压力膜法得出不同水柱压力下土壤水分实测值,并通过Van Genuchten和Garden模型进行模型拟合,相关性极显著,通过Van Genuchten绘制土壤水分特征曲线,从曲线看出,不同类型土壤持水特性存在差异,0～10 cm土层各土壤水分特征曲线差异大、曲线分散,草甸土、白浆土、碱土含水量在各压力下均处于较高水平,褐土最低,黑土居中; 10～20 cm土层土壤水分特征曲线在低吸力阶段差异仍较大,高吸力阶段差异小,褐土含水量最低,草甸土、白浆土、碱土趋于一致,黑土居中; 20～30 cm土层差异减小,褐土、碱土、黑土趋于一致;通过Garden模型计算土壤比水容量,不同水吸力下,褐土比水容量最高,其次是黑土,草甸土、白浆土和碱土比水容量较低,说明褐土和黑土释水能力强;土壤饱和含水量与土壤容重显著负相关,土壤有效持水库容与土壤大颗粒、土壤0. 02 mm的颗粒呈极显著负相关,与0. 02～2 mm的颗粒含量呈显著正相关;草甸土、碱土、白浆土饱和持水库容高,但有效库容低,与褐土、黑土相反。因此,提高土壤持水能力要根据土壤的物质特性提出对应措施。     

砂壤黄土比水容量对土壤容重变异敏感性分析

基于砂壤黄土的室内土壤水分特征曲线系列试验,讨论了砂壤黄土比水容量对Gardner经验模型的适用性,重点分析Gardner经验模型参数对土壤容重变化的敏感性。试验结果表明:Gardner比水容量经验模型对砂壤黄土具有很好的适用性,拟合的决定系数R2均达到0.97以上,具有较好的拟合效果;在低吸力段,比水容量随着土壤干容重的增大而增大,增幅明显;在中、高吸力段,比水容量随着土壤干容重的增大而趋于平缓,因此砂壤黄土容重变异对比水容量的影响主要集中于低吸力段;表征比水容量的Gardner经验模型的两个参数A和B中,参数A的敏感度mA远大于参数B的敏感度mB,土壤容重变异是参数A的敏感因素,参数B的非敏感因素,比水容量曲线参数A、B均与容重变异同方向变化。     

小型集水区降雨径流计算模型研究

用SCS降水-径流模型对陕北渭北多个典型小型集水区降雨径流量进行了分析与计算。结果表明:SCS降水-径流模型考虑了径流与土壤特性和土地利用情况的关系,简单易行,所需参数少,是一种较好的小型集水区径流计算方法,可用于小流域、沟道等小型集水区可集雨量的计算。还分析了模型参数与陕北、渭北土壤分区特征的关系,确定了陕北渭北不同分区的模型参数。     

石油污染对土壤持水能力及供水强度的影响

[目的]研究石油污染对土壤持水能力及供水强度的影响,为有机污染物在土壤中迁移与转化规律研究提供理论基础。[方法]以陕北采油区的主要土壤类型—轻壤质黄绵土为研究对象,人为模拟获得5个不同梯度的石油污染土壤(0%,0.5%,1%,2%和4%),室内测定土壤水分特征曲线,采用Van Genuchten模型拟合获得模型参数,并以此为基础对比分析不同处理土壤持水能力、水分有效性、比水容量之间的差异。[结果]石油污染引起土壤持水性显著降低,污染浓度越大,持水性越低;对土壤水分特征曲线影响的显著区间主要在水吸力(pF)为1.5的低吸力段和水吸力(pF)为3.5以上的高吸力段,石油污染对土壤结构性的影响更加显著;高浓度的石油污染引起土壤有效水含量下降,加剧了土壤的干燥化程度,不利于协调干旱气候与植物需水性之间的矛盾;随着石油污染浓度的增加,土壤比水容量也呈现出显著递减趋势,土壤可利用水分对应的吸力范围相应变窄。[结论]石油污染显著降低了土壤的持水能力及供水强度,加剧了地区土壤旱情,给植物生产和生态环境带来严重危害。     

甘肃省黄河流域水土保持措施减水减沙效益研究

基于1956—2020年甘肃省黄河流域主要水文站径流量与输沙量数据,分析径流量、输沙量的变化特征以及降水量与径流量、输沙量的关系变化,以兰州水文站为例,运用双累积曲线法和回归分析法,分析水土保持措施的减水减沙效益,希望为黄河流域生态保护和水资源规划提供支撑。研究表明：(1)甘肃省黄河流域径流量和输沙量呈现先上升后下降的趋势,径流量发生突变的年份是1984年,输沙量发生突变的年份是1971年,表现出一定的前瞻性;(2)对比计算结果,双累积曲线法的计算结果更加准确,水土保持措施减水效益为49.85%,减沙效益达到77.70%。     

径流曲线数法在黄土高原地表径流量计算中的应用

坡面径流是土壤侵蚀发生的基本动力 ,径流量计算是定量估算水土流失和进行水土保持效益评价的关键步骤。径流曲线数法是美国农业部开发的计算地表径流量的经验模型 ,它有使用简单、有效 ,且适用于资料匮乏地区等优点。介绍了径流曲线数法的基本原理和计算方法 ,并以陕西安塞 2 5个小区的降雨径流资料 (次降雨 )为基础 ,计算了黄土高原地区不同下垫面条件下的曲线数 (CN )值大小 ,并分析研究了 CN值和各影响因子间的关系 ,对该模型在黄土高原地区使用的有效性也进行了评定。     

SCS模型在干旱半干旱区小流域径流估算中的应用

SCS模型是一个只需查与前期降雨量、土壤类型和土地利用方式相关的参数CN(Curve Number),就可计算径流量的模型。但是地区间CN值差别很大,很难获得适合本地区的CN值。利用定西安家沟流域小区1986～1988年的降雨径流观测数据反算CN,然后在统计软件,SPSS下利用逐步回归和曲线模拟函数模拟CN与降雨量、前5天降雨量和坡度的关系,最后得出不同土地利用方式下CN与上述三个因素的关系,并得出相应的模拟曲线。利用1989年的降雨径流时间对模拟结果进行检验。证明得到了较好的结果。     

利用STAR-1进行土壤物理特性时空变异研究初报

研究背景:LISEM(Limberg Soil Erosion Model)模型是目前国际上流行的次降雨土壤侵蚀预测物理模型,在欧洲应用极为广泛,其基本原理是通过对流域内土壤、植被、降雨、水文过程等因子的详细测定,输入土壤物理参数--残余含水量、饱和含水量、饱和导水率、持水曲线和导水曲线及相关系数,运用Darcy,Richard或Green-Ampt入渗公式计算出降雨产生的径流,再应用GIS(Pcraster)系统对流域内不同单元进行叠加,形成流域出口处的径流和侵蚀过程.为了研究该模型在黄土高原的适应性,我们在中欧合作项目"中国黄土高原提高土地资源持续利用及土壤侵蚀模型建立"支持下,在陕北安塞县大南沟小流域开展了一系列研究,小流域土壤物理特性时空变异属其中之一.     

崩岗不同土层土壤水力学特性差异性分析

为研究崩岗不同土层土壤水力学特性的差异性,采用离心法测定不同土层土壤水分特征曲线,筛选出适合的土壤水分特征曲线拟合模型,结合统计模型,推求土壤的当量孔径分布、比水容量、非饱和导水率和扩散率,分析崩岗不同土层土壤水力学参数的变化规律。结果表明,崩岗土层从红土层到砂土层的变化过程中,土壤质地由黏土向砂土变化;Fredlund&Xing模型对崩岗土壤土水特征曲线拟合效果最好;参数θs、α、n随着质地变黏重逐渐减小;随着土层深度的增加,土壤的持水性能降低;土壤比水容量、非饱和导水率和扩散率受土壤质地和基质吸力的共同影响。在低吸力阶段,3个指标随基质吸力变化比较平缓,砂土层土壤比水容量和非饱和导水率最大,扩散率最小;而在高吸力阶段,砂土层土壤的这些指标降低较快,且低于其他土层,各层土壤间导水率和扩散率差异随着基质吸力的增加而增大。     

土壤持水曲线van Genuchten模型求参的Matlab实现

土壤持水曲线是研究土壤水力学性质必不可少的 ,在已经建立的众多数学模型中 ,vanGenuchten模型是目前运用最广泛的模型 ,而运用该模型的关键是其 4个参数的求解。为此 ,本文对同一组东北褐土的土壤水吸力和对应的土壤含水量数据较详细地介绍了Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数的运用 ,得出了该土壤vanGenuchten模型的 4个参数值 ,分别建立了该土壤的vanGenuchten模型 ,并利用Mat lab强大的绘图功能对它们进行了直观比较。最后运用方差分析和残差分析对该模型的计算值与实测数据进行了分析 ,结果表明 :非线性拟合和非线性回归函数求参结果的显著水平均达到p<0 0 0 0 1,残差平方和均小于 0 0 0 0 5 ,其中非线性回归函数的求参结果较非线性拟合好。因此 ,运用Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数对土壤持水曲线的vanGenuchten模型进行求参是切实可行的 ,从而为土壤学工作者寻求出了一条运用数值计算方法的新途径。     

砂粒含量对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征曲线,研究了土壤中砂粒含量对其水分蓄持能力的定量影响.结果表明:(1)砂粒含量对土壤水分蓄持能力有较大影响.土壤持水能力随砂粒含量增加递减,表征土壤持水能力的水分特征曲线Gardner模型参数及表征土壤饱和含水量的Van Genuchten模型参数均随砂粒含量增加逐渐减小.(2)砂粒含量对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一吸力水平下的比水容量值均随其砂粒含量增加递减.(3)试验土壤饱和含水量与砂粒含量呈线性关系,田间持水量、凋菱系数与砂粒含量都呈开口向下抛物线右半段的关系.(4)试验土壤有效水、迟效水含量随砂粒含量增加递减,二者与砂粒含量均呈开口向下抛物线右半段的关系.易效水含量与砂粒含量呈开口向上抛物线关系.     

子午岭次生林区土壤持水力及其与土壤有机碳的关系

通过野外调查和室内分析,就子午岭次生植被辽东栎、山杨、沙棘、狼牙刺、白羊草的土壤持水力及其与土壤有机碳含量的关系进行研究.结果表明,①植被间土壤持水力为:辽东栎＞山杨＞狼牙刺＞白羊草＞沙棘,除沙棘外,各植被土壤持水力和供水力随植被的正向演替而提高.②土壤比水容量即释水能力表现为乔木林大于灌木林和草地.③土壤水分特征曲线Gardner模型参数A、土壤有效水、土壤无效水含量与土壤有机碳含量有很好的相关性,相关系数分别达到0.83,0.80,0.79.     

均质土壤承压下陷模型改进及验证

针对传统土壤承压模型依赖拟合原位承载试验曲线的复杂性或建立在土壤力学参数基础上的预测模型的理想化等问题,该文提出一种改进的土壤承压下陷模型。依据地面力学和土壤力学相关理论将土壤承压力学模型分3类进行简要介绍,分析其各自特点和参数意义。结合土壤承压极限理论的指数形式,提出改进的土壤承压模型。利用庄继德等人的相关试验研究结果进行验证,结果表明砂性土、水稻土的土壤承压下陷计算预测曲线与实际拟合曲线吻合度较好,其中砂土试验的Bekker下陷曲线与改进模型计算所得曲线的决定系数R2为0.9998;利用Bekker文献中的黏性土试验参数数据进行验证,计算所得土壤极限应力值与相应位置贝氏方程拟合应力值误差在5%~21%之间,土壤变形指数求解值与实际值误差在7%~36%之间。该模型普适性、准确性较强,可在测得土体基本力学参数的基础上预测载荷下陷曲线,为研究车辆行驶下陷提供参考。     

基于SCS模型的浅层紫色土柑桔园坡面径流的计算参数确定

利用浅层紫色土坡地柑桔园小区长期试验的降雨径流监测资料,采用SCS方程(Soil Conservation Service Equation)对浅层紫色土坡地柑桔园坡面径流进行计算,表明径流量的计算结果误差很大;反演算获得的曲线参数值与查表对应值差异很大,而与降雨量存在极其显著的二次曲线回归关系。采用建立的二次曲线回归方程计算获得的S值和MSCS(modified SCS equation)曲线方程,对径流量进行推算,结果得到实测数据的验证,计算精度较好。由于浅层沙壤质紫色土坡地土壤侧渗损失较高,不能纳入SCS方程计算获得的地表径流,因此坡面径流量的计算与实测具有较大的差别;产生于坡面径流与降雨统计分析的MSCS方程是对浅层坡地土壤田间尺度坡面径流计算的一个有效探索。     

温度对砂型土壤和石英砂水分特征曲线的影响

为了研究温度变化对土壤和石英砂持水特性差异的影响机理,在离心机试验的基础上结合理论分析,对不同温度下土壤和石英砂水分特征曲线实测数据、低吸力段比水容及Van Genuchten经验模型的拟合参数进行了研究分析。结果表明:温度的变化对土壤水分特征曲线的位置影响显著,对曲线的走势无太大影响;而对于石英砂样本受温度变化的影响并不明显;温度对土壤持水能力的影响很大部分是由土壤中水分的性质和土壤自身性质共同决定的;同时,结合比水容的概念和水分特征曲线的VG模型参数较准确地评价温度变化下两种供试样品的持水性能和水分的有效程度。     

爱河流域单站点下渗实验与分析

对于一次降雨过程,其径流量的大小除了与降雨量有关,土壤下渗也是一个重要的影响因素。据统计,土壤下渗损失量约占总降雨量的30%,干旱地区甚至高达50%。因此,研究每个地区的土壤下渗速率,对于更好地利用水资源,防治水土流失,具有重要的意义。通过对爱河流域梨树沟水文站进行土壤入渗试验,了解该地区土壤入渗规律。并且利用测得数据,分析计算,确定一条单站点下渗曲线,率定其参数,拟合下渗经验公式,进而分析全流域下渗规律,为计算流域降雨产流提供依据。     

淮北主要土壤持水性能及其与颗粒组成的关系

本文研究了淮北主要耕作土壤的持水曲线、颗粒组成和微团聚体组成等物理性质,发现经验方程θ=AS^-B在中、低吸力段对土壤持水曲线有良好的模拟性,F检验都达到0.001的显著性水平。由此推导出比水容量为:C_θ=-(dθ/ds)=ABS^-(B+1),用解析法计算出各吸力值下不同土壤的比水容量,并认为AB值可作为土壤持水性能好坏的评价指标。同时尝试了以对数S型曲线的I型:P=1/a₂+b₂c^-lgD拟合土壤的颗粒大小分配曲线,以Ⅱ型:N(μ,σ)=a₂+b₂ lgD拟合微团聚体分布曲线,得到了较好的结果。并分析了土壤水分性质与其它物理性质的关系,以及这三个拟合方程中各参数的意义与相互关系,说明该区域土壤持水性能与颗粒组成、微团聚体有密切相关。     

黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力影响的模拟试验

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征参数,研究土壤中黏粒质量分数对其水分蓄持能力的定量影响。结果表明：1）黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力有较大影响,土壤持水能力随黏粒质量分数增加而递增。2个水分特征曲线模型——Gardner模型及van Genuchten模型中,表征土壤持水能力的参数均随黏粒质量分数增加而增大。2）黏粒质量分数对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一水吸力水平下的比水容量值均随其黏粒质量分数增大而增大。3）试验土壤饱和含水量、田间持水量分别与黏粒质量分数呈指数、对数正相关,凋萎系数与黏粒质量分数呈指数正相关。4）试验土壤有效水、迟效水含量随黏粒质量分数增加呈先升高后降低趋势,二者与黏粒质量分数均呈抛物线关系,最高点分别出现在黏粒质量分数为35.9%和35.8%处,易效水含量与黏粒质量分数相关性不显著。研究结果可为黄土区土壤水分蓄持机制进一步研究提供一定理论依据。     

根据土壤粒径分形估计紫色土水分特征曲线

选择不同质地紫色土,分别根据土壤颗粒的数量和重量分布计算土壤粒径分形维数,并与Tyler和Wheatcraft土壤水分特征曲线模型的拟合分形维数进行比较分析。结果表明,三种途径获得的分形维数与土壤质地密切相关,均表现出土壤黏粒含量越高,质地越细,分形维数越高。土壤粒径数量分布分形维数(2.98～3.26)和土壤粒径重量分布分形维数(2.73～2.81)存在较大的差异,但二者间却存在显著的线性关系。土壤粒径分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数(2.72～2.84)均存在显著的线性关系,尤其是土壤粒径重量分布分形维数与土壤水分特征曲线模型拟合分形维数数值十分接近。通过建立的土壤水分特征曲线模型分形维数与土壤粒径分布分形维数关系式,结合Tyler和Wheatcraft模型进行土壤水分特征曲线预测,预测值与实测值具有良好的一致性,因而根据土壤粒径分形预测紫色土水分特征曲线是可行的。