多孔介质水分运动的随机数值分析

采用van Genuchten-Mualem模型描述非饱和水力传导度和水分特征曲线,将模型中的3个参数作为随机场处理,联合运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,得到饱和非饱和水流的一个随机数值模型。应用该模型分析了介质随机参数的空间变异性对水头分布的影响,结果表明,水头标准差对介质参数的敏感程度由大到小依次为非饱和参数n、β、饱和水力传导度Ks,饱和带水头分布的变异性较非饱和带小。     

应用时域反射仪测定非饱和土壤水力传导度

利用垂直土柱上渗法测定非饱和土壤水力传导度,其可靠性和精度难以保证。针对这一问题,应用瞬时剖面法的原理,利用时域反射仪自动、连续监测多点土壤含水率的优点,对非饱和土壤水力传导度的测量方法进行了改进,并与以往的实验方法进行了对比。改进后的方法不仅简化了计算,而且提高了实验精度。     

基于土壤水力传导度自动测试系统的瞬时剖面法试验应用

水力传导度表征土壤对水分流动的传导能力,是计算土壤水分运动的一个重要参数,反映非饱和土壤的导水率随含水率或基质势的变化关系。该文采用TS-4型土壤水力传导度测试系统分别对两种土壤进行了3次试验,结果表明:自动测定系统具有方便快捷、精度较高的特性,为实验室模拟非饱和土壤水运动参数测定试验提供了一种有效的方法。      

用一次加压法测定土壤扩散度

本文从试验原理和方法上介绍了在用压力提取器测定土壤水分特征曲线时,可以用一次加压法测得土壤扩散度,结合逐次加压法,测定土壤水分特征曲线、容水度及水力传导度。这样,一次试验可以同时测得非饱和土壤水分运动的全部参数。     

簸箕李灌区土壤空间变异性研究

采用圭夫渗透仪测定簸箕李灌区的土壤田间饱和水力传导度,运用经典统计学方法和地质统计学方法分析其空间变异特性,并比较其分析结果,认为该灌区土壤呈现较大的随机变异性,具有空间变异结构,经典统计学方法分析土壤空间变异性有一定缺陷,地质统计学则比较接近实际。     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

日本在重粘性水稻土中设计暗管排水系统的一种新方法

<正> 本文介绍一种新方法,用来确定在重粘性水稻土中埋设排水管道的间距。众所周知,重粘性水稻土的水力传导度比较小,因此,即使在这种土壤里埋设管道,排水也很困难。但是,这种土壤常出现裂缝或具有良好的结构分布,因而使它的水力传导度比壤土或砂土还要好。可惜在实际工作中很难用钻孔法测定大面积的水力传导度。这一点可用下述方法解决。     

土壤水高矿化度对粉质黏土水力特性的影响

为获取高矿化度土壤水条件下的水力特征参数,并比较不同处理的影响,实验测定淡水、30、100及250g/L土壤水矿化度处理土样脱湿过程的水分特征曲线,并利用RETC软件进行模型参数拟合。结果表明,粉质黏土条件下,van Genuchten-Burdine模型可拟合各不同处理土壤水分特征曲线。各组实测曲线形态显示,在吸力较大阶段,当土壤水吸力增大到一定程度时含水率才发生变化,二者呈多值对应关系。TDS-30处理对应的残余体积含水率θr最大,α、n值最小,非饱和水力传导度K值衰减最快;中等大小孔隙的变化对非饱和水力传导度影响较为显著。研究成果可为深入开展矿化度潜水蒸发数值计算提供支持。     

农田土壤中土壤水渗漏与硝态氮淋失的模拟研究

应用HYDRUS-1D模型对黄淮海平原的主要土壤(黄潮土和风沙土)中水分与硝态氮的垂直运移规律进行了模拟分析。对模型参数的敏感性分析表明:饱和水力传导度是最敏感的参数,饱和含水量的敏感性次之。数值模拟结果表明:该地区在传统水氮管理制度下,土壤水渗漏和硝态氮淋失非常严重;全耕作年风沙土的土壤水渗漏大于黄潮土,分别为34.3cm和22.7cm,占灌水量的42.1%和74.6%;风沙土的硝态氮淋失大于黄潮土,分别为108.0kg/hm和76.6kg/hm,占总输入氮量的25.3%、14.3%。     

再生水灌溉红壤土水力传导度变化及其模拟分析

【目的】研究南方地区再生水灌溉对红壤入渗特征的影响。【方法】以红壤为研究对象开展土柱模拟灌溉试验,采用再生水(RW)、稀释2倍再生水(RW-2)、稀释4倍再生水(RW-4)、稀释6倍再生水(RW-6)进行干湿交替灌溉,以蒸馏水灌溉(CK)为对照组。利用便携式入渗计进行入渗率测定,采用压力膜仪法测定土壤水分特征曲线。【结果】再生水灌溉后,土壤水力传导度(K)减小显著(P<0.05),各处理的水力传导度分别是CK的12%(RW)、17%(RW-2)、20%(RW-4)、44%(RW-6);同一吸力下,RW和RW-2处理土壤水分的吸持能力高于CK,RW-4和RW-6处理土壤水分的吸持能力小于CK;水力传导度与形状系数n极显著正相关(P<0.01),与再生水稀释倍数和残余含水率θr显著正相关(P<0.05)。【结论】再生水灌溉会降低土壤的导水特性,一定浓度再生水可增加土壤持水性,通过稀释再生水可改善土壤的孔隙结构。     

基于温度示踪法的典型农渠渠道渗漏模拟研究

以渠道渗漏土壤水动态及热伴生机理为理论基础,利用热示踪技术,选取内蒙古河套灌区典型农渠开展野外监测、原位热示踪试验,利用温度示踪结果定性分析渠系渗漏过程。利用二维水热运移数值模型VS2D对渠道渗漏条件下饱和/非饱和土壤的水热迁移过程进行模拟,反演出试验区粉砂壤土和砂壤土的饱和水力传导度分别为0.025 m/d和0.6 m/d。通过静水试验数据对模型进行验证,结果表明,温度模拟值和实测值的平均均方根差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为1.6℃和2.5%,累积入渗量实测值与模拟值的相对误差为2.4%,模拟结果与实际监测数据吻合较好。研究结果表明,温度信号可用来对渠系的渗漏状况进行示踪和监测,VS2D模型模拟土壤水热运移的结果能够为灌区的渠道渗漏问题提供科学依据,可为我国北方旱区灌区水资源的管理以及渠系节水改造工程提供一定的理论和技术支持。     

基于GPS与GE的土壤水力参数空间变异采样间距确定

为在土壤分析研究时,制定工作量少、试验设计经济合理,同时采样点具备代表性的野外采样方案,采用GPS与Google Earth相结合的方法,在陕西省泾惠渠灌区研究了土壤水力参数区域尺度的空间变异性,结果表明:土壤饱和含水率与饱和导水率在该区域尺度下属于中等变异,且两者均具有较强的空间依赖性;饱和含水率的最佳拟合模型为球形模型,土壤饱和导水率的最佳拟合模型为指数型;推荐两者的采样间距分别为2.38 km和7.14 km。     

达西定律及其在非饱和土壤中的推广应用

法国工程师享利达西(HenriDarey)经过对饱和砂土的渗流试验研究,1856年提出了著名的渗流阻力定律,即达西定律.此定律后来被推广到其它饱和土壤和多孔材料中.1931年,理查兹(Richards)用试验的方法为此定律进一步推广到非饱和土壤找到了论据.不仅扩大了达西定律的使用范围,而且给研究非饱和土壤水流问题(如灌溉土地上的蒸发、入渗、根系吸水等)带来了重大进展.     

容重对黏壤土土壤水分特征曲线的影响

土壤的容重影响土壤孔隙比,从而影响土壤的渗透特性,为研究容重对黏壤土土壤水分特征曲线的影响,选用淮河王家坝附近4个不同容重的黏壤土,采用压力膜法测定其土壤水分特征曲线,用变水头法测定饱和导水率,应用RETC软件中的van Genuchten模型进行拟合。结果表明:在相同的吸力时,黏壤土含水率随容重增加而增加;饱和导水率与容重呈负线性相关(R2=0.963 5),黏壤土饱和含水率θs、残余含水率θr和参数a值与容重呈显著负相关;田间持水率和有效含水率也随容重增加而增加;不同容重的黏壤土非饱和导水率随含水率而增加,在含水率小于0.4 cm~3/cm~3以内,非饱和导水率曲线呈平直状,说明非饱和导水率变化不大,此时的非饱和导水率非常小。当含水率大于0.4 cm~3/cm~3时,非饱和导水率曲线呈陡直状,非饱和导水率变化很大,非饱和导水率相同时,含水率随容重的增加而减小。研究成果可为黏壤土入渗及蒸发数值计算提供支持。     

网格尺度上宁夏平原区土壤水分入渗空间变异性分析

以宁夏平原区从北到南3个典型试验区进行的入渗试验为基础,采用经典统计学方法、Pearson相关系数法以及多重分形方法研究宁夏平原区土壤水入渗水力特性的空间变异性及其与土壤物理特性的相关关系。结果表明,1土壤水力特性中,稳定入渗率、累积入渗量、饱和含水率均具有多重分形特征,且分别在3个试验区都具有较强的空间变异性。2从北到南稳定入渗率和累积入渗量空间变异性呈走强趋势,相反饱和含水率空间变异性从北到南呈走弱趋势。3土壤水力特性均受长距离变异影响,且由高值造成,但是通过分析土壤基本物理特性与土壤水力特性的相关关系及多重分形谱宽度、多重分形谱图、广义维数等,发现3个试验区土壤物理特性的空间变异性各有不同,且造成3个试验区的土壤水力特性及其土壤物理特性的因素也不尽相同。     

基于灰度-梯度特征的改进FCM土壤孔隙辨识方法

土壤孔隙的拓扑结构决定了土壤水分保持和传导能力,对土壤生态过程与功能具有重要影响,但现有土壤孔隙辨识方法存在孔隙边界判别不准确和运行效率较低的问题。为解决这一问题,提出一种基于土壤CT图像灰度-梯度特征的改进模糊C均值(GFFCM)孔隙辨识方法。该方法利用拉普拉斯算子建立灰度-梯度二维特征矩阵,并结合土壤相关先验知识分区构造初始隶属度矩阵和确定聚类数目;然后,基于初始条件实现土壤结构的模糊划分;最后,运用孔隙辨识准则对模糊聚类结果进行优化,完成土壤孔隙结构的精准辨识。以非饱和土壤CT图像为应用对象验证孔隙辨识方法的性能,通过与传统FCM法、快速FCM法(FFCM)的比较,表明GFFCM法有效克服了传统FCM法在隶属度矩阵和聚类数目初始化的不足,解决了初始值制约辨识精确度的问题,在保证孔隙辨识精度的前提下具有较高的执行效率。     

用对流扩散方程确定非饱和土壤水动力弥散系数

用非饱和土壤水动力弥散方程及其解析解,在人试验的基础上,研究了非饱和土壤在不同初始含水量、不同入渗方式及不同加肥方式下的水动力弥散系数。研究结果表明：土壤初始含水量、灌水方式对非饱和土壤水动力弥散系数影响大,而加肥方式对土壤水动力弥散系数影响小。所述方法,理论性强,概念清楚明潦,试验操作简便,结果正确可靠。     

用对流扩散方程确定非饱和土壤水动力弥散系数

用非饱和土壤水动力弥散方程及其解析解 ,在室内试验的基础上 ,研究了非饱和土壤在不同初始含水量、不同入渗方式及不同加肥方式下的水动力弥散系数。研究结果表明 :土壤初始含水量、灌水方式对非饱和土壤水动力弥散系数影响大 ,而加肥方式对土壤水动力弥散系数影响小。所述方法 ,理论性强 ,概念清楚明潦 ,试验操作简便 ,结果正确可靠     

石河子垦区灌耕灰漠土饱和-非饱和土壤水动力弥散试验研究

根据室内水平土柱吸渗法和易混合置换试验,对石河子垦区灌耕灰漠土饱和-非饱和土壤水动力弥散进行试验,通过理论分析和计算,得到了非饱和土壤水分扩散率和水动力弥散系数及饱和条件下的溶质弥散度,结果表明,规律性较好,且有较好的重现性,说明方法是可行的,测定数据有较好的应用参考价值。     

基于PEST的MODFLOW-HYDRUS耦合模型参数优化

为实现饱和、非饱和带水分运动耦合模型参数的有效率定,以内蒙古河套灌区永联试验区的地下水位、土壤含水率实测数据为基础,选用MODFLOW-HYDRUS耦合模型,采用试错法与PEST优化算法相结合的方法,对水文地质参数和土壤水力参数进行优化。优化结果表明:通过PEST算法进行参数优化后,耦合模型模拟精度有所提高,决定系数提高了2%~35%,纳什系数提高了6%~11.3倍,均方根误差减小了5%~20%,标准化均方根误差减小了5%~20%。其中验证期土壤含水率的各项评价指标提高或减小的幅度均为最大,决定系数、纳什系数、均方根误差和标准化均方根误差变化幅度分别为35%、11.3倍、20%和20%。