不同清理方式对北京市透水砖铺装渗透率衰减过程影响

目的透水砖铺装作为新兴的径流调控措施之一,已被广泛应用于我国海绵城市建设。由于缺乏长期监测数据,透水砖铺装渗透率衰减过程及不同清理方式的维护效果尚不明确。本文通过室内模拟多年雨水径流入渗过程实验,定量监测其渗透率衰减过程并对比不同清理维护措施效果。方法基于透水砖铺装入流?渗透实验,测定分析了不清理以及真空抽吸尘和压力水冲洗两种清理维护方式下透水砖铺装系统渗透率的衰减过程和实验前后找平层粒径分布的变化特征。结果3种清理方式下,透水砖铺装渗透率均呈指数衰减趋势,运行7年后,不清理、真空抽吸尘和压力水冲洗清理下透水砖铺装渗透率分别为26、229 和19 mm/h,分别衰减了99.6%、96.3%和99.7%,真空抽吸尘的清理效果优于压力水冲洗。3种清理方式下透水砖铺装的悬浮颗粒物平均去除率在95% ~ 98%之间,差异不显著（P ＞ 0.05,n = 7）,铺装系统的找平层上部细颗粒物含量分别增加了29.2%、15.6%和30.1%。更新透水砖（即“新砖 + 旧找平层 + 旧土工布”）可将透水砖铺装系统的渗透速率恢复至新建系统的28.3% ~ 32.4%,而更新找平层和土工布可将渗透率恢复至新建系统的63.8% ~ 72.6%。结论雨水径流携带的细颗粒物在找平层上层聚集是透水砖铺装系统堵塞的主要原因,采用真空抽吸尘清理可有效减少找平层上层的细颗粒物含量,更新找平层和土工布比更新透水砖层可取得更好的透水性能恢复效果。      

不同土壤容重对石砾地客土耕作层水分入渗的影响

为石砾地利用客土法整治提供参考,采用一维垂直土柱试验,进行不同土壤容重影响客土耕作层水分入渗及渗漏试验,分析不同客土容重与水分累积入渗量、渗漏量之间的关系。结果表明:累积入渗量与入渗时间、土壤容重呈负相关关系,累积入渗量增量随入渗时间增加而逐渐减小直至趋于稳定;渗漏量与土壤容重呈负相关关系。石砾地整治选用粉壤土时,土壤容重宜在1.3～1.5克/立方厘米。     

林分规模与结构对北京城市森林夏季温湿效应的影响

城市化进程加快引发了城市热岛效应等一系列环境问题,城市森林的温湿效应能有效缓解城市热岛,是居民夏季户外活动舒适及健康的保障。以北京城市公园内17处片状林为研究对象,以林分面积和林内到林缘的距离(林内不同深度,L)作为林分规模的参数、以叶面积指数(LAI)作为表征林分结构的参数,对城市森林面积、L、LAI等参数与城市森林降温、增湿程度及温湿指数的关系进行了研究。结果表明,森林规模和林分结构对城市森林的温湿效应有显著影响:1)城市森林温湿效应随林分面积增大而增高,61.67%的相对降温程度(dT)、69.44%的相对增湿程度(dRH)、55.63%的相对温湿指数(dTHI)变化是由城市森林面积引起的;2)城市森林降温效应随LAI的增大而增高,城市森林的降温效应58.98%来自于LAI;3)林分面积和LAI对城市森林降温效应有显著的交互影响,随面积增加LAI对降温程度的影响逐渐下降;4)城市森林dT随L的加大而增高,L对dT的解释程度为57.26%。因此,在城市森林规划与建设中,重视大规模林地的建设并注重增加林分覆盖度才能发挥稳定的温湿效应,有效缓解热岛。      

秸秆覆盖对降雨入渗影响的试验研究

为研究作物秸秆覆盖对改善农田自然降水利用效果的作用 ,采用人工降雨的方法模拟小雨、中雨和大雨 3种不同降雨强度 ,对雨后玉米、小麦秸秆覆盖地与裸地 0～ 2 0cm土层土壤含水率分布情况进行了试验。结果表明 :小雨后 ,由于秸秆覆盖阻滞入渗的作用 ,秸秆覆盖地 0～ 5cm土层土壤含水率短时间内低于裸地 ,但降雨后 2 4h玉米秸秆覆盖地已与裸地持平 ,以后逐渐高于裸地 ,降雨后 5 2h小麦秸秆覆盖地已高于裸地 ,且裸地水分蒸发量高于秸秆覆盖地 ;中雨后 ,秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在土壤 5～ 2 0cm土层 ;大雨后 ,秸秆覆盖阻滞入渗作用表现在10～ 2 0cm土层。秸秆的吸水性会暂时阻滞雨水的入渗 ,但随着时间的延长 ,以及秸秆覆盖抑制水分蒸发的作用 ,秸秆覆盖地雨水入渗效果均高于裸地 ,秸秆覆盖在降雨小的情况下仍然有利于雨水的利用。     

土壤容重对深层坑渗灌入渗特性影响的试验研究

为了揭示土壤客重对深层坑渗灌入渗量的影响规律,通过室内均质土模拟试验,采用非线性回归法对试验数据进行分析;建立了以土壤容重为参数深层坑渗灌的Kostiakov和Philip改进模型,并进行了验证.结果表明:入渗时间相同时,入渗量随着土壤容重的增大而减小;Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型都适用于模拟深层坑深灌的入渗过程,相关系数均在0.99以上;建立的2个改进模型计算精度均很高,效率系数分别为99.7%和99.9%.相比较而言,深层坑渗灌的Philip模型具有一定的理论依据,计算精度较高且模拟效果好,可作为计算深层坑渗灌入渗量的有效模型.     

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。     

中小雨强下谷子坡地的降雨入渗特征模拟

【目的】研究谷子坡地的降雨入渗特征,为谷子坡地水分管理及防治水土流失提供科学依据。【方法】采用人工模拟降雨的方法,以裸露坡地为对照,研究中小雨强(40mm/h)下,3°、5°、10°、15°的坡地在谷子拔节初期、拔节中期、抽穗初期和灌浆初期的降雨入渗特征,并筛选出最优拟合模型。【结果】谷子坡地最初入渗率较高,随降雨历时的延长入渗率呈下降趋势,至降雨后50min基本接近稳定入渗阶段,入渗率与入渗时间之间符合幂函数关系。入渗总量随坡度的增大而减小,随谷子生长期的延长而增大;与裸地相比,谷子坡地的初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量分别提高了10.4%,28.17%,16.46%和20.47%。Kostiakov模型基本能模拟谷子坡地的入渗特征,但平均入渗率估算值(0.420mm/min)比实测值(0.474mm/min)降低了11.39%。【结论】谷子坡地的入渗总量大于裸地,入渗曲线可用Kostiakov模型拟合。     

膜沟灌溉入渗规律试验初报

膜沟灌溉是与地膜覆盖技术相结合的沟灌,它将带有渗水孔的地膜敷贴在灌水沟内形成膜沟,灌溉时水在沟内的膜上流动,并通过膜孔渗入土壤。针对膜沟灌溉的累积入渗量、湿润深度随入渗历时变化规律进行了研究。研制了膜沟灌溉入渗试验装置,针对2排3列膜孔布置方案进行了膜沟灌溉入渗试验,观测得到了不同入渗历时的累积入渗量和湿润深度。结果表明,累积入渗量与入渗历时之间的关系符合Kostiakov-Lewis模型,湿润深度随入渗历时的变化符合幂函数关系,因此可用该2个模型描述膜沟灌溉的入渗规律。     

膜孔灌单点源入渗特性与数学模型研究

通过室内膜孔单点源入渗试验,分析了膜孔灌单点源入渗单位面积侧渗量与一维垂直入渗量的变化规律,研究了膜孔灌单点源入渗单位面积侧渗量与入渗时间、膜孔直径之间的关系,建立了包含垂直一维入渗量和侧渗量的两个具有明确物理意义的膜孔单点源入渗模型,只需知道垂直一维入渗参数、膜孔直径和入渗时间,即可用于膜孔单点源入渗量的计算。实例验证结果表明,两个模型计算精度高,应用方便,均为计算膜孔单点入渗量的有效模型。     

Effect of mulching with maize straw on water infiltration and soil loss at different initial soil moistures in a rainfall simulation

Mulching and soil water content (SWC) have a significant impact on soil erosion, and this study investigated the effect of straw mulching on water infiltration and soil loss under different initial SWC treatments in a rainfall simulation experiment conducted in northern China. Increasing initial SWC can decrease soil infiltration and increase soil loss. During an 80 mm rainfall event (80 mm·h⁻¹ for 60 min), 8%, 12% and 16% initial SWC treatments decreased cumulative infiltration by 8.7%, 42.5% and 58.1%, and increased total sediment yield by 44, 146 and 315 g, respectively, compared to 4% initial SWC. However, in all the straw mulching treatments, there was no significant difference in stable infiltration rate between the different initial SWC treatments. For all initial SWC treatments, straw mulching of 30% or more significantly enhanced water infiltration by over 31% and reduced soil loss by over 49%, compared to the unmulched treatment. Taking into consideration the performance of no-till planters, a maize straw mulching rate of 30% to 60% (1400–3100 kg·hm⁻²) is recommended for the conservation of water and soil in northern China.     

土壤初始含水率对深层坑渗灌入渗特性的影响

通过室内模拟试验与理论分析,探究4种不同土壤初始含水率条件下深层坑渗灌土壤水分运动规律。结果表明:初始含水率对入渗特性有显著影响。相同入渗时间,初始含水率越大,累积入渗量越小,入渗率也越小;而湿润锋运移距离随初始含水率的增大而增加;初始含水率越大,湿润体也越大,且相同位置的含水率也越大。建立了改进的Kostiakov入渗模型,以及初始含水率与湿润锋运移距离的幂函数关系,对所建模型进行验证,精度较高。     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅱ.数值模拟与试验验证

为验证笔者建立的自然多孔介质干燥分形孔道网络模型(袁越锦,杨彬彬,焦阳,等.多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:I.模型建立.中国农业大学学报,2007,12(3):65-69)的正确性,采用新鲜土豆切片进行热风对流干燥试验,并对干燥过程进行数值模拟。结果表明:分形孔道网络模型模拟得到的多孔介质内部温度、水分含量的分布与响应较规则孔道网络模型的更接近试验结果;分形孔道网络模型能合理地解释目前常用干燥理论所不能解释的湿斑和不规则干燥前沿等现象;多孔介质的喉径分布对干燥有显著影响,喉径分布不均匀程度越高,干燥时间越长;孔隙分形维数的大小与干燥时间无确定性关系。孔道网络模型考虑了多孔介质孔道细观结构对干燥过程的影响,在预测多孔介质内部水分分布与响应方面更接近真实干燥过程。     

尿素肥液间歇入渗土壤水氮运移特性试验研究

通过连续和间歇一维垂直入渗试验,研究了波涌灌灌施尿素下铵态氮和硝态氮在土壤和地下水中的迁移转化特性,表明波涌灌间歇入渗较连续入渗有保肥和减小地下水污染等优点,可以有效缓解农业施肥带来的地下水环境污染。该研究成果为进一步研究波涌灌溉水氮运移特性和波涌灌溉对地下水环境的影响奠定基础。