多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。     

不同土壤温度和容重下微咸水上升毛管水

为探索西北干旱地区不同质地土壤以及土壤温度和容重对微咸水上升毛管水运动特性的影响,通过模拟和室内试验,研究了土壤温度和容重对砂壤土和粉壤土上升毛管水运动特性的影响。分别建立了地下水补给量与土壤温度和容重之间的模型,毛管水上升高度与土壤温度和容重之间的模型,其中地下水补给量模型,砂壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于10.9%,粉壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.4%,毛管水上升高度模型,砂壤土的绝对系数均达到0.996以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.37%,粉壤土的绝对系数均达到0.997以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于11.9%,模型拟合程度较好,所建立方程符合实际情况。砂壤土盐分主要聚集在距地表1.70~2.20 m处,粉壤土盐分主要聚集在距地表0.3~1.3 m处,砂壤土土壤盐分分布受土壤温度和容重的影响较显著,而粉壤土土壤盐分分布受其影响并不显著。该研究结果可为盐碱化地区水盐管理提供科学依据。     

夹砂层土体构型毛管水上升的实验研究

针对西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点，通过室内土柱实验，研究了有地下水位条件下夹砂层剖面的土壤蒸发问题。结果表明，砂层会影响毛管水上升的高度和速度，毛管水到达土表的时间随砂层厚度的增加、层位的升高以及级配的变差而延长，但砂层级配对于水分的阻滞作用最大。砂层影响各层土壤含水量的分布，在水分达到平衡状态时，砂层以下土壤含水量大于均质土，而砂层以上土壤含水量则小于或近似于均质土。砂层能明显降低地下水的蒸发量，但夹砂层土柱的蒸发量随砂层厚度的增加而降低，而表砂层土柱的蒸发量则随砂层厚度的增加而增强。在蒸发阶段，砂层层位的作用表现更为显著。     

不同土壤温度和容重下微咸水上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

为探索西北干旱地区不同质地土壤以及土壤温度和容重对微咸水上升毛管水运动特性的影响,通过模拟和室内试验,研究了土壤温度和容重对砂壤土和粉壤土上升毛管水运动特性的影响。分别建立了地下水补给量与土壤温度和容重之间的模型,毛管水上升高度与土壤温度和容重之间的模型,其中地下水补给量模型,砂壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于10.9%,粉壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.4%,毛管水上升高度模型,砂壤土的绝对系数均达到0.996以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.37%,粉壤土的绝对系数均达到0.997以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于11.9%,模型拟合程度较好,所建立方程符合实际情况。砂壤土盐分主要聚集在距地表1.70～2.20m处,粉壤土盐分主要聚集在距地表0.3～1.3m处,砂壤土土壤盐分分布受土壤温度和容重的影响较显著,而粉壤土土壤盐分分布受其影响并不显著。该研究结果可为盐碱化地区水盐管理提供科学依据。     

马颊河流域影响土壤盐渍化的几个因素的研究

本研究是根据马颊河流域区域水盐动态监测预报分区定量化的要求进行的室内模拟试验,采用了扰动土的土柱法。试验进行分干土柱的毛管水上升湿润锋的观测与湿土状态的蒸发两个阶段。共3个组合21个处理,在人为控制条件下,仅就地下水(潜水)矿化度、耕层土壤有机质、土体构型等三因素对土壤盐渍化的影响,进行了观测。试验表明:地下水矿化度与土壤积盐量之间存在着极显著的正相关;耕层有机质的含量在1.5%开始有明显的抑制土壤盐渍化的作用;明确了在有粘土夹层的土体中,不能以在风干土柱的毛管水上升速度来推测土壤表层返盐的快慢,而应以在湿润土时,土壤水的蒸发速度为依据。粘土夹层的抑盐作用是随其厚度的增加和层位的升高而加强。     

黄河三角洲湿地土壤毛管水运动特性研究

以黄河三角洲湿地土壤为研究对象,采用土柱实验方法,设置1.3、1.4、1.5g·cm~(-3)共3个容重处理,实验时长120min,定时测定湿地盐碱土毛管水运动过程及积水入渗过程各指标,并通过Philip模型和Kostiakov模型拟合其动态规律性,以此了解黄河三角洲湿地土壤毛管水过程与运动特性。结果表明,不同容重条件下,湿地盐碱土毛管吸水过程各指标动态变化规律与非盐碱土一致;同等条件下,积水入渗过程各指标值均大于毛管吸水过程,各容重土壤积水入渗的初始入渗率和稳定入渗率分别在0.87~1.93cm·min-1和0.028~0.051cm·min-1,毛管吸水过程的相应指标值分别在0.32~0.43cm·min-1和0.025~0.034cm·min-1,入渗60min时,各容重积水入渗湿润锋距离和累积入渗量分别达到13.58~17.62cm和4.95~6.99cm,是同时刻毛管吸水的1.19~1.22倍和1.13~1.29倍。在实验观测的120min内,3种容重土壤毛管水上升高度与入渗湿润锋、累积毛管吸水量与累积入渗量间均存在显著的正相关关系(P0.05)。利用Philip模型、Kostiakov模型对土壤毛管吸水过程和积水入渗过程进行模拟,两种模型对3种容重土壤均具有良好的适应性,但Philip模型对毛管吸水过程的模拟效果最佳,其R2值均大于0.9639,Kostiakov模型则更适于积水入渗过程的模拟,其R2值大于0.8819。     

矿化地下水补给模型的建立及其验证

应用3年室内矿化地下水补给试验的监测数据,研究了地下水补给量与地下水条件及其作用时间的关系,建立了矿化地下水补给量模型。该模型意义简明,结构简单且具有较高的精度,适用于裸地浅地下水埋深条件下矿化地下水补给量的精确测定。该模型的建立,将为进一步提高农业水资源的利用效率及有效防治土壤盐渍化提供参考     

层状土中毛管水上升的实验研究

土壤盐渍化的重要机制是地下水中可溶盐在蒸发作用下不断向表土聚集;次生盐渍土的形成则可能是由于人为抬高地下水位,土壤毛管水重新分配土中盐分所致.不管怎样,防止土壤盐渍化的积极而彻底的方法是消除地下水位抬高的因素.但是,全面而根本的措施,往往限于客观条件不易做到,因此大多数都采取治标措施.例如,利用耕耘增加毛管水上升的困难,以及洪淤压碱等等.     

原料配比对无土复合栽培基质水分参数的影响

为了研究不同原料配合比例对基质水分物理性质的影响,用压力膜法和土柱法测定了18种栽培基质的不同水吸力下的基质持水量及速效水含量,及不同处理的基质容重、总孔隙度、毛管孔隙度、毛管水上升高度、渗透速率等水分物理指标,用单因子及互作逐步回归方法分析了蛭石、河沙及锯末三种原料不同配比对以上水分指标的影响。结果表明原料的组成与配比对无土栽培基质的各项水分参数有密切的相关性,原料配比对水分参数的影响可以用回归方程的形式量化和表达。     

砂姜黑土的水分特性及其与土壤易旱的关系

本文通过实验对砂姜黑土的水分特性及其与土壤易旱的关系进行了分析研究。结果表明:砂姜黑土持水性能较差,有效水分不仅含量较低,而且低吸力段所占比重较小;比水容量随吸力增大而急剧减少,在10—30kPa时即已减小到10^-7数量级(ml/g·Pa)。土壤导水性能弱,土壤吸力>30kPa后水分移动极其缓慢。说明土壤的供水容量和供水强度均较小,不利于对作物的及时供水。土壤毛管水上升速度缓慢,上升高度小,不利于作物对地下水的利用。土壤上部土层蒸发强度大,不利于保水;下部土层毛管性能微弱,水分运行缓慢,虽有利于保水,但不能及时补充根层所需的作物供水。这些特性综合反映了砂姜黑土的抗旱性较弱,是土壤易旱的主要原因。     

土壤构造对毛细管水上升影响的研究

研究土壤构造对毛细管水上升的影响及变化规律。通过观测并分析不同构造的土壤其毛细管水上升速度和高度,成层性构造土壤,当下部土壤层厚度小于该层毛细管水上升最大高度,毛细管水上升的最终高度取决于上部土壤层的性质;上部土壤层颗粒愈细,含水量愈大,毛细管水上升速度越慢,若上部绝对隔水,毛细管水不上升。     

土壤结构调理剂PAM对复垦铁尾矿砂物理性状的影响

聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)是一种常见的土壤结构调理剂,但在尾矿复垦中却少有应用。该文通过室内土柱模拟试验,采用干混法在铁尾矿砂中加入PAM,设置0%(对照)、0.05%、0.10%和0.20%共4种质量浓度PAM,观测PAM对铁尾矿砂物理性状的影响。结果表明:1)除总孔隙度之外,对照与混合PAM尾矿砂的容重、毛管孔度和毛管持水量差异显著(P0.05)。2)随着尾矿砂毛管水上升高度增加,PAM质量浓度越大,含水率下降的趋势越缓慢,但含水率的变异性却越大,变异系数从1.22%(10 cm)增大到7.13%(40 cm)。3)PAM会极显著抑制尾矿砂毛管水上升高度(P0.01)但PAM质量浓度不同,抑制程度不同。据此可将上升曲线分为3个阶段:第1阶段,0~5 min,上升高度相似阶段;第2阶段6~25 min,上升高度分异阶段;第3阶段30~420 min,上升高度变化规律相对稳定阶段。毛管水上升高度随时间变化呈现幂函数增加趋势,上升速率随时间变化呈现幂函数减小趋势。4)在自然通风状态下,72小时内不同PAM质量浓度尾矿砂的含水率均持续降低,纯尾矿砂含水率的降低幅度最大,从37.53%减少到35.60%;PAM质量浓度为0.20%的尾矿砂含水率降低幅度最小,从37.40%减少到36.67%。因此,PAM的合理使用能够有效改善尾矿砂的物理性状和水分运移,为无土区的植被恢复创造适宜的生长条件。     

低压毛管渗灌器水分运移特性研究初报

通过室内渗灌模拟试验,对低压毛管渗灌器在沙地土壤中水分入渗试验资料进行分析,结果表明:入渗率与入渗时间呈幂函数关系,而累积入渗量与入渗时间呈对数函数关系。湿润体近似于椭球体,并且水平扩散半径大于垂直入渗深度,椭球体的长轴在水平扩散方向左右对称,短轴在垂直入渗方向,上下不对称,且上短下长。     

间接地下滴灌土壤湿润体特征参数

该文将恒定水头钻孔积水入渗求解土壤饱和导水率的稳态原理用于定量化求解间接地下滴灌技术中与任意导水装置尺寸相匹配的滴头流量,并以计算的技术参数为基础,研究了间接地下滴灌水分运移过程中的土壤湿润体特征参数。研究结果表明,用于描述恒定水头钻孔积水入渗法求解土壤饱和导水率的稳态模型能够较好地设计与不同类型土壤和导水装置尺寸相匹配的适宜滴头流量。间接地下滴灌灌水过程中,从零开始逐渐增大并趋于稳定的积水深度加速了水分在垂直方向的运移,缩小了横向湿润距离和垂向湿润距离之间的差异,但变化的积水深度对湿润锋在垂直方向向上和向下的运移速率影响不大,使湿润体形状表现为扁率不断减小的椭球体,且椭球体对称轴分布在靠近导水装置底部的位置。湿润锋最大湿润距离和湿润体体积是灌水时间的函数,湿润体内平均体积含水率增量与灌水时间关系不大,保持为一定值。湿润体体积和湿润体内平均体积含水率增量不仅与土壤类型有关,还与导水装置参数和滴头流量的不同组合有关。     

细砂质紧砂土水盐上升运行的初步研究

土壤水盐运行规律的研究,特别是水盐上升运行,对于防治土壤盐漬化具有极重要的意义。土壤水盐上升运行受到土壤的质地、结构、蒸发、地下水以及土壤湿度、温度和盐分浓度三种梯度的影响。华北平原的土壤不仅在质地上有水平分布和剖面层次的差异,而且土壤类型和盐漬化程度也各有不同,自然和人为因素也很复杂。     

渭河咸阳段非饱和层状沉积物中水分分布特征

层状结构是河流相松散沉积物中最常见的沉积结构,通常表现出一些特有的水力学性质,对水分运动过程及沉积物的持水性能产生影响.本文通过对渭河陕西咸阳段河漫滩一个层状沉积物剖面的含水率分布特征进行原位观测,讨论层状沉积物中含水率的分布特征,及其与粒度和毛细壁垒效应的关系.结果表明:在以水平层理和交错层理为主的粗细相间的层状河流沉积物中,天然含水率也呈干润相间的层状分布特征,各层含水率的大小主要与粒度成负相关;沉积物粗细相间的层状分布为毛细壁垒的形成提供条件,在降雨入渗和土壤水蒸发过程中,毛细壁垒效应对水分运动的控制会导致细粒层中含水率高于粗粒层.层状松散沉积物中水分的这种分布规律,为理解土壤持水性能提供了新的思路,对研究土壤含水率与降雨入渗、蒸发等水文过程的关系具有重要意义.     

东莞5种生态公益林枯落物及土壤水文效应

为了解东莞市内不同森林公园的森林地表枯落物和土壤水源涵养能力,于2020年7月选取东莞市5个森林公园5种30年的生态公益林作为研究对象,采用烘干法和浸水法对枯落物、土壤的持水能力及物理性质进行研究。结果表明:生态公益林林地枯落物层厚度变动为1.5～10.5 cm,生物量变化范围为0.32～5.73 t/hm~2,最大持水量、有效拦蓄力量均呈现湿地松-九节林马占相思-岭南山竹子林浙江润楠-豺皮樟林木荷-油茶林桉树-鹅掌柴林。通过回归拟合发现,累积持水量与浸水时间呈显著的对数关系,吸水速率与浸水时间呈显著的幂函数关系;累积失水量与失水时间呈显著的3次关系,失水速率与失水时间呈显著的倒数关系。不同类型林分土壤持水量与不同孔隙度的大小直接相关,土壤总孔隙度和毛管孔隙度越高,土壤的容重越小,土壤保水能力越强。研究结果可为该区森林可持续经营管理和生态效益评价提供参考。