林地土壤水分运动的数学模型

应用森林水文学、土壤物理学和土壤水动力学的基本原理建立了林地土壤水分运动的数学模型,以模拟林地土壤剖面水分变化、林地土壤的入渗、径流和水分再分布过程。模型是在IBM386上建成的。土壤水分特征参数的测定采用了双环入渗器配以多层张力计的野外实地土壤水分再分布法。     

电阻法在喷灌土壤水分入渗再分布测定中的应用

土壤通常是导电的,其电阻率随其含水量的大小而变化,电阻式土壤水分动态测定仪就是基于这种原理进行测量的。通过土壤电阻率的突变可以判断土壤水分湿润锋到达的时间,不同深度的探头组合就可以分析得出土壤水分入渗速率,可以定量研究土壤水分的入渗过程。田间试验结果表明：喷灌土壤水分入渗时间和入渗深度之间的关系可以表示为对数形式。电阻法测定土壤水分入渗还需要进一步研究。     

农田土壤入渗特性空间不确定性分析

研究土壤入渗变化规律,有助于分析农田土壤水分运动的机理,同时土壤入渗特性影响着地面灌溉过程,是地面灌溉系统设计的重要依据。本研究基于Kostiakov-Lewis、Philip、Horton 3种土壤入渗模型,根据大田测试数据,对土壤入渗过程进行了模拟和分析,探究入渗过程中农田土壤空间变异造成的入渗不确定性,提出了直接法和参数均值法两种随机入渗模拟的方法。以95%置信度下累积入渗量的变化区间大小及其稳定性为指标,比较分析了不同模拟方法与3种模型组合的随机模拟效果,最终确定适合该农田入渗特性的模型和随机模拟方法。结果表明:大田试验中3种模型的相关系数均达到0.98以上,拟合精度无明显差异。就空间不确定性程度(以均方根误差表示)而言,直接法参数均值法。以Kostiakov-Lewis模型与参数均值法组合模拟的不确定性更小,组合模拟效果更好,更适合于农田尺度土壤入渗规律的模拟。     

滞后效应对冬小麦根系吸水的影响

根据一维土柱垂直入渗，再分布和根系吸水试验，用有限差分法进行了考虑和忽略滞后效应的数学模拟，分析了娄土再分过程中土壤含水量。水势的分布，在此基础上又借助于根区土壤水分运动方程计算了根系吸水速率的剖面分布。研究结果表明，考虑滞后效应的准确性较高。     

根渗灌水分扩散规律研究

通过田间灌溉试验,研究了在根渗灌条件下土壤中的水分扩散规律,主要包括灌水过程中土壤水分的入渗过程和灌水结束后土壤水分再分布过程,即土壤水湿润锋的运移及湿润区内的土壤含水率分布状况,初步确定根渗灌管间距布置为1.7m,埋管深度50cm,根渗灌系统在粘壤土和粘土的灌溉周期为10d.     

单点滴灌模式干旱区枣园土壤水分运移特征分析

在阿克苏佳木试验站枣树果园进行了单点滴灌灌水方式12,16,20L/h滴头流量和4,6,8h滴水时间共9种灌水模式试验,采用土壤含水量连续监测系统(AV-EC5、EM50/R)监测并分析了土壤水分时空运移特征。结果表明,单点滴灌灌水方式下湿润体内土壤含水量的分布从中心向外逐渐减小,土壤水分按点源三维入渗方式运移,湿润层呈扇形剖面;供水停止后土壤水分再分布过程中,土壤湿润峰面不断向外部推移,湿润层土壤含水量开始有所增加,后期湿润体内的土壤含水量普遍降低,高含水区逐渐下移,最后达到相对稳定;滴头流量越大,灌溉时间越长湿润层能达到的深度越深,水平方向水分运移也越远;深层土壤水分持续增加时间也与滴头流量和灌溉时间成正比;试验地土壤水分水平运移速度比垂直运移速度快;当地枣树果园滴灌模式选择16L/h流量8h灌溉模式为宜。     

红壤水分扩散率和入渗性能的研究

研究了鄂东南５种母质发育的红壤水分扩散率和入渗性能,结果表明：土壤水分扩散率随土壤含水量的变化而变化,在含水量较高的情况下,表土层的土壤水分扩散率高于心土层和底土层;在低含水量的情况下,表土层的土壤水分扩散率低于心土层和底土层,影响土壤水分扩散率的主要因素是土壤容重。供试土壤水分稳定入渗速率均是表土层大于心土层和底土层,不同母质发育的土壤表土层以石英砂岩和花岗岩发育的红壤稳定入渗速率较大。,ｎ＝１７）,这是由于混状土柱的土壤水分扩散率主要受土壤总孔隙度的影响,容重小,总孔隙度大,土壤水分扩散率大。     

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。结果表明,该法能取得较好的标定效果,且操作简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

中亚热带不同演替森林群落林地土壤渗透性特征

以滇中磨盘山演替初期云南松林、演替中期云南松阔叶树混交林和演替顶级常绿阔叶林为研究对象，利用定水头法和原状土柱水分穿透试验，分析土壤水分入渗差异及影响因子。结果表明：3种不同演替群落土壤平均入渗速率，从大到小依次为演替顶级、演替中期、演替初期，演替顶级林地土壤入渗能力最强；不同群落各入渗参数变化显著(P<0.05);同一演替群落，上层土壤渗透能力较深层土壤强。入渗过程模型拟合得，Horton模型对研究区森林土壤入渗过程拟合精度最高，为0.991,更适于描述土壤水分入渗过程；通径分析显示，土壤质地、有机质质量分数及根长密度对土壤水分入渗影响显著(P<0.05);弹性系数和边际量效应系数表明，土壤有机质、全氮、水解性氮质量分数和根长密度对土壤的入渗性能影响系数最大。土壤渗透性与有机质、全氮、水解性氮质量分数、植被根长密度、根质量密度等显著相关(P<0.05),有机质、全氮和水解性氮质量分数越高，植被根系分布越广，土壤质量越好，土壤孔隙连通性越佳，土壤水分下渗越快。     

入渗模拟结果对土壤水分特征曲线高吸力段的敏感性分析

针对非饱和土壤水分特征曲线传统测量方法上对仪器精度要求高、耗时长、成本高的问题,研究了土壤水分特征曲线高吸力段误差对入渗模拟结果的影响。针对黏土的土壤水分特征曲线,设计了正负共8种高吸力段的偏离情况,利用数值模拟方法分析土壤入渗过程,得到累积入渗过程、湿润锋发展过程和4个典型时刻的土壤水分分布。结果表明,土壤水分特征曲线在吸力大于100 cm部分存在不超过±20%的偏差时,对于土壤入渗数值模拟结果无显著影响,因此,对土壤水分特征曲线高吸力段的试验精度要求可适当放宽。     

张掖城市湿地土壤含水量特征

土壤含水量取决于地下水位埋藏深度、土壤质地、地表植被类型以及土壤水分的补给条件,张掖湿地土壤含水量的研究中,考虑到包气带水分补给条件:一是地下水通过毛细作用的补给;二是大气降雨及凝结水入渗补给,三是灌溉系统入渗补给的影响因素,利用土壤含水量的实验测定数据,综合分析了地下水位埋深、土壤质地、植被类型及土壤水分的变化对张掖湿地土壤含水量的影响特征。     

深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤水分的影响

为进一步探究毛乌素沙地油蒿群落内结皮对土壤水分的影响,研究了结皮(地衣结皮和苔藓结皮)未受干扰和移除处理下的土壤水分入渗、蒸发及含水量状况。结果显示:1)两种结皮均对土壤水分入渗具有抑制作用,移除两种结皮后,土壤水分初渗速率、稳渗速率以及累积入渗量均显著增大(P < 0.05);2)结皮对土壤蒸发的影响与结皮类型及蒸发阶段有关,地衣结皮对整个蒸发过程中日蒸发量及蒸发总量无显著影响(P>0.05),而苔藓结皮对土壤日蒸发量的影响在模拟蒸发前期表现为抑制(第1~5天),后期表现为促进(第6~15天),但对总蒸发量的影响不显著(P>0.05);3)总体来看,地衣结皮覆盖区0~40cm土层含水量高于地衣结皮移除区,而苔藓样地规律则相反。从不同土层来看,相比于移除结皮,地衣结皮覆盖区40cm深度以上各层土壤含水量均较高,苔藓结皮覆盖区土壤含水量在5和10cm深度较高,20和40cm较低。研究结果表明,地衣结皮提高了油蒿群落土壤水分有效性,应对其进行保护;苔藓结皮降低了油蒿种群土壤水分有效性,却提高了浅根系草本土壤水分有效性,这是驱动油蒿群落演替的重要因素之一。研究在为毛乌素沙地油蒿群落提供水分管理依据的同时,也从土壤水分方面为该群落的演替提供一定解释。      

陕蒙高速公路主要绿化树种土壤水分时空变化研究

采用定位取样与烘干法,测定了陕蒙高速公路主要绿化树种土壤含水量.结果表明:中央分隔带与边坡(路堑式、路堤式)绿化树种土壤含水量表现为中央分隔带绿化树种>路堤式边坡绿化树种>路堑式边坡绿化树种;土壤含水量的垂直分布格局为表层土壤含水量最低,随着土壤深度的增加,土壤含水量呈增加趋势;不同绿化树种土壤含水量具有明显的季节变化规律,土壤含水量按季节变化可分为三个阶段,4-5月为土壤水分弱失水阶段,6-8月为土壤水分消耗阶段,9-lO月为土壤水分缓慢恢复阶段.     

膜孔单点源肥液入渗运移特性研究

通过单膜孔点源室内入渗试验,研究了膜孔肥液入渗的分布特性与运移规律。研究表明,膜孔肥液入渗湿润体土壤含水率比清水的大;分析了肥液入渗累积入渗量比清水入渗增加的机理;供水入渗过程中,浓度锋运移距离和浓度最大值均随时间的延长而增大;再分布过程中,浓度锋运移距离继续增大,而浓度最大值逐渐减小;膜孔肥液入渗土壤浓度与土壤含水量的关系在不同时间均近似于“S”型曲线。该研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。     

参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

节点渗灌条件下土壤水分运动规律的研究

通过在室内土槽中的渗灌试验,研究了节点渗灌条件下土壤中的水分运动规律,主要包括灌水过程中土壤水分的入渗过程和灌水结束后土壤水分再分布过程,即土壤水湿润锋的运移及湿润区内的土壤含水率分布状况。根据试验结果,对湿润体的形状及其动态变化、横断面及纵断面上的湿润锋的运移速度和土壤含水率的分布及其动态变化进行了描述,并且探讨了灌水量对土壤湿润状况的影响。     

宁夏白芨滩固定沙丘浅层土壤水分时空变异

【目的】揭示沙漠化治理过程中土壤含水量的动态变化规律及其在小尺度上的空间变异特征,进而为该地区防沙治沙及植被的可持续发展提供科学指导。【方法】采用烘干法和TDR300对宁夏白芨滩防沙治沙区浅层土壤含水量进行监测,应用地统计学的理论与方法研究该区域浅层土壤水分季节动态变化和小尺度空间变异特征。【结果】(1) 10 cm和30 cm的土壤含水量变异系数均在0.01～1之间,属中等变异;不同时期的10 cm及30 cm深处的土壤含水量均表现出强烈的空间自相关;4、6和9月的土壤水分(10 cm)的变异函数为球状模型,8月(10 cm)为指数模型,30 cm的土壤水分变异函数均为指数模型。(2)不同时期的表层(10 cm)土壤含水量空间分布表现为4、6和9月空间分布较相似,整体分布相对均匀;8月土壤含水量较6月增加,空间分布表现为从北向南降低,其中西北角土壤含水量最高;9月研究区内土壤表层含水量与其他时期相比最高。【结论】10 cm和30 cm土壤含水量均属中等变异,不同时期含水量均表现出强烈的空间自相关。10 cm和30 cm水分分布格局均受降水影响,9月土壤含水量最高。研究区不同时期10 cm土壤含水量空间分布特征明显不同,30 cm深处的土壤含水量随季节发生变化,两者空间分布特征均受地形、季节影响。     

川中丘陵紫色土区土壤水分入渗性能研究

选取四川省盐亭县陈家湾小流域为研究对象,使用环刀法对紫色土土壤水分入渗规律、不同土地利用方式下土壤入渗性能进行了研究,分析了容重、坡度、坡向对土壤入渗性能的影响。结果表明:紫色土土壤水分入渗速率随着时间增加呈下降趋势,25~30 min达到稳定入渗阶段,土壤水分入渗过程可用Horton公式较好描述。随着坡度的增加,土壤入渗速率增加,不同坡向土壤水分稳定入渗速率表现为半阴坡>半阳坡>阳坡。土壤容重与土壤入渗速率呈负相关关系,随着土壤容重的增加,土壤入渗速率减小。不同土地利用方式下,耕地的土壤稳渗速率大于林地。     

土壤水分及其测量方法的研究进展

简述了土壤水分的形态、土壤含水量的表示方法以及土壤含水量测定方法的分类与应用原理。随着土壤物理学的发展和人们对土壤水分的深入研究,土壤水分含量的测定方法也越来越多,笔者结合国内外土壤水分测定方法的研究状况,对土壤水分含量的测量方法进行了较系统的归纳总结,其中主要介绍了烘干法、中子法和介电法[时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)、驻波率法(SWR)]测量土壤水分含量的原理和步骤,并对这3种方法进行了比较,提出了我国当前土壤水分测定中存在并值得注意的问题。