蚯蚓粪对土壤团聚体组成和入渗过程水分运移的影响

通过室内土壤团聚体组成分析试验和土柱一维垂直入渗试验,探究蚯蚓粪对土壤团聚体组成、抗水蚀稳定性以及入渗过程中水分运移特性的影响。结果表明:(1)蚯蚓粪可以有效降低土壤容重,增加0.25~2 mm粒级大团聚体的数量,分形维数D从2.84减小至2.65,减小了6.69%,显著提高了土壤团聚体抗水蚀稳定性;(2)施加比例为1/20时,可以显著增加湿润锋的运移距离,而后随着施加比例的增大,湿润锋距离有不同程度的减小,但均大于未施加蚯蚓粪的处理,且各处理下的湿润锋运移距离与入渗时间的关系均可用幂函数描述;(3)蚯蚓粪比例的增大可以显著提高累积入渗量和稳定阶段的入渗速率,当施加比例为1/3时,累积入渗量较对照组增大48.74%;其中Kostiakov-Lewis模型对入渗过程的模拟准确度最高,也更接近实测值。     

降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响

通过室内模拟降雨研究降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响.结果表明:整个降雨过程中,60mm/h的降雨强度下,产沙率变化相对平稳,90 mm/h和120 mm/h的降雨强度下,土壤产沙率的变化均因为有细沟而产生波动,120 mm/h的降雨强度下,细沟出现的时间较90 mm/h的降雨强度提前了5～20min;降雨强度的增加导致土壤总产沙量也显著增加,当降雨强度从90 mm/h增加到120 mm/h时,总产沙量的增加量是降雨强度从60 mm/h增加到90 mm/h时总产沙量增加量的0.83～2.82倍;随着降雨强度的增加,土壤的入渗率有减小的趋势.Kostiakov模型和Horton模型均可以很好模拟3种降雨强度下含砾石土壤的入渗过程,而在60 mm/h的降雨强度下,Horton模型优于Kostiakov模型,在90 mm/h和120mm/h的降雨强度下,Kostiakov模型优于Horton模型.     

人工模拟降雨水质对土壤入渗性能的影响

为探明模拟降雨供水水质对土壤入渗性能的影响,设计了3种水质(去离子水、自来水和盐水)、2种雨强(45.5mm/h和95.54mm/h)、2种坡度(8.7%和25.9%)对黄土高原2种典型土壤(黄土和娄土)的入渗性能进行了研究。结果表明,随着供水电导率的增大,产流历时显著增大,与去离子水相比,自来水和盐水的产流历时分别延长了2.60,2.68倍(黄土)和1.58,1.85倍(娄土);随着供水中含盐量的增大,供水水质对地表结皮发育的抑制作用更为明显,导致土壤稳渗率增大;与去离子水相比,自来水和盐水条件下,黄土和娄土的稳渗率分别增加了21.1%,15.8%和58.3%,75.0%;受产流历时及结皮发育的影响,不同供水水质条件下的累积入渗量差异显著,以60min的模拟降雨为例,与去离子水相比,黄土条件下自来水和盐水的累积入渗量均增大了1.02倍,而娄土条件下分别增大了1.63,1.87倍。结果显示人工模拟降雨供水水质显著影响土壤入渗性能,影响的程度与土壤类型密切相关,建议在相关研究中尽量采用去离子水进行人工模拟降雨试验,以提高不同区域、不同试验结果的可比性。     

土壤初始含水率和降雨强度对黏黄土入渗性能的影响

为研究初始含水率和降雨强度对土壤入渗性能的影响,采用径流-入流-出流法和双环入渗法测量比较,采用不同降雨强度（20、40和60mm／h）和3种土壤含水率（2．60％、10．4％和19．5％）进行试验比较。结果表明：土壤入渗性能随着降雨强度的增加而降低,随着初始含水率的增加而降低;双环法测量的土壤初始入渗率随着含水率增加而增加,稳定入渗率则随着含水率的增加而降低。同时,通过Kostiakov、Horton和Philip入渗模型对试验结果进行回归分析,径流-入流-出流法测量结果均优于双环法测量结果,而且Horton入渗模型回归结果优于其他人渗模型。     

间歇降雨中土壤含水量分布及其对入渗的影响

通过室内土柱实验,研究了间歇性降雨事件中土壤剖面水分分布特征及其对入渗的影响.实验表明,积水发生时间与雨强和表层5 cm初始土壤含水量密切相关;前期累积入渗量越大.则土壤表面越容易发生积水;间歇入渗过程中,入渗还受间歇时间的影响,相邻入渗事件积水发生时间有提前的趋势.初始事件入渗速度较后续入渗大一个数量级;湿润锋运行速度存在明显的波动,在经历间歇期再分布后,湿润锋运动存在滞后效应,且波动作用较初始入渗更加显著.通过分析,认为土壤水入渗以运动波和扩散波的形式运动,两者交替起主要作用,土壤水分有随含水量升高以运动波传递,随含水量衰减以扩散波形式运动的趋势.     

模拟降雨条件下黑麦草对土壤水分入渗的影响

利用室内模拟降雨实验的方法,设计了不同降雨强度(30 mm/h和60 mm/h)、不同坡度(10°和20°)和不同草地盖度(0、20%、40%、60%、80%和100%)研究黑麦草影响下土壤水分入渗的变化过程。试验结果表明:坡度、降雨强度和黑麦草盖度对土壤水分的入渗均有影响,土壤水分累积入渗量随黑麦草盖度的增加呈增加趋势,二者显著正相关;黑麦草覆盖下的土壤水分累积入渗量变化过程能够用考斯加科夫模型模拟,黑麦草盖度对模型参数有显著影响。各试验条件下,入渗模型参数K值随黑麦草盖度的增加而增加,α值随黑麦草盖度的增加而减小,二者的变化趋势在降雨强度30 mm/h时表现明显,但在降雨60 mm/h时不明显。     

裂隙岩质边坡非饱和降雨入渗特征分析

[目的]研究降雨入渗过程中,裂隙岩质边坡渗流场和暂态饱和区的变化规律,为裂隙岩体降雨入渗规律、工程技术及水土保持方面的研究提供支持。[方法]基于非连续裂隙模型,采用Matlab编制裂隙岩体渗透张量的计算程序;基于等效连续介质渗流模型,采用FLAC3D内置的FISH语言编制程序进行非饱和渗流分析。[结果]依托实际工程分析得出了裂隙岩体的渗透张量,在降雨过程中随着降雨强度的增加或者降雨时间的延长,边坡表层区域零孔隙水压力面不断向内部发展,暂态饱和区的范围不断扩大,且暂态饱和区的出现发生在降雨强度大于边坡的入渗率的情况。[结论]采用非连续裂隙网络模型和等效连续介质渗流模型对裂隙岩质边坡降雨入渗分析能较好反映裂隙岩体各向异性和非饱和渗流的特点。     

植被破坏对降雨入渗影响的试验研究

通过在不同地貌类型上的林地、采伐迹地、农地和裸露地随降雨强度对降雨入渗的影响,表明林地和采伐迹地入渗能力最大,农地次之,裸露地最小,证明了影响降雨入渗的主要原因是地面上的草灌及松软的枯枝落叶层。     

降雨淋洗条件下溶质在土壤中运移的初步研究

在自然条件下,降雨淋洗是地表污染物质向下运移而污染地下水的主要途径之一,同时,也是淋洗土壤盐分、影响土壤盐分动态的重要因素之一.因此,研究降雨淋洗条件下土壤中的溶质运移,可为污染物质的处理和田间土壤水盐动态的调控提供理论基础.本文通过室内实验和理论计算对这一问题进行了初步探讨.     

非饱和土壤热质运移的数学模型

A system atic study of coupled heat and mass transfer in unsaturated soils under complex boundary conditions was carried out and a mathematical model of heat and mass transfer in unsaturated soils was established by non-equilibrium thermodynamic theory. The gradient of volumetric moisture content, the gradient of temperature, the salt mass concentration and vapor pressure were the primary driving forces influencing the process of heat and mass transfer in unsaturated soils. Based on the thermodynam ic analysis and the mass and energy conservation principles, a set of mass and energy equations were developed. The initial and boundary conditions of soil column for one dimension were also given out.     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。     

Simultaneous transport of surface salts and water through unsaturated soils during infiltration and redistribution

Abstract

Certain concepts regarding the simultaneous transport of surface ‐salts and water under transient unsaturated flow conditions vere verified for three soils using laboratory soil columns. Treatments included different water application rates (i.e., continuous ponding and controlled rates) and different initial soil water contents. Calcium chloride, spread on the soil surface to simulate a salt‐affected soil or broadcasting of a fertilizer (or other additive), was leached with chloride free water (0.01 N CaSO₄). Salt and water profiles were determined by destructive sampling at 2 cm depth intervals at two stages: (i) immediately following infiltration and (ii) after Batching infiltration plus redistribution time.

Immediately following infiltration as well as after matching infiltration and redistribution time, chloride was leached more efficiently and to relatively deeper depths with slower than with faster rates of water application only in sandy and sandy loam soils. The results, thus, show that slower rates of water application nay not increase leaching efficiency over faster rates in heavy‐textured and sodic soils with very poor permeability. Regardless of water application rate, initial soil water content, redistribution time and soil type, salt front (i.e., salt peak) did not coincide with the water front but lagged behind it by a few to several centimetres. That is to say that salt peak did not occur at a depth above which total soil water storage in the profile equalled cumulative infiltration. The higher the initial soil water content, the deeper and more complete was the displacement of chloride during infiltration for a given quantity of water applied at different rates. This trend was not modified during post‐irrigation period in sandy soil, but it was entirely reversed in sandy loam soil.     

初始含水率对土壤中原油入渗的影响

为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响,该文利用3种土壤,根据设定不同初始含水率进行配置,开展土柱模拟试验,研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明：对于同一质地土壤,随着初始含水率的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入渗与土壤粉粒含量密切相关,当土壤初始含水率较低时,不同质地土壤,粉粒含量越高,原油在土壤中入渗越慢;随土壤深度增加,土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可用Kostiakov公式拟合。     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

不同碎石含量的土壤降雨入渗和产沙过程初步研究

碎石的存在改变了均质土壤的某些物理特性，降雨入渗和侵蚀产沙过程也因此受到影响，获取相关知识有助于模拟和预测土石混合介质中发生的水土过程。试验在模拟降雨条件下，对4种不同碎石含量(质量含量分别为0%，10%，20%和30%)的土壤入渗和产沙过程进行了室内研究。结果表明，碎石含量为10%时，土壤入渗率最大，当碎石含量超过10%时，入渗率反而降低；4种不同碎石含量的土壤侵蚀产沙高峰期均出现在降雨初期0～20 min，此后土壤侵蚀产沙相对稳定且在不同碎石含量的土壤间差别不大；降雨过程中，10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率一直保持稳定较低水平，其他碎石含量的土壤侵蚀含沙率起初很高并在0～10 min内急剧下降，此后与10%碎石含量的土壤侵蚀含沙率接近。     

非饱和土壤一维水分入渗与再分布的解析解法

Soil infiltration and redistribution are important processes in field water cycle, and it is necessary to develop a simple model to describe the processes. In this study, an algebraic solution for one-dimensional water infiltration and redistribution without evaporation in unsaturated soil was developed based on Richards equation. The algebraic solution had three parameters, namely, the saturated water conductivity, the comprehensive shape coefflcient of the soil water content distribution, and the soil suction allocation coefficient. To analyze the physical features of these parameters, a relationship between the Green-Ampt model and the algebraic solution was established. The three parameters were estimated based on experimental observations, whereas the soil water content and the water infiltration duration were calculated using the algebraic solution. The calculated soil water content and infiltration duration were compared with the experimental observations, and the results indicated that the algebraic solution accurately described the unsaturated soil water flow processes.     

多因素作用下浑水入渗对土壤导水特性的影响

浑水土壤入渗具有复杂的上边界变化过程,其上边界导水能力的变化规律是研究浑水土壤入渗特性的重要基础。为研究浑水入渗形成致密层过程中导水率的变化情况,该研究进行了17组（9组正交试验处理,8组用于模型验证）浑水饱和土柱入渗试验,通过对试验结果进行多元回归构建多因素（浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间）影响下砂土导水率动态模型;并结合浑水饱和土柱入渗特性进行合理假设,分别建立浑水砂壤土和粉壤土饱和土柱导水率动态模型并进行验证。结果表明：浑水含沙率、黏粒含量及入渗时间对砂土导水率影响极显著（P<0.01）,入渗时间为砂土影响导水率变化的主要因素,其次为含沙率和黏粒含量;建立的砂土导水率动态模型决定系数为0.853,均方根误差为0.004 cm/min,表明该模型可客观反映各因素与导水率之间的关系;模型验证试验结果中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值均值小于7%,说明该导水率动态模型可靠性较高;砂壤土和粉壤土导水率动态模型决定系数分别为0.912和0.930,均方根误差分别为2×10^-3和5×10^-5 cm/min;模型验证中均方根误差小于0.01 cm/min,相对误差绝对值小于17%,表明模型计算值与实测值的一致性较好。研究结果有助于揭示浑水土壤入渗规律,为进一步探明浑水入渗过程及致密层阻渗机理提供理论依据。