非水相流体(NAPLs)在黄土中的持留特征研究

试验测定了粘土和砂土二种土壤在不同容重下水气、PCE气和水NAPL的毛管压力与饱和度的关系曲线。研究发现,容重对二种土壤毛管压力与饱和度关系有明显影响,随着容重的增大,束缚水饱和度和进气值或置换压力增加;相同容重下,重壤土的束缚水饱和度大于砂壤土的,而砂壤土残留PCE含量大于重壤土。根据压力与饱和度的关系曲线,三者之间存在一定相关性达到极显著水平。但由于毛管压力与饱和度关系曲线在多相流研究中极为重要,因此在可能的情况下尽可能采用试验手段进行测定。     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

残留地膜对粉壤土水盐氮运移与再分布的影响

为探究残留地膜(以下简称“残膜”)对土壤水盐氮运移与再分布的影响,设置了不同残膜含量(0,100,200,400 kg/hm²)室内一维垂直土柱入渗-蒸发试验,测定了水分再分布过程中土壤湿润锋和各土层土壤质量含水率、电导率、硝态氮及铵态氮等指标.结果表明：残膜改变了土壤的入渗性能,当土壤中残膜量低于200 kg/hm²时,土壤湿润锋运移距离与累积入渗量均有增加;当残膜量高于400 kg/hm²时,土壤湿润锋运移距离与累积入渗量比处理CK分别减少3.59%和4.07%;随残膜含量增加,水分对盐分的淋洗效果降低,对氮肥的淋洗效果增加;残膜阻碍了盐分与硝态氮的向上运移,对铵态氮向上运移随铵态氮质量比减小由阻碍作用转变为促进作用;当残膜量高于400 kg/hm²时,土壤水分与盐分CV值比处理CK分别增加10.15%和6.51%;随残膜含量增加,硝态氮质量比CV值显著减小,不同处理土壤相同土层铵态氮质量比CV值差异较大,土壤剖面内铵态氮的变异程度无明显差异;蒸发结束时,残膜对水分蒸发的促进作用随残膜含量增加转...     

轻非水相液体在地下多相渗流的K-S-P关系研究

以砂性介质为研究对象,用砂芯漏斗法测定轻非水相液(LNAPLs)在地下渗流的毛细压力与饱和度的关系曲线,并采用Parker-Lenhard模型及Brooks-Corey-Burdine模型获取油水二相的相对渗透曲线,结果表明对于相同介质,VGM模型对油相的相对渗透率估计大于BCB模型所预测,且二种不同模型所获取曲线具有不同的等渗点饱和度和等渗点相对渗透率,VGM模型所获取等渗点渗透率比BCB模型所获取的值大0.04,建议在研究砂性多孔介质中LNAPLs的迁移问题使用BCB模型获取相对渗透率。     

灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响

为研究淡水与微咸水降水头入渗的差异,采用矿化度为1.0 g/L的微咸水与去离子淡水,对滨海围垦区粉砂土与南京黄棕壤土进行了一维降水头积水入渗试验。试验结果表明,采用微咸水入渗可以增大2种土壤的入渗能力,且对黄棕壤土的影响更为明显。利用Philip入渗模型对试验数据进行拟合,结果表明,模型可以较为精确地描述2种土壤的微咸水降水头入渗过程,且模型对黄棕壤土入渗过程的拟合精度更高。土壤水分与盐分再分布过程中,在粉砂土上层,微咸水灌溉对盐分的淋洗效果与淡水灌溉相近,但在土壤深层微咸水灌溉使土壤的积盐量显著高于淡水。采用淡水灌溉的黄棕壤土,土壤表层脱盐、深层积盐;采用微咸水灌溉的土柱剖面均明显积盐,且因表层土壤孔隙结构被破坏,持水能力增强,使表层土壤与深层土壤均积累了较高含量盐分。     

三峡库区紫色土土壤水分入渗特性研究

利用室内环刀法对三峡库区紫色土土壤水分入渗特性进行了研究。结果表明,不同土地利用类型土壤稳定入渗率位于为0.0075~1.73 mm/min之间,大小依次为竹林地>榨菜地>柑桔地>荒草地;Horton入渗方程在紫色土不同土地利用类型上拟合的结果在α=0.01上达到了显著水平,可以作为表达三峡库区紫色土土壤水分入渗过程的模型。土壤稳定入渗率与土壤理化性质间存在一定相关关系,其中土壤稳定入渗率与砂粒含量之间呈幂函数关系,与容重呈指数函数关系,与非毛管孔隙度呈幂函数关系,与大于0.25 mm的水稳性团聚体含量之间呈指数函数关系。多元对数线性回归模型可作为紫色土土壤水分入渗特性参数预报模型。     

生物炭对黑土区土壤水分及其入渗性能的影响

为探究黑土区施用生物炭对土壤水分及其入渗性能影响的持续性,2016—2018年连续3年在东北黑土区进行了单次施加生物炭(75 t/hm~2,BC处理)和不施加生物炭(CK处理)的室内外对比试验,分析各土层土壤含水率及土壤水分入渗过程。结果表明:施加生物炭可增加各土层土壤含水率,使其极值比K_a和变异系数C_v减小,且土壤含水率、K_a、C_v的变化幅度均随生物炭施用年限增加而减弱,2016—2018年苗期耕层土壤含水率增加最多,分别增加了14.54%、11.48%和7.08%;施加生物炭明显增大了土壤累积入渗量、土壤入渗速率,增强了土壤入渗能力,促进了湿润锋的运移,各年份BC处理土壤累积入渗量由大到小依次为2016年、2017年、2018年,初始入渗速率f_1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率f_c由大到小依次为2016年BC处理(1.65 mm/min)、2017年BC处理(1.22 mm/min)、2018年BC处理(1.17 mm/min)、2016年CK处理(0.46 mm/min)、2017年CK处理(0.43 mm/min)和2018年CK处理(0.38 mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24 mm),各表征土壤入渗性能的指标均于生物炭施用当年效果最优,而后逐年减弱;土壤累积入渗量与时间具有幂函数关系,湿润锋运移距离与时间具有三次函数关系,R~2均在0.963～0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton 3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R~2最高(0.946～0.991)、RMSE最小(0.516～1.941 mm/min),拟合参数与实际情况相符,故本研究中Kostiakov模型拟合的土壤水分入渗过程最优。本研究可为东北黑土区施加生物炭后改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

有压入渗条件下土壤结构与相对稳定入渗率间的关系研究

基于不同土壤结构下的有压入渗试验,分析讨论了土壤结构对稳定入渗率的影响及二者间的数量关系。结果表明,有压入渗条件下,土壤结构由疏松变密实,相对稳定入渗率降低,土壤结构与相对稳定入渗率间很好地符合幂函数关系。     

半无限深盐碱土等温再分布的水盐运移试验研究

通过不同入渗湿润深度的半无限土体等温水盐再分布试验,分析了含水量剖面的动态变化特征,确定了水分再分布脱水区与吸水区的分界点,得出了由入渗湿润深度和时间确定的初始湿润层水量、排水率及再分布湿润锋函数关系。对比再分布初始(入渗结束)和再分布结束的含盐率和盐分浓度特征,建立了由垂向位置和入渗湿润深度确定的含盐率和盐分浓度剖面定量关系。分析表明,再分布的初始湿润层水量、脱水率、相对湿润锋及湿润锋推进速度等均可采用再分布时间与入渗深度二因子定量表达;再分布的剖面含盐率和盐分浓度均可采用指数函数形式由垂向位置和入渗深度二因子定量表达。     

土壤一维垂直入渗过程的类型与特性研究

以大量的大田土壤水分入渗试验资料为依据,分析了农业生产周期内耕作土壤一维垂直入渗过程的类型、特性及各自的成因,并对照实际生产过程分析了各类型入渗过程对应的土壤条件。结果表明,在以年为周期的农业生产期间,大田土壤入渗过程大致分为3种类型,即：肥胖型、渐变型和扁平型;不同类型的入渗过程与不同的农业生产阶段和土壤理化条件相对...     

多维入渗理论在测量土壤水力特性参数中的应用

张力渗透仪是一种根据多维入渗原理进行土壤水分和溶质运移参数原位测量的仪器。介绍了张力渗透仪的测量原理和方法，并用盘源入渗试验得到人工填装土壤的饱和导水率、与土壤渗透仪测定的结果进行了比较，表明利用多维入渗理论所测数据与渗透仅测定结果接近，可用于土壤水分特性参数的测量。     

干缩开裂黄褐土非饱和水平吸渗特征研究

通过室内水平吸渗试验,结合Matlab数字图像处理与形态学算法,在黄褐土土壤中添加秸秆模拟不同生长期作物根系密度,对干缩开裂黄褐土中的非饱和水平吸渗及湿润锋推移特征进行研究。结果表明:不同秸秆密度处理裂缝稳定形态面积密度和裂缝平均宽度差异显著(p0.05),当秸秆密度由0 cm/cm~3增加到1.5 cm/cm~3时裂缝面积密度和裂缝平均宽度分别减小为1.73%、0.071 cm,随着秸秆密度增大土壤稳定形态裂缝面积密度与裂缝平均宽度显著减小。秸秆添加间接影响入渗过程历时,但土壤最终累积入渗量无显著差异。裂缝的存在导致入渗率发生波动现象,且在入渗前中期尤为明显;未开裂土和开裂土累积入渗量随时间的变化关系均符合Kostiakov经验入渗模型,其经验参数与秸秆密度有关,拟合方程达到显著水平。引入湿润锋均匀系数对水平吸渗不均匀性进行评价,土壤裂缝面积密度及裂缝平均宽度越大入渗初期的水分不均匀性特征越明显,均匀系数随着时间推移逐渐减小;根据湿润锋推进速率随时间的变化特征,开裂黄褐土土壤的水平吸渗过程可以分为3个阶段,即初始裂隙流阶段、稳渗基质流阶段和吸渗末期阶段。     

土壤入渗研究进展及方向评述

作为土壤水资源补给的主要途径,入渗决定着土壤对降水和灌溉的有效蓄存程度,影响作物生长和产量。在综述土壤入渗基本理论、测定方法、模拟方程和影响因素分析等方面研究进展的基础上,重点分析了现存问题和未来发展方向。传统土壤入渗研究侧重于单点监测,还需充分考虑环境变化的影响,以定量分析土壤入渗的时空变异规律;监测手段受到尺度限制;基本方程以土体单元单一入渗过程为主,需进一步考虑SPAC系统的协同作用。因此,亟需融合单点监测、遥感反演和数值模拟优势,加强气候变化和人为干扰下土壤入渗时空动态变化特征的研究。     

降雨集流渗灌系统室内模拟土壤水分运动研究

为解决宁南山区旱地经济林干旱缺水的现状及小降雨(4～16 mm)无法入渗到根系(20～40 cm)分布范围,设计了一种降雨集流渗灌装置,通过室内土箱试验,以降雨量作为控制因子,研究不同雨量条件下径向和垂向土壤水分的运动特征.结果表明:随雨量增加累计入渗量逐渐增大,入渗速率逐渐减小;不同雨量条件下土壤含水率增量在垂向0～...