细颗粒物质潜入土壤对入渗的影响研究

基于水泥、粉煤灰、黏土土添加物潜入土壤模拟入渗试验,分析了细颗粒物质种类和添加量对土壤水分入渗过程的影响。结果表明,不同添加物显著影响土壤水分入渗能力,其阻渗能力为:水泥黏土粉煤灰;细颗粒物质添加量对土壤水分的入渗能力有一定影响,但影响不显著。添加物改变了土壤孔隙度,影响土壤表层水分运移的部分通道,影响入渗过程。     

土壤入渗能力对灌溉效果的影响研

依据耕作土壤入渗试验和大田灌水试验，采用试验研究与计算机模拟相结合的方法，分析讨论了土壤水分入渗过程的类型以及土壤入渗能力的变化对农田灌溉的灌水效率、储水效率和灌水均匀度的影响。本研究成果将为节水灌溉技术参数的确定提供依据，为农田灌溉用水管理提供指导。     

入渗水头对土壤入渗参数的影响

通过室内试验,对水平土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,对入渗指数有一定的影响,入渗系数和入渗指数均随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势。这一研究成果为进一步研究蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性奠定基础。     

土壤容重对土壤水分入渗特性影响研究

采用一维垂直积水入渗法研究不同容重对入渗率、累积入渗量及湿润锋的影响,试验结果表明对应于同一入渗时间,容重越大,入渗率、累积入渗量及湿润锋深度均越低;相对于基准入渗量和基准湿润锋,容重越大,其减渗率μ和减锋率η均随之越大;稳定入渗率有随土壤容重的增加而减小的趋势;不同容重的累积入渗量和时间的平方根呈显著的线性关系,拟合的系数M随容重增加而降低,并与容重较好的呈幂函数关系;湿润锋深度与入渗时间呈幂函数关系,随着容重的增加,入渗的系数A降低,而指数B差异较小,系数A与容重之间较好的符合乘幂函数关系。研究结果为从入渗特性推求容重与土壤水分运动参数的关系提供定量分析依据。     

磁场强度对磁化水入渗和土壤水盐运移特征的影响

为探明不同磁场强度对磁化水土壤水盐运移规律的影响,揭示磁化水淋盐增效机理,进行了室内一维垂直土柱入渗试验,研究了0、0. 1、0. 2、0. 3、0. 5 T磁场强度磁化水对土壤水盐运移特征的影响。结果表明:经磁化处理后,土壤水分入渗速率与湿润锋运移速率均有所降低,而上层土壤湿润体水分含量增加;随着磁场强度的增加,累积入渗量呈现先减后增的变化趋势,在磁场强度为0. 3 T时,累积入渗量减少幅度最大。磁场强度对磁化水土壤入渗参数具有显著影响,入渗模型吸渗率和饱和导水率与磁场强度之间存在较好的二次多项式关系,在磁场强度为0. 28 T时,吸渗率和饱和导水率均达到最小值。磁化水入渗能够提高水分在上层土壤中的滞留时间,提高上层土壤含水率,降低深层土壤水分入渗量;经磁化处理后,单位水体盐分淋洗量增加,脱盐率和脱盐强度显著提高,在磁场强度为0. 3 T时磁化水盐分淋洗效果最好。研究表明,磁场强度显著影响磁化水入渗和土壤水盐运移特征。     

入渗水质对水泥潜入沙性土壤阻渗效果的影响分析

为了探索水质和土质对水泥潜入沙性土壤基质阻渗效果的影响,采用一系列室内模拟入渗试验,研究了不同入渗水质下,水泥潜入不同土壤基质对其产生的减渗作用。结果表明:无论是清水入渗还是污水入渗,水泥稀浆潜入不同土壤基质均有一定的减渗作用和阻渗效果,且基质含沙量越高,水泥潜入的阻渗效果越好;无论是清水入渗还是污水入渗,延时供水方式的阻渗效果均优于即时供水方式;与清水相比,污水入渗减小土壤基质的入渗率,且污水入渗较清水入渗的阻渗效果略差,延时供水方式下,差异更加明显。     

水质对层状土壤入渗过程的影响

供水水质的异同可能会影响层状土壤积水的入渗过程。将去离子水、天然降水、天然积水、自来水4种水质的水作用于3种土壤构型(均质塿土、塿夹砂、砂夹塿),讨论了4种水质的积水入渗对层状土壤结构入渗特征的影响。结果表明,不同水质和土壤构型的入渗时间由长到短分别为:去离子水、天然降水、自来水、天然积水(不同水质)和均质塿土、塿夹砂、砂夹塿(不同土壤构型)。4种水质累积入渗量的变化趋势基本相同,其累积入渗量由大到小分别为:天然降水、自来水、去离子水、天然积水(不同水质)和砂夹塿、塿夹砂、均质塿土(不同土壤构型)。相同时间内不同土壤构型的湿润锋推进距离由小到大为:均质塿土、塿夹砂、砂夹塿;水质对层状土壤湿润锋推进距离的影响程度由土壤分层组合方式决定。     

砾石覆盖对土壤入渗特性影响的试验研究

土壤水分入渗过程复杂,砾石覆盖可在不同程度上影响土壤水分运动过程。通过进行砾石表层覆盖入渗试验和土石混合覆盖入渗试验,研究砾石覆盖对土壤入渗特性的影响。结果表明:在砾石覆盖与土石混合试验中,土壤稳定入渗率、吸渗率、导水率及土壤有效孔隙度均随砾石覆盖度和土石混合度增大而减小,且在不同砾石覆盖度和土石混合度的入渗试验中相关参数变化差异显著(P0.05)。随碎石含量增加,土壤有效孔隙度减小,水分运动通道曲折复杂从而限制水分入渗。土石混合试验中土壤吸渗率、导水率及土壤有效孔隙度随土石混合度增大而降低的程度均高于砾石表层覆盖试验。镶嵌在地表和土壤剖面中的碎石能够改变土壤持水特性,深入研究砾石对土壤入渗特性的影响,可为工程废弃砾石重复利用于边坡防护提供理论依据。     

涌泉根灌交汇入渗对土壤水氮运移特性的影响

为提高涌泉根灌水肥的利用效率,通过野外肥液入渗试验,探究了不同灌水器间距(30,40,50,60 cm)条件下湿润锋运移、湿润体积、土壤水分及氮素分布的规律.结果表明:不同灌水器间距对湿润锋运移距离以及湿润体体积均具有较大的影响;随着灌水器间距的增大,水平最大湿润距离、产生交汇时间和湿润体体积均呈递增趋势,而交汇面处湿润深度和土壤氮素质量分数均呈减小趋势.灌水结束后,在灌水器处土壤水分及铵态氮量最高,交汇面处次之.随着再分布进行,湿润锋继续运移,湿润体增大,湿润体内氮素量逐渐升高;再分布1 d,湿润体基本达到稳定状态,再分布5 d,铵态氮量基本达到最大值,在观测的15 d内,硝态氮量一直处于持续增加状态.研究为涌泉根灌水氮高效利用奠定了基础.     

浑水灌溉下泥沙级配对土壤水入渗影响的试验研究

通过在测坑中开展灌溉条件下2种含沙量4种泥沙级配组合下的浑水入渗试验,发现泥沙粒径对浑水入渗过程的影响显著:灌溉浑水的泥沙越细,其累积入渗量和入渗率越小,相同累积入渗量的入渗历时更长。利用Kostiakov原理和通用公式拟合不同泥沙级配浑水灌溉下的累积入渗量、入渗率与入渗历时的关系,决定系数均在0.90以上。发现浑水入渗特性的主要成因并提出关键影响因子粒径小于0.01 mm的泥沙影响值,分析结果表明不同泥沙级配浑水在同一入渗历时的累积入渗量和泥沙影响值成指数函数关系,不同泥沙级配浑水在同一入渗历时下的入渗率和泥沙影响值呈线性关系;通过建立泥沙影响值与入渗公式中各个参数的相关关系,用粒径小于0.01 mm泥沙影响值表征了相关性较好的参数。     

利用圆盘入渗仪测定土壤水动力参数的入渗特征试验研究

通过圆盘入渗试验,分析了4种土壤在5个负水头下(-1、-3、-6、-9和-12 cm)的入渗特征。结果表明,随着负水头的增加,4种土壤的稳定入渗率、吸湿率和非饱和导水率总体表现减小的趋势,同时,在相同负水头条件下,入渗率、吸湿率和非饱和导水率大小规律表现为塿土盐碱土3盐碱土2盐碱土1。根据实测资料确定了不同负水头下非饱和导水率的Gardner指数模型参数,为盐渍化土壤水力参数的确定提供理论参考。     

土壤水入渗均匀特性的染色示踪试验研究

利用土壤染色示踪剂,对初始水头分别为1.25,2.5和5.0 cm三种情况下的实际入渗模式进行了全局性的观测。染色水流经过的区域被染色,通过照相记录染色分布获得实际流动模式,在此基础上,对水流运动的均匀性进行分析和评价。结果表明:即使在相对均匀的介质条件下,流动也表现出非均匀运动特性,入渗的均匀程度表现出随入渗水量的增加而增大的趋势,但过多的增加入渗水量,对于均匀程度的影响是有限的。     

土壤膨胀性对降雨入渗产流影响试验

入渗产流是水循环的重要环节,膨胀性土会改变土壤水分运动参数,从而对降雨入渗产流过程产生影响。以具有膨胀性的黄绵土和娄土为研究对象,在室内模拟降雨条件下,研究了土壤膨胀性对4种厚度(分别为10、20、30、40cm)的土壤容重、累积入渗量、径流强度等土壤水分运动参数的影响,并采用Philip公式、Kostiakov公式和Horton公式对土壤水分运动特征曲线拟合。结果显示:各种厚度的膨胀性土壤受到膨胀力和重力双重作用均导致表层0~10 cm土壤平均干容重相对减小,10 cm以下深度土壤干容重随深度增加而相对增加。随着土壤厚度增大,黄棉土和娄土的土壤累积入渗量变小。径流强度随历时增加而增加,然后稳定,且因不同土层土壤颗粒稳定性不同影响波动幅度。Philip公式拟合效果不理想,Kostiakov公式只适用于土壤饱和段的拟合,而Horton公式考虑到膨胀土体积变化影响土壤饱和过程中土壤水入渗速率,适用于初始入渗至稳定入渗的过程。     

水分入渗对土壤内部综合压力影响的试验研究

利用自制土壤内部压力测量装置对水分入渗过程中土壤内部的综合压力进行了测量,分析了水分入渗过程中不同土层的土壤内部压力的变化特征以及不同容重土壤的内部压力的变化特征。结果表明:同一容重下不同土层的土壤,在灌水初期0～20min左右,水分入渗对土壤内部扰动的综合压力随着土层深度的加深而减小;在360～420min内综合压力值随土层深度的加深而增大。不同容重下同一土层的土壤,水分入渗对土壤内部扰动的综合压力在表层土0～15cm土层,压力值随着容重的增大而增大;15～30cm和30～45cm土层在测定时间0～90min内,容重越大压力值越小,90min后压力值随着容重的增加呈递增的趋势。试验结果同时表明同一时段内,容重越大,压力值的变化幅度越小即压力差越小。     

滴灌水温对土壤入渗和土壤温度的影响

为了解水温对滴灌土壤入渗特征和土壤温度的影响,研制一套恒温试验装置,可使水温变化控制在±0.5 ℃范围内,选择5,20,35 ℃作为试验水温,进行不同水温室内滴灌入渗试验,分析各水温下土壤水分入渗和土壤温度变化特征.结果表明:在相同时段内,随滴灌水温升高,水平和垂直湿润锋运移距离增大,垂直湿润锋运移速率增大.分别建立水平、垂直湿润锋运移距离与入渗时间和滴灌水温的关系模型,决定系数R²均大于0.99.湿润土体平均含水量与入渗时间关系不大,但随入渗水温的升高而减小.土壤水分扩散率与水温成正比;水温升高,饱和导水率随之增大,二者呈指数函数关系;土壤吸持水分的能力随温度的升高而降低.不同灌溉水温改变了土体中的温度分布,随着距滴头距离的增加,由水温引起的土壤温度的变化量逐渐减小.结论可为指导大田和温室滴灌技术提供理论依据.     

PAM与PG对土壤水平入渗的影响

土壤水平入渗是土壤水分空间入渗的一个重要方向，它受土壤质地和结构等多方面因素的影响，其中高分子化合物与磷石膏（PG）等的加入也对其产生重要影响。通过室内土柱试验，研究聚丙烯酰胺（PAM）和PG与土壤混合干施情况下的土壤水平入渗特征，并从机理上对试验结果进行分析研究。结果表明，由于PAM具有良好的吸水和保水性能，其用量的增加使累积入渗量增大，平均土壤含水量增加；而水平入渗速率却由于溶液粘性增大而有所降低，相应使得湿润锋推进相同距离所用时间比对照有所延长；累积入渗量与时间和湿润锋的关系，均符合Philip和Green-Ampt入渗公式，因而，在施加PAM与PG的情况下，土壤的水平入渗性能仍可用经典入渗公式来进行研究与描述；PAM和PG的加入也使土壤吸渗率发生变化，具体表现为：当PG用量相同，PAM用量的增加使得土壤的吸渗率降低。     

土壤残膜对水分入渗过程的影响

地膜残留会改变土壤的湿润过程,进而影响土壤水分分布及有效性。通过四元二次正交旋转组合试验,分析土壤湿润锋运行时间与土壤初始含水率、土壤干容重、残膜含量、残膜埋深的相关关系。结果表明:初始含水率、土壤干容重和残膜含量是显著影响湿润锋运移时间的主要因素,因素影响大小顺序依次为:初始含水率>土壤干容重>残膜含量;湿润锋运移时间随土壤干容重和残膜量的增加而增加,随初始含水率的增加直线减小。交互效应分析显示:当残膜量大于150 kg/hm2时,随着土壤容重的增加,湿润锋运移时间保持稳定趋势;当土壤干容重大于1.41 g/cm3时,湿润锋运移时间随残膜含量的增加逐渐减小。可见,残膜对土壤湿润锋下移具有一定的阻塞作用,在一定条件还具有导流作用。     

矿化度对微润灌土壤入渗特性的影响

采用室内土箱模拟试验的方式,研究了5种矿化度条件下微润灌土壤水分的入渗特性。试验结果表明:矿化度对湿润体形状影响小,微润灌湿润体横剖面呈近似圆形;矿化度对湿润体体积影响较大,矿化水湿润体体积大于清水的湿润体体积。当矿化度为3 g/L时,微润灌湿润体湿润锋运移速率最大,湿润锋运移速率与时间呈幂函数关系。矿化水可增加微润灌的累计入渗量,但累计入渗量与矿化度之间不是单调关系,当矿化度为3 g/L时,累计入渗量达到最大,土壤平均含水率也最大。     

不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响

为了研究不同灌溉方式对降雨入渗深度的影响,基于田间原位观测试验,分析膜下滴灌和传统地面灌溉2种方式对降雨入渗初始含水率的影响,并应用HYDRUS-2D模型模拟2种灌溉方式下不同降雨条件的入渗深度差异.结果表明:与传统地面灌溉方式相比,膜下滴灌改变了降雨入渗初始含水率,且在玉米不同的生育期,其对降雨入渗初始含水率的影响规律不同.通过不同情景的降雨入渗模拟得到,在初始条件完全相同的情况下,2种方式的降雨入渗深度主要受雨量和时间的影响,在降雨量较小时,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌;随着降雨量及时间增加,2种灌溉方式下的入渗深度逐渐趋于一致.不论是玉米苗期阶段还是主要生长阶段,降雨入渗的土壤初始含水率均会对降雨入渗深度产生一定的影响:在玉米苗期阶段,膜下滴灌的入渗深度大于地面灌,而在玉米主要生长阶段,地面灌的入渗深度大于膜下滴灌.     

KCl溶液对土壤入渗及氯离子运移特性影响研究

为了研究不同质量浓度KCl溶液对土壤入渗及溶质运移特性的影响,将KCl溶液质量浓度分别设置为0、2、3、4、5、8和10g/L,基于一维土柱入渗试验,采用CXTFIT模型对Cl-运移特性进行拟合。结果表明,累积入渗量、湿润锋推进速度、入渗率、土壤的导水能力均随着KCl溶液质量浓度的增加而增加。Kostiakov模型、Philip模型对KCl溶液入渗具有良好的适应性,相同历时下的累积入渗量与湿润锋推进距离存在良好的线性关系(R2=0.912 9)。此外,CXTFIT模型能够较好的反应不同质量浓度KCl溶液下的Cl-的运移过程且质量浓度高的KCl溶液在土壤中的对流弥散速度大于质量浓度低的。