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。     

降雨强度对优先流特征的影响及其数值模拟

为了研究优先通道发育程度对不同降雨强度下优先流特征的影响,该文选取不同深度的田间原状土样,在不同降雨强度下进行土壤优先流的室内物理模拟试验,并采用双渗透介质模型Hydrus-1D对优先流发育过程进行数值模拟。结果表明:优先通道越发育,其优先流程度越高。降雨强度对优先流速率及其增加幅度的影响随土壤优先通道发育程度的增加而增加。优先通道发育的土柱,降雨强度越大时,其土柱下端初始出流时间越短,而优先通道一般发育的土柱,其土柱下端初始出流时间均随降雨强度增加呈先减小而后增加的规律。当降雨强度小于土柱最大导水能力(原状土柱表面出现积水时的导水能力)时,优先流速率随降雨强度增加而显著增加,而当降雨强度接近或大于其最大优先导水能力时,优先流速率增加缓慢或趋于稳定。土壤优先通道对降雨入渗的导水能力(即优先流速率与降雨强度之比)随降雨强度增加而变小。双渗透介质模型能较理想地模拟优先流发育过程,对土壤基质向大孔隙排水过程的模拟较差,但模型不适用于裂隙发育的土壤。各土柱的优先流程度为93.6%~99.9%。在研究降雨强度对优先流的影响规律时,该研究考虑了优先通道发育程度对此规律的影响,丰富了优先流理论,同时对农业节水、土壤污染迁移、地下水污染风险评价以及滑坡机理等研究方面具有重要的科学意义。     

基于稳定同位素的土壤水分运动特征

土壤水分受降雨和地下水的共同补给作用,是陆地水循环的重要环节。通过模拟试验,结合土壤水同位素特征,以黄土高原黄绵土为研究对象,研究降雨入渗和地下水补给方式下土壤水分的运移变化特点。结果表明:土壤体积含水量随时间的延长而增大,最终趋于稳定,土壤水分的运移有明显滞后效应;土壤水氢同位素受补给水源、交换混合以及蒸发的影响,随时间的延长,补给水源的影响逐渐减弱,水分的交换混合和蒸发作用逐渐显现,土壤水最终达到动态平衡状态;两种补给条件下,土壤水运移方式均为活塞式推进,降雨入渗方式土壤水δD随土层深度的增加先减小后增大最终趋于稳定,表层0~5cm土壤水由于蒸发富集重同位素,5~20cm土壤水滞留时间最长,保水能力最强,地下水补给方式下土壤水δD随土层深度的增加而减小,上层土壤水δD由于蒸发富集重同位素,下层受地下水补给影响贫化;两种补给方式下土壤水δD与δ18O有良好线性关系,降雨入渗方式土壤水蒸发分馏作用大于地下水补给方式,地下水补给具有较好的保水效果。     

辽宁省平原区产流规律的探讨

辽宁省中部平原区位于辽、浑、太河下游 ,土壤透水性较好 ,地面坡度比较缓。该区产流特性主要是降雨先满足入渗 ,当包气带饱和后才开始产流 ,或者在雨强特大时 ,在产流的过程中逐渐使包气带饱和。地下水埋藏深度是影响平原区产流量及降雨补给包气带和地下水的补给量的主要因素。降雨与地下水位增量的关系为直线和抛物线型 ,地下水埋深 <0 .8m时为直线 ,埋深 >0 .8m时为曲线 ,当地下水位深度在 2 .8m时 ,地下水位趋于稳定。地下水位愈低地下库容愈大 ,当地下水库容至某一值时 ,地下水库容将趋于稳定。如能结合平原区的降雨和地下水观测积累的资料 ,用降雨径流关系推求平原区的径流量 ,会收到较好的效果     

基于CT扫描的斜坡非饱和带土体大孔隙定量化研究和三维重建

[目的]系统开展植被发育斜坡非饱和带土体中大孔隙定量化和三维重建技术研究,为水分沿大孔隙迅速运移研究提供可靠理论依据,对于降雨型滑坡研究具有基础性意义。[方法]采用CT技术对云南省昭通市盘河乡头寨滑坡滑源区左侧斜坡区两个尺寸为25cm×25cm×50cm的大尺度土柱进行扫描,得到一系列平面和纵向CT切片图像。图像处理并计算得到了土柱中大孔隙随深度的变化情况以及3种物质(砾石、土体基质和大孔隙)的CT值范围;借助VolView 3.4体可视化交互系统实现了三维大孔隙通道系统的重组,研究其在空间内的连通性、分支性和复杂性。[结果]包括根系通道、动物通道、干缩裂缝及团聚体间的结构性孔隙广泛发育于非饱和带土体中,且大孔隙分布异质性明显,波动变异较大,随着深度的增加大孔隙呈逐渐减小的趋势。三维重组清晰可见土柱内含有较多独立分布的大孔隙通道,它们具有较好的连通性。[结论]CT扫描技术作为非破坏性获得技术在斜坡非饱和土体大孔隙定量化和三维重建研究中应用是可行的。     

自然降雨对干化土壤水分恢复有效性分析

研究自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性,有利于合理利用降水资源,加强干化土壤水分管理,促进土壤干层得到有效恢复。在陕北米脂试验站设置野外地下大型土柱,通过2014—2019年连续定位监测降雨、土壤含水率状况,分析自然降雨对干化土壤水分恢复的有效性。结果表明:(1)从深层干化土壤水分恢复角度考虑,黄土丘陵半干旱区降雨可以分为3种类型:表层入渗快速蒸发型、浅层入渗缓慢蒸发型和深层入渗补给型。其中深层入渗补给型降雨为有效降雨,该类型雨量>26 mm,能够对深层干化土壤产生有效水分补给。2014—2019年发生深层入渗补给型降雨仅16次,累积雨量791.8 mm,降雨次数、降雨量的有效率分别为4.64%和35.19%。(2)月尺度条件下,降雨量(P月)与逐月入渗深度(Z逐月)、月累积入渗深度(Z累积)均呈二次函数关系变化,Z逐月=-0.0102P月2+3.955P月-6.7335(R^2=0.9639),Z累积=-0.0003P月2-0.1331P月+191.71(R^2=0.9208)。(3)年尺度条件下,2014—2019年雨量分别为187.6,391.6,590.8,337.6,342.4,400.0 mm,降雨逐年引发的入渗深度依次为160,220,400,260,260,120 cm,累积入渗深度依次可达180,220,400,700,1000,1400 cm。研究结果对揭示自然降水恢复干化土壤机理,加强土壤干层人工蓄水保墒技术,合理选择保墒措施,以及促进当地生态环境建设具有积极的推动作用。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。     

宁夏中部干旱风沙区降雨入渗补给系数的估算

降雨入渗补给量是干旱地Ⅸ地下水资源的重要组成部分,降雨人渗补给系数取用的正确与否直接关系到降雨入渗补给量的估算.宁夏中部干旱风沙区地下水资料相对较少,只能采用现场观测与验证结合的方式进行确定.利用宁夏盐池县猫头粱降雨资料与地下水动态观测资料对宁夏中部干旱风沙区的降雨入渗补给系数进行估算,并用宁夏同心县长沙河流域地下水资料进行验证,得出宁夏中部干旱风沙区的降雨人渗补给系数0.119～0.257,为该地区水资源评价工作提供依据.     

降雨入渗条件下厚包气带土壤水流通量的模拟与分析

降雨较少的半干旱半湿润地区大范围的厚包气带中土壤水运动的研究越来越受到关注,其中厚包气带对降雨补给浅层地下水特征的影响是重要的研究问题。探究厚包气带情形下降雨对浅层地下水的补给作用和机理可为分析人类干扰情况下水文循环规律的变化、合理地制定水资源开发利用规划提供理论依据。本文以北京市大兴区新凤河流域采育镇由GEOPROBE钻机获得的9.6m厚包气带土壤样品为研究对象,在室内详细测得土壤特性数据的基础上,运用HYSRUS-1D软件模拟55a降雨入渗条件下的一维土壤水流动态过程,分析土壤水流通量的时空变异特征,探讨用较浅层位(2m深度附近)的土壤水流通量来估算深层土壤水渗漏量的可行性,旨在为野外裸地厚包气带条件下评价降雨入渗对浅层地下水的补给提供简捷实用的方法。研究结果表明:该地区多年自然降雨条件下的平均土壤水分深层渗漏量为131.03mm,多年平均降雨入渗补给系数约为0.21。其中,平水年对应的平均降雨入渗补给系数约为0.18。当模拟时段达到55年时,土壤剖面2m以下的入渗通量几乎不随深度变化而变化。这一实际案例的研究结果对该区域宏观水资源管理和评价具有一定的参考价值。     

地下水作用条件下土壤积盐规律研究

用粉砂壤土土柱进行了为期一年的室内模拟试验 ,对不同地下水埋深及其矿化度作用条件下 0～ 40cm深度土壤的盐分运动规律进行了深入研究。地下水埋深 85cm、1 0 5cm情况下 ,0～ 40cm深度土壤电导率与地下水矿化度呈良好正相关关系。地下水埋深 1 5 5cm、试验设定条件下 ,各土柱 0～ 40cm深度土壤积盐强度都较小 ,并且相互之间差异不明显。获得了各土柱 0～ 40cm深度土壤电导率关于地下水埋深、地下水矿化度的统计模型。对土壤电导率动态规律进行了深入分析 ,并建立了地下水明显影响到该深度土壤后土壤电导率动态模型。