黄河三角洲暗管排水土工布外包滤料的试验研究

黄河三角洲地区多为近代黄河泥沙淤积形成的粉细砂土,其质地均一、结构松散,在农田排水明沟建设中边坡不稳定的问题突出。近年来该地区大力开展了暗管排水系统建设,但当地砂滤料来源不足,因此,迫切需要筛选出适合当地土壤特点的土工布外包滤料。该文在对研究区土壤特性分析的基础上,利用自制水力渗透仪,通过理论计算和渗透试验观测,研究了所选择土工布的反滤、透水以及防淤堵性能。结果发现,在满足测试条件的2种型号土工布中,Typar 3201G能够满足防淤堵与透水要求,但是有一定的淤堵风险;另一型号土工布(Typar SF20)则能较好的满足研究区暗管排水外包滤料的反滤、透水与防淤堵要求。研究结果表明,满足研究区特殊土壤类型的土工布外包滤料厚度不宜过大,土工布的开孔直径应符合选择标准。研究成果可为黄河三角洲地区暗管排水土工布外包滤料的选择提供技术支撑。     

基于两种土质的暗管土工布外包料反滤效果对比试验

为了研究土质状况对暗管土工布外包料反滤效果的影响机制，该研究选取安徽蚌埠地区粉土、宁夏平罗地区砂粉土和4种热熔纺黏丝无纺布进行了室内土柱试验，对比测试了两种土壤在不同土工布防护措施下的流量、土壤和土工布渗透性变化过程，并对土工布的透水和防淤堵性能做出评价，同时从颗粒迁移的角度出发，对流量随时间变化出现先下降后上升再下降的现象(“驼峰”现象)进行了成因分析。结果表明，砂粉土土质与单位面积质量为68 g/m²的土工布、粉土土质与单位面积质量为90 g/m²的土工布之间的适配性较好，土工布能够通过颗粒筛选的方式将织物上方土壤特征粒径d₉₀值(小于该粒径值的土壤颗粒质量分数为90%)提升20%以上，诱导其表面高透水性土壤骨架的形成。“驼峰”现象是土壤颗粒迁移和土工布颗粒筛选二者共同作用下的结果，表征了土壤与土工布之间出现了良好的适配性。研究成果可为安徽蚌埠、宁夏平罗以及相似土质地区暗管排水土工布外包滤料的选择提供技术支持。     

基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60～90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润...     

黄河泥沙充填复垦中土工布排水拦沙效果的模拟试验

为验证土工布用于加速引黄河泥沙充填采煤沉陷地的后期侧向排水及降低排水中泥沙含量的效果,在室内进行了基于土工布的泥沙充填排水模拟试验。该试验在玻璃槽内完成,设计3个试验处理,分别为ZT-250(整个断面开口+铁丝网+ZW-250土工布)、ZT-300(整个断面开口+铁丝网+ZW-300土工布)以及CK(断面中间部分开口+可调节高度的塑料板)。测定了3个处理的排水含沙量及泥沙粒径、玻璃槽内表层泥沙粒径以及充填表层和底层泥沙含水率随时间的变化。结果表明:1)3种处理排水含沙量整体差异较小,但使用土工布处理的排水含沙量随时间的延长逐渐降低,而对照处理排水含沙量随时间的延长逐渐增大;2)排水初期和中期,对照CK的排水中泥沙的黏粒含量均高于使用土工布的2个处理。排水后期CK的黏粒含量介于处理ZT-250和ZT-300之间。随着试验的进行,使用土工布的2个处理排水中泥沙的黏粒含量逐渐升高,粉粒含量逐渐降低,而对照处理呈现相反的变化趋势。使用土工布的2个处理拦沙效果较为稳定。3)3种处理充填表层泥沙粒径级配无明显差异,但使用土工布处理充填的表层泥沙的极细砂粒含量较高。4)3种处理充填泥沙表层和底层含水率变化存在差异,使用土工布可以加速泥沙中过饱和水的排除,其中处理ZT-250排水效果最好。该研究可为中国东部高潜水位平原矿区采煤沉陷地引黄河泥沙充填复垦的快速排水工艺革新提供依据。     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

盐碱地治理中排水暗管间距和外包滤料应用分析

暗管排水应用于盐碱地治理,有占地少、排盐降水见效快、一次性投资大的特点。随着开沟铺管一体施工机械的引进开发、管滤一体工厂化生产等技术经济条件的进步,暗管排水应用越来越广泛。暗管的埋深和间距决定着盐碱地治理工程的投资效益,与土壤质地、地质条件、土壤含盐量等多因素相关,用基于水量平衡原理的理论计算法、经验数值法和试验法分别确定的数据之间有一定差距,大面积工程运用应根据理论分析结合现场试验来确定暗管的埋深和间距。外包滤料是暗管排水技术成败的关键,经试验和工程调查分析,砂砾石是最好的暗管外包滤料,适用于各种土壤条件;无纺布等人工合成材料在满足反滤准则,严格根据土壤的颗粒级配控制有效孔径、拉伸强度、厚度等参数指标的情况下,也可以满足暗管外包滤料的技术要求。     

三江平原低湿地水田土壤理化特性及暗管排水效果

低湿土壤渍涝问题是限制农业生产的瓶颈问题,为改良低湿土壤渍涝问题,该文研究低湿地水田草甸沼泽土土壤特性,并探讨利用暗管排水进行低湿地排水及种植水稻的效果。结果表明,草甸沼泽土土壤质地黏重、各层土壤黏粒质量分数在40%以上;有效孔隙低,在6.40%~7.81%之间,通气、透水性差,母质层几乎不透气、透水,土体容气度为5.55%~16.08%;含水率高,自然状态达到40%以上;土壤容重低,耕层为0.93 g/cm3,母质层1.30 g/cm3;硬度低,液性指数在0.38~0.61之间,整体处于可塑状态,机械承载力差;草甸沼泽土上设置暗管可以改善土壤的透水性,随距暗管距离不同,土壤排水效果有差异,距离暗管越近,土壤排水效果越好,水分降低的越明显;同样排水晒田后,暗管处理土壤表层状态呈干裂状态,对照(无暗管排水区)则仍呈湿润状态;从水稻产量看,有暗管的处理水稻产量比无暗管处理增产8.06%。研究可为低湿地水田合理利用及改良提供依据。     

悬帷段作用下暗管排水流量计算公式探讨

暗管排水在降低地下水位过程中普遍存在悬帷段,悬帷段的存在对于暗管排水理论计算提出了挑战。该研究考虑悬帷段对排水流量的影响,提出了悬帷段作用下的暗管排水流量计算公式,基于HYDRUS模型得到不同暗管间距、暗管埋深、不透水层深度以及土壤质地条件下的排水流量模拟值及理论计算公式中的作用水头参数,对比分析了不同土壤质地以及悬挂水头影响下排水流量理论公式的适用性。结果表明提出的考虑悬帷段的暗管排水流量公式计算值与模拟值具有很好的吻合性,提出的6种组合公式计算值与模拟值相关系数均大于0.99,平均绝对误差均小于11%,其中Hooghoudt-Ploeg-B.И.阿拉文公式以及Hooghoudt-Ploeg-Kirkham公式误差更小,此2个理论公式也通过了已有文献的验证,而不考虑悬帷段条件时采用Hooghoudt公式计算得到的理论值则普遍小于模拟值,误差可能超过50%;从不同土壤质地来看,提出的考虑悬帷段的暗管排水流量计算公式在粉土和壤土的适用性最高,其次是砂土;此外,该研究初步证实了悬挂水头和单长暗管排水流量与渗透系数比值之间成线性相关关系。该研究成果对丰富和发展农田排水理论及技术有重要意义。     

不同暗管布置下棉田排水的硝态氮流失量分析

为了研究不同暗管控制水深、暗管间距和暗管埋深条件下暗管排水中硝态氮流失量的变化规律,将暗管控制水深、暗管间距和暗管埋深的变化范围分别设为30～80cm、8～40m和80～120cm,采用通用旋转组合设计确定试验方案,并利用DRAINMOD模型对不同试验方案下暗管排水中硝态氮的流失量进行数值模拟。模拟结果表明:单一增加暗管出口控制水深或暗管埋深以及单一减小暗管间距都会使暗管排水中硝态氮流失量增加。暗管间距和暗管埋深对暗管排水中硝态氮流失量的影响要比暗管出口控制水深的影响大,当暗管出口控制水深小于40cm时,暗管埋深对其影响大于暗管间距;而当暗管出口控制水深大于70cm时,暗管间距对其影响大于暗管埋深。当暗管埋深不变时,增大暗管间距的同时减小暗管出口控制水深有助于减小暗管排水中的硝态氮流失量。     

我国暗管排水技术发展历史、现状与展望

暗管排水技术是我国盐碱地改良、涝渍区排水、南方稻田养分管理的重要技术之一。21世纪前20年暗管排水技术蓬勃发展,综述其发展历史和现状有助于读者全面、系统地了解该项技术,掌握其未来的发展方向。基于CNKI、万方、维普、百度学术和Elsevier数据库及国家自然科学基金委网站、百度搜索等平台,采用数据统计分析方法对暗管排水技术发展动态、用途变化、应用的空间分布、应用面积和服务对象等进行分析。研究发现,近50年来我国暗管排水发展主要分为初步探索期(1976—1998年)、渐进发展期(1999—2008年)与蓬勃发展期(2009—2020年);江苏和山东为暗管排水技术研究的热门研究省份;水稻、小麦、玉米、棉花是我国暗管排水技术主要的服务对象;暗管排水技术正在盐碱地改良领域快速发展,主要以淋洗土壤盐分为主。水盐调控技术一体化以及暗管生态修复将是未来暗管排水发展的重要方向。随着暗管、滤料等材料的更新和暗管施工机械智能化铺设效率的提高,暗管排水技术的应用领域将更加广泛。     

干旱地区排盐暗管优化布局关键参数研究

为探究干旱地区暗管配合淋洗的排盐效果及关键影响因素,该研究在新疆焉耆盆地布置了暗管排盐试验,研究淋洗前后土壤剖面的水盐变化规律和不同淋洗定额下相同暗管布局的暗管排水排盐量差异,结合正交试验分析方法研究暗管布局参数中影响土壤脱盐率的显著因素,并分析淋洗定额与暗管布局参数对土壤脱盐率的交互影响。结果表明：1）暗管排水后,土壤剖面含水率明显增大,表层平均含水率由0.20增加为0.30 cm3/cm3,含盐量不同程度减小,表层平均盐量由10减少为5 g/kg;2）暗管排水流量呈现先迅速增大,后缓慢减小的规律,而暗管排水电导率则在排水过程中无明显变化,且淋洗定额越大,暗管排水排盐量越大;3）暗管间距和埋深是影响脱盐率的显著因素（P分别小于0.05和0.01）,而管径则对脱盐率无显著性影响;淋洗定额越大,土壤脱盐率越大,且在较大淋洗定额差异条件下,淋洗定额和暗管布局参数对土壤脱盐率无交互影响。研究结果表明,对于干旱地区暗管排盐工程布置,合适的埋深和间距很重要,淋洗定额也是影响脱盐效果的关键因素。考虑节约水资源和节省工程造价,研究区合适暗管埋深为1.4 m,间距为8 m,管径为90 mm,此时采用300 mm的淋洗定额进行冬灌,即可以满足36%的目标脱盐率。研究结果可以为干旱地区暗管合理布局选择提供依据。     

暗管改碱技术试验区不同生境盐生植物资源及其群落特征

盐生植物群落的空间格局因受土壤盐碱化的影响而呈现一定的地域性差异,其群落特征及分布对土壤盐碱化程度具有良好的指示作用。研究盐碱地区盐生植物群落特征及其分布规律,对补充和完善土壤盐碱化程度的检测和评估方法及当地盐碱地的改良和生态环境治理均具有一定的指导意义。本文以河北沧州黄骅市暗管改碱技术试验区为例,采用五点取样法分别对地下埋设暗管的荒地、夏季休耕地和未埋设暗管的荒地、夏季休耕地4种生境的植被进行调查,并采用聚类分析方法和Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数等分析4种生境下盐生植物资源及其群落特征。结果表明,被调查的20个样方内共有植物8科17属19种,均为草本植物,划分为5种植物群落类型。地下埋设暗管后,抗盐能力相对较低的假盐生植物和非盐生植物逐渐替代真盐生植物,成为荒地和夏季休耕地植物群落的优势种。并且地下埋设暗管的荒地和夏季休耕地物种多样性指数和均匀度指数均高于未埋设暗管的荒地和夏季休耕地。由此可见,暗管改碱技术的实施能在一定程度上降低土壤盐渍化程度,有利于保护和提高植物物种多样性,对盐碱地生态环境质量的改善具有重要意义,建议对其进行进一步研究及推广应用。     

Soil conservation on road embankments using palm‐mat geotextiles: field studies in Lithuania

The application of geotextile mats constructed from the palm leaves of Borassus aethiopum (Borassus) and Mauritia flexuosa (Buriti) was investigated in field experiments. The use of geotextiles caused improved soil moisture storage during dry summer periods on a steep (21–25°) roadside slope in Lithuania. The enhanced soil moisture under the Borassus and Buriti mats encouraged better root development of perennial grasses, increased the number and weight of earthworms and increased the dry biomass of perennial grasses by 50.5 and 18.2%, respectively, compared with a grassland control. The mean rate of water erosion from bare soil during the study period from 17/04/2007 to 11/12/2008 was 33.21 Mg/ha. The cover of palm‐mat geotextiles decreased soil losses from bare fallow soil by 94.8–91.1%. An erosion rate of 0.85 Mg/ha over this 21‐month period was measured on the slope under perennial grasses without geotextile cover. Application of geotextile cover on perennial grasses completely prevented soil erosion by water. Therefore, use of geotextiles has clear soil and water conservation benefits on industrial slopes susceptible to erosion. The use of geotextiles has multiple benefits including soil conservation, the improvement of plant growth conditions and the encouragement of earthworm populations.     

新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量

土壤盐渍化问题严重制约着干旱区农业可持续发展,为达到土壤脱盐的效果,增加作物产量,该文针对膜下滴灌棉田,采用完全随机试验方案,在装有暗管的中度和轻度盐渍化土壤上种植棉花,分析暗管降盐技术对轻度和中度盐渍化农田土壤盐分变化规律及棉花产量的影响。结果表明:轻度和中度盐渍化农田土壤盐分剖面特征均由表聚型向脱盐型变化,中度盐渍化土壤0~20 cm土层盐分下降最快,其他土层盐分含量均呈现显著下降趋势;轻度和中度土壤最高脱盐率分别为50.96%和90.89%,中度盐渍化土壤盐分可降低至轻度水平;暗管排水的电导率变化范围为7.53~11.16 dS/m,pH值变化范围7.08~8.20;轻度和中度盐渍化棉田增产幅度分别为25.3%和55%。研究表明与滴灌配套的浅层暗管排水降盐技术可有效治理盐碱土壤,提高作物产量,该研究可为盐渍化土地的可持续利用提供依据。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。