黄土地区水土保持林地土壤入渗规律的研究

运用土壤物理学和土壤水动力学的理论和方法对晋西黄土地区水土保持林地土壤入渗进行了分析和计算，用Ｐｈｉｌｉｐ半解析迭代、递推的方法，求出了不同林地的Ｚ（θ，ｔ）函数和入渗方程。通过对理论公式计算值和实测值的比较，发现二者吻合甚好，证明所求的非饱和土壤水分运动方程的Ｐｈｉｌｉｐ解反映了研究地区土壤入渗的基本规律。同时计算结果表明，对于该研究地区的各种地类Ｐｈｉｉｉｐ入渗方程级数解，只取前三项即可满足精度要求。     

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。     

壤中流形成机理的数学描述

壤中流作为径流基本成分之一已为许多国内外学者所证明，但由于其形成空间—包气带土层的物理性质及其构造的复杂性，以及土壤水运动方程解析法的多维局限性，很难用土壤水运动方程准确地加以描述，本文对包气带土层概化后用饱和下渗理论和非饱和下诊理论分析了等强度ｉ降雨的垂直入渗过程及壤中流的形成过程，继而总结出壤中流的形成机制及其产生的必要条件。     

保护性耕作的不同因素对降雨入渗的影响

通过 2次人工模拟降雨试验 ,研究了机械化保护性耕作以及秸秆覆盖、表土耕作及机具压实 3因素对降雨入渗的影响。结果表明保护性耕作有延缓径流 ,增加降雨入渗的作用 ;秸秆覆盖和机具压实是影响降雨入渗的主要因素 ,表土耕作的影响相对较小。在土壤干燥 ,降雨强度为 72 mm.h-1的条件下 ,保护性耕作处理与传统翻耕处理比较 ,其地表产生径流的时间延迟 12～ 16 min,且稳定入渗率提高 1.5～ 1.6倍 ;分析各因素的影响可知 ,秸秆覆盖使径流延迟 8min产生 ,稳定入渗率提高 1.1倍 ;机具压实使径流早 7min产生 ,稳定入渗率降低 4 7.5。进一步研究压实程度和覆盖率对降雨入渗的影响 ,结果表明 :秸秆覆盖率越高 ,径流开始的时间和土壤含水量达到饱和的时间越晚 ,且稳定入渗率越高。在所试的秸秆覆盖率范围 (0～ 70 )内 ,同等降雨条件下 ,随着秸秆覆盖率的增大 ,径流量近似按二次曲线减少。随着土壤含水量的增大 ,秸秆覆盖对降雨入渗的作用减弱而压实的影响增强 ,压实可使表层土壤的体积质量增大 ,土壤入渗性能降低。在土壤含水量较高 ,降雨强度为 82 .5 mm.h-1条件下 ,压实使径流产生时间比无压实的早 13min,使稳定入渗率降低86 .8。机器质量越大 ,压实影响的深度越大。试验表明 ,小拖拉机和中型拖拉机都使     

黄土坡面定雨强入渗产流物理基础模型研究

【目的】建立具有物理基础的坡面降雨入渗产流模型,为降雨有效性和产流特征分析奠定理论基础。【方法】根据土壤水分运动的基本理论,分析降雨条件下土壤入渗的特征,建立入渗产流模型,并在室内进行不同降雨强度和坡度情况下黄土坡面降雨入渗产流试验,通过对试验数据的分析,确定模型参数。【结果】在分析积水入渗条件下Philip入渗公式特点的基础上,建立了基于长历时Philip积水入渗公式的降雨产流模型。该模型显示,地表积水时刻与雨强、吸湿率和土壤饱和导水率相关。【结论】利用室内模拟降雨资料对所建立模型进行了评估,表明其可以反映坡面降雨入渗产流的基本特征,可用于黄土坡面降雨入渗产流过程的分析,为坡面降雨径流过程的描述提供了新途径。     

等高植物篱笆条件下红壤坡耕地水土流失的发生特征

研究了红壤坡耕地植物篱笆条件下的水土流失特征、土壤入渗特性及径流量、侵蚀量、侵蚀雨量、降雨量、入渗量的发生特征.结果表明,与大豆单作相比,黄花菜(Hemerocallis citrirna Baroni)和百喜草(Paspalum. notatum Flugge)植物篱笆的径流量和侵蚀量分别减少10.14～11.56倍和135.34～165.84倍;植物篱笆处理和大豆单作处理的径流量、侵蚀量与可产生侵蚀的降雨量之间呈极显著正相关,建立了相应的降雨产流、降雨产沙、径流侵蚀回归模型,同时建立了降雨入渗、入渗产流、入渗侵蚀的回归模型.植物篱笆水土保持的本质原因是植物篱笆地下部根系显著改善了耕层土壤的物理性状;显著增强了土壤的入渗能力,植物篱笆带能在较长的时间内维持较高的土壤入渗量和较大的稳定入渗速率.     

旱地棉花抗旱增收的有效途径

旱地棉花由于没有灌溉条件，生长期内只有靠土壤贮水和降雨保证棉花的水分需求。纯旱作条件下，充分利用土壤水和自然降雨是稳定提高产量和质量的有效途径。     

黄丘区不同地类的降雨入渗试验

土壤降雨入渗特征研究是分析土壤侵蚀过程和选择水土保持措施不可缺少的因素。在降雨过程中,雨水入渗愈多,地表径流愈少,反之地表径流愈多,土壤冲刷则愈严重。研究不同地类的降雨入渗,对防止水土流失及制定水土保持综合治理措施有着理论和实践的双重意义。为获得不同地类在暴雨     

不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响

利用人工模拟降雨试验,研究了不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响,并采用有限差分法对入渗过程进行了数值模拟。结果表明,土壤入渗速率的计算值与实测值吻合较好,且耕作管理措施可明显增加坡面土壤的水分入渗,在相同入渗时间情况下,土壤稳渗速率大小排序为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直线坡,在中小坡度和中小雨强条件下,这种特征表现更为显著。     

旱地棉花抗旱增收的有效途径

旱地棉花由于没有灌溉条件,生长期内只有靠土壤贮水和降雨保证棉花的水分需求。因而研究纯旱作条件下,充分利用土壤水和自然降雨是稳定提高产量和质量的有效途径。     

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。     

降雨对非饱和土路基含水量的影响分析

降雨对非饱和土路基的含水量具有较显著影响。基于路基内部水运动原理，分析了降雨对路基的浸润作用；研究IEM和FDEM降雨模型雨水入渗路基机理，导出了降雨作用下雨水入渗路基深度公式；研究了降雨作用下非饱和土路基的饱和一非饱和流，基于一般渗流方程，初步推出了降雨作用下非饱和土路基的饱和一乍饱和渗流公式。分析结果表明，降雨作用下的路基渗流的深度可达100.0cm以上，含水量的变化可达15％。     

土壤水对降水和地表覆盖的响应

该文试图通过坡面径流场试验，对无覆盖、秸秆覆盖和石子覆盖的径流小区内土壤水进行连续定位观测，以期探讨太行山区土壤水对降水和覆盖方式的响应. 结果表明，长期干旱条件下，特别是当30 cm土层土壤含水量低于20%时，单次降水很难入渗至30 cm以下； 从响应时间看，在30 cm深处，石子覆盖响应最快，秸秆覆盖次之，无覆盖响应最慢； 在60 cm深处则不同，秸秆覆盖响应最快，石子覆盖次之，无覆盖响应最慢； 100 cm处石子覆盖土壤水最先增加，而秸秆覆盖则滞后了10 h，无覆盖响应最慢； 无覆盖处理30 cm土壤含水量比石子覆盖平均低0.13 cm3/cm3，比秸秆覆盖平均低0.07 cm3/cm3，表明覆盖有利于土壤水的保存. 秸秆覆盖对60 cm土层入渗的效果比石子好，然而，石子覆盖的保水效果却好于秸秆覆盖.      

灌溉水对地下水补给的研究

以土壤水动力学理论为基础，建立了灌溉水入渗蒸发条件下的冬小麦生长期过程对地下水补给运动的数值模型，在埋深分别为２ｍ和４ｍ情况下，针对轻粘土和砂壤土两种土壤，采用目前常规灌溉定额和节水灌溉定额进行了灌溉水对地下水补给的初步分析和研究     

土壤入渗性能线源测量方法的近似算法研究

土壤入渗性能的确定对于水文过程模拟,如地表产流、土壤侵蚀以及降雨向土壤水和地下水的转换等均具有十分重要的意义。本文提出了一种土壤入渗性能线源入流测量方法的快速近似算法。该方法在水量平衡原理的基础上,将各时刻的土壤入渗率在湿润地表的空间范围内进行平均,确定土壤入渗性能随时间的变化过程;所提出的新的计算模型可以简单地计算土壤入渗性能。文中利用3组土壤入渗性能线源入流测量方法得到的试验数据,将该近似算法得到的结果与之前提出的数值解法计算得到的结果进行比较,并基于水量平衡原理估计了数值方法和该近似算法的误差。结果表明,该近似算法得到的结果比数值解法得到的结果偏大,比实际供水量偏大25.3%;该近似算法的计算结果稳定,可以作为试验过程中数值计算得到的土壤入渗性能的参照值。     

变水头边界条件下土壤水分运动数值模拟

本研究提出了一种变水头条件下一维土壤水分运动数值模拟的边界处理方法，采用隐式差分法对基本方程进行差分离散，用迭代法求解非线性方程。在结合室内实验验证模型可用的基础上，分析了变水头条件下不同土壤初始含水率、不同初始水头高度下土壤水分的运动规律。结果表明，土壤初始含水率和初始水头对水分运动都有较大影响，作者提出的变水头边界处理方法可用于水分入渗历时和湿润锋的预测。     

应用间断有限元方法求解一维对流占优土壤水流问题

在某些特定条件下,Richards方程的解在时空上呈现陡峭的锋面。为能有效地模拟具有对流占优特性的非饱和多孔介质中的水流问题,推广一种内部惩罚间断有限元(Interior penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法应用于一维非饱和土壤水入渗问题的模拟。针对具有van Genuchten-Mualem模型和Dirichlet入渗边界条件的Richards方程,分别采用间断有限元法和标准有限元方法求解。借助于相对L2模和相对最大模误差进行讨论。几种不同质地的均质土壤水入渗的数值算例结果表明:相比标准有限元方法,间断有限元方法在选取的4种不同网格剖分单元结点上能够有效地模拟非饱和对流占优土壤水流问题,并且能够获得准确的全局质量守恒。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响研究

采用室内土柱实验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置、棉秆隔层15cm、30cm、45cm和60cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布,以期对盐碱地改良提供依据。结果表明：棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量,有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗；秸秆隔层的设置降低土壤水分的蒸发,有利于隔层以下土壤水分的保持；各处理盐分均出现表聚,其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响

采用室内土柱试验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置及棉秆隔层15、30、45、60 cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布。结果表明,棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量,有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗;秸秆隔层的设置降低了土壤水分的蒸发,有利于隔层以下土壤水分的保持;各处理盐分均出现表聚,其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。研究结果可以为盐碱地改良提供依据。     

昆明市公园绿地土壤入渗特征研究

用双环入渗仪测定昆明市主要公园绿地的土壤入渗特征,结果表明:昆明市公园绿地土壤以轻粘土和中粘土为主,各公园绿地土壤入渗能力均较好,稳定入渗速率为0.34~1.41 mm/min,平均值0.83 mm/min,在连续72 h无降雨、无浇水条件下,1 h平均累计入渗量为63.09 mm。各种绿地中乔灌草绿地入渗性能优于乔草和灌草绿地,自然绿地改造公园土壤入渗性能优于人工填土复绿植被下土壤。用常用的入渗模型进行拟合比较,通用公式与昆明市公园绿地土壤入渗特征符合性最好,其次是Kostiskov模型和Horton模型,且后2个模型与通用公式的拟合结果没有明显差异,Philip模型不适合模拟使用。