双环入渗仪的缓冲指标对测定土壤饱和导水率的影响

双环入渗仪在测定田间土壤饱和导水率时被广泛采用。本文采用不同直径的双环入渗仪(内环直径分别为20 cm、40 cm、80 cm和120 cm)和不同的内外环直径比,即不同的缓冲指标(0.2、0.33、0.5和0.71),进行了16组定水头积水入渗试验,研究了双环入渗仪缓冲指标对土壤饱和导水率测定的影响。结果表明:内环直径较小的入渗仪,其累积入渗过程曲线的分布较分散;随着入渗环直径逐渐增大,分散范围逐渐缩小。另外,随着缓冲指标的逐渐增大,测定的土壤饱和导水率并没有明显的增大或减小趋势,但内环直径20 cm的入渗仪测定的土壤饱和导水率的波动最大,而80 cm和120 cm内径的双环入渗仪测定的土壤饱和导水率最稳定,并且始终非常接近。因此,相对于双环入渗仪内环大小或土壤非均质性的影响,双环入渗仪的缓冲指标对于土壤饱和导水率测定的影响要小。     

自动双环入渗仪设计与试验

为克服传统双环入渗仪的供水不稳定、读取和记录数据工作量大的问题,该文基于定水头法测量导水率的原理,设计了一种高效的自动双环入渗仪。该入渗仪采用非接触式电容感应液位传感器来监测内环和外环内的水位（精度<1.5 mm）;将激光测距传感器（精度<1 mm）安装在圆柱形蓄水器的顶部,以连续自动监测供水量;高精度液位控制系统与电磁阀组合以保持恒定水头。通过理论分析,增大蓄水器中的液面与双环中的液面之间的压力差,可使自动双环入渗仪的初始供水速率远高于马氏瓶的初始供水速率。自动双环入渗仪的精度和可靠性试验于2019年7月至2019年10月在中国农业大学绿苑试验场进行,并进行了该自动双环入渗仪和传统双环入渗仪之间的比较。试验结果显示,在选定土壤的稳定入渗阶段,用马氏瓶测量的稳定入渗速率为0.068 5 cm/min,该自动双环入渗仪的稳定入渗速率为0.068 7 cm/min,自动双环入渗仪实测数据与Philip的理论入渗模型计算结果吻合（R2>0.99）。结果表明,该自动双环入渗仪的自动化测量结果可靠,对今后土壤水分入渗过程研究提供了更加高效的手段。     

利用自由点源入渗法测定土壤导水参数的室内试验

土壤水分运动过程模拟计算的准确性取决于土壤水分运动参数的精度,因此正确确定土壤水力参数成为一项重要任务。自由点源入渗方法是依据稳定点源入渗公式发展而来,其准确性缺乏验证。该文通过试验资料,对该方法进行了评估,结果显示该方法可以用于土壤水力参数的确定。     

双环直径对土壤入渗速率的影响

双环法是测定土壤入渗速率最为广泛最为经典的方法,但双环直径可能影响土壤入渗速率测定结果,因其为地表积水有压入渗,在坡地上测定时,因整平地表时会产生很大扰动,从而产生测定误差。研究设计5组不同直径的双环入渗试验,分析双环直径对土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、累计入渗量的影响。结果表明:当双环内环直径分别为15,20,25,30cm时,初始入渗速率分别是常规内环直径为35cm双环的88.3%,110.8%,119.9%,100.7%,稳定入渗率分别是54%,73%,85%,89%。对不同时刻入渗速率进行T值检验发现,用内环直径为20,25,30cm双环测定的入渗过程与常用内径为35cm的双环测定土壤入渗过程无显著差异。考虑地表扰动因素、试验需水量等多因素的影响,可用内环直径20cm、外环直径为35cm的双环替代目前常规内环直径为35cm,外环直径为50cm的双环,用于坡地土壤入渗速率测定,可以减少地表扰动,从而准确测定土壤入渗率,又能节约用水量。     

黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中土壤入渗特征的变化

采用空间代替时间的方法,将黄土丘陵区1,4,8 a退耕地上的植物群落组成演替序列,并以当地较稳定的天然狼牙刺群落和人工柠条群落作对照,用圆盘入渗仪(Z—700)对上述群落下土壤稳定入渗过程和入渗特征进行了对比研究。(1)天然狼牙刺群落下土壤稳定入渗速率小于人工柠条群落下的稳定入渗速率,因为人工柠条群落生物量较高,植被对土壤的改善作用更大。(2)随着退耕年限的增加,土壤的平均入渗速率和饱和导水率也在增加,其中1,4,8 a退耕地上饱和导水率分别达到狼牙刺群落下的52%,74%和98%。稳定入渗率能够达到狼牙刺群落下的57%,88%和91%。说明随着退耕地上植被的恢复,土壤稳定入渗速率不断提高。(3)土壤的入渗特征受土壤理化性质影响很大。其中土壤孔隙度对土壤稳定入渗影响最大,因为随着退耕地植被的恢复,通过根系的穿插分割作用,以及根系死亡后形成的生物性大孔,使土壤中有效孔隙数量不断增加,土壤入渗性能得到提高。     

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力人渗仪(盘径d=20 cm,负压h0=-5 cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究.结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别.以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差.旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小.而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加.荒地15-30 cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积人渗量均较30-45 cm层低.土壤容重,孔隙度与土壤人渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**.各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性.     

酸性溶液对红壤水分入渗特征影响及其模拟研究

用通过稀释方法获得不同pH值的硫酸溶液来模拟南方硫酸型酸雨,利用水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水分扩散度,渗透筒法测定土壤饱和导水率,探讨了不同浓度酸性溶液渗透红壤过程中土壤水分入渗特征变化;利用RETC软件拟合不同酸性溶液入渗下红壤的扩散度和水分特征曲线,并与实测的扩散度值进行对比与分析。研究结果表明:不同酸性溶液入渗时,红壤入渗速率、水分扩散度和饱和导水率的大小关系均为(pH=3)(pH=5)蒸馏水(pH=2)(pH=1);RETC软件拟合扩散度与实测值吻合度较高,其剩余标准差均接近0;pH=1溶液使土壤持水能力增强,而pH=5,pH=3,pH=2溶液使土壤持水能力减弱。在硫酸型弱酸溶液(pH≥3)作用下红壤水分入渗能力呈增大趋势,土壤持水能力降低;而当酸性溶液pH3时,红壤入渗能力、持水能力则反之。     

不同含盐土壤圆盘入渗特征试验

不同含盐土壤水分入渗特征是获得准确的土壤水力参数的基础。该文通过圆盘入渗试验,分析了4种土壤在5个（-1、-3、-6、-9和-12 cm）负水头下的入渗特征。结果表明,随着水头的减小,4种土壤的吸湿率线性减小,稳定入渗率和非饱和导水率呈不同程度减小。随土壤含盐量增加稳定入渗率和导水率呈增大规律。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。     

纳米碳对扰动黄绵土水分入渗过程的影响

将纳米材料应用于土壤物理学领域对减少土壤水分流失、提高土壤水肥利用效率、优化土壤物理结构有着重要的意义。基于扰动黄绵土土柱室内一维入渗试验,研究了纳米碳含量(质量含量分别为0、0.001、0.005、0.007、0.010 g g-1)对扰动黄绵土的水分入渗过程及饱和导水率的影响。结果表明:(1)纳米碳对扰动黄绵土水分入渗有显著影响。一定入渗历时内,随着纳米碳含量增大,累积入渗量及湿润锋推进速率均呈显著减小趋势。(2)Kostiakov公式和Philip方程均能较好地描述添加纳米碳的扰动黄绵土累积入渗量随时间的变化过程。其中,Kostiakov公式拟合精度更高。(3)湿润锋随时间变化符合幂函数关系。(4)纳米碳对扰动黄绵土的饱和质量含水量和饱和导水率影响同样显著。随纳米碳含量增加,前者增大,后者减小,与纳米碳含量变化分别符合二项式和指数函数关系。     

城市土壤压实对入渗率的影响

市区土壤经过大规模压实降低了入渗率,从而导致雨水径流增加。在弗罗里达州北部城市建筑工地上采用双环法研究了不同压实程度下土壤的入渗特征。结果表明:弗罗里达州中北部不同压实程度土壤的入渗能力差异较大;土壤压实越严重,其土壤密度越大、孔隙度越小,土壤入渗率越小;严重压实的土壤中存在水分入渗的限制层,致使稳定入渗率明显降低;土壤初始入渗率与稳定入渗率的差异较大,两者之间存在显著的线性相关关系。尽管压实和没有压实的入渗率有较大的变化,但建筑活动或压实处理后减少了入渗率的70%～99%。城市土壤入渗率的减小导致地表径流系数以及发生洪涝的几率和强度增大。     

砂层在黄土中发生指流条件的试验研究

根据层状结构土壤在积水入渗过程中存在发生指流的现象,该文针对黄土地区"垆盖砂"的土壤条件,在室内以西安黄土为主体,对6种不同粒径的砂质双层结构土壤进行积水入渗试验,以观测研究发生指流的现象、机理与条件.研究表明:决定砂质双层结构能否发生指流现象的重要因素,一是入渗水流进入砂层后的稳渗率;二是表征砂层物理特性的饱和导水率;并以二者的比值做为判断发生指流现象的一个重要量化指标.根据试验分析,可将该比值＜0.02作为砂层发生指流现象的临界值.该指标也表明,当进入砂层的稳渗率小于砂层饱和导水率1/50时,即可发生明显的指流现象.     

烟台棕壤土饱和导水率的初步研究

该文利用单环入渗的概化解,对不同土地利用方式下烟台棕壤土的饱和导水率进行了研究,同时分析了不同单环直径对求解饱和导水率产生的影响。研究结果表明：草地、裸地和道路的入渗速率、累积入渗量和饱和导水率呈现依次降低的变化趋势,利用直径为20、30和45 cm的入渗环得到的饱和导水率具有明显的差异性。根据求解的饱和导水率计算的累积入渗量非常接近实测值,整体相对误差很小,草地、裸地和道路,在5、7和40 m in后浮动在5%以内;在15、43和55 m in后变化幅度小于1%。20、30和45 cm入渗环累积入渗量计算值的相对误差初始阶段波动较大,随后逐渐趋于平稳。     

基于Guelph法的土壤饱和导水率测定方法对比

为探寻该区域Ks的最优测定方法,应用Guelph入渗仪测量了川中低山丘陵区的林地和坡耕地土壤的饱和导水率,对比分析单水头法(LA法、USH法)和双水头法(TH法、BH法)所测得饱和导水率(Ks)的差异,同时比较了田间原位Guelph法与室内降水头法测定结果的差异。对于同一土层深度,不同方法估算所得的Ks有较大的差异:1)双水头TH法测得的值最大(坡耕地土层>20～40cm除外),林地0～20cm,>20～40cm土层的Ks值分别为0.134,0.266mm/min,坡耕地0～20cm土层的Ks值为0.860mm/min。单水头USH法5cm水头所得值最小,林地0～20和>20～40cm土层的Ks值分别为0.015和0.022mm/min,坡耕地对应土层则分别为0.040和0.022mm/min;2)单水头USH法10cm水头(USH2)测得的Ks大于5cm水头(USH1)所得值,采用前者所测得林地0～20和>20～40cm土层、坡耕地0～20和>20～40cm土层的Ks值分别为0.031,0.056,0.211,0.031mm/min;3)田间原位BH法和USH2法(压力水头为10cm)测定的Ks均大于室内降水头法所测得的值,这可能与室内环刀法在采样中对土壤大孔隙通道的切断与破坏、所测定土壤样品的体积较小有关。综合上述结果,并考虑到单水头法操作简便,故而该研究推荐在川中低山丘陵紫色土地区使用单水头USH2法,压力水头为10cm。     

荒漠绿洲过渡带土壤饱和导水率的空间变异特征

土壤饱和导水率(saturated hydraulic conductivity,Ks)是影响土壤水文过程的重要参数,反映了土壤的入渗性能与持水能力.为探究荒漠绿洲过渡带土壤Ks的空间分布特征及影响因素,基于网格法(2 km×2 km)在黑河中游荒漠绿洲过渡带不同景观类型布设27个样点,获取0—30 cm土层基本物理性...     

利用圆盘入渗仪推求含碎石土壤饱和水力传导度(英)

在模拟土柱中，利用圆盘入渗仪对碎石对土壤饱和水力传导度的影响进行了分析。结果表明：含碎石土壤饱和水力传导度可以通过对不同负压下土壤稳定入渗速率进行非线性回归获得。含碎石土壤饱和水力传导度与去除碎石后的土壤饱和水力传导度及碎石形状指数密切相关。试验中含碎石土壤的饱和水力传导度随碎石含量的增加而呈指数降低趋势。     

重庆市四面山不同土地利用类型饱和导水率

[目的]探讨不同土地利用类型和土壤理化性质对饱对导水率的影响。[方法]采用定水头法测定四面山不同土地利用类型的饱和导水率,并运用回归分析,相关分析和主成分分析法分析其与土壤物理因子和有机质的关系,以及影响饱和导水率的主导因子。[结果]各土地利用类型的平均饱和导水率均高于荒地,其顺序为:林地农地草地,林地中天然林饱和导水率大于人工林;饱和导水率随土层深度的增加呈负指数递减规律;饱和导水率与容重呈幂函数关系,与孔隙度呈正相关,与黏粒含量呈负相关;有机质含量的提高对饱和导水率有积极的促进作用。[结论]影响饱和导水率的主导因子是容重、有机质、非毛管孔隙度和毛管孔隙度,其次,土壤机械组成对其也有一定影响。     

南部沿海基岩地区地表风化层渗透特性研究

[目的] 研究基岩地区地表风化层渗透特性，寻求其渗透系数的确定方法，可为孔隙-裂隙岩体地下工程的性能评价提供科学依据。 [方法] 以中国南部沿海花岗岩为研究对象，采用张力入渗仪，重点针对基岩风化层开展入渗试验研究，利用非线性回归法、多压力法、WS方法以及瞬态方法中的单盘测定法计算渗透系数，开展不同方法的综合对比与地质统计分析，确定研究区场地基岩表层风化层的渗透系数及其空间分布规律。 [结果] ①研究区基岩全风化层渗透系数分布在0.023～3.918 m/d，平均渗透系数约为0.971 m/d，与经验值相符； ②研究区地形较高处基岩风化层渗透能力相对较强，地形较低处渗透能力较弱； ③不同计算方法获得的渗透系数存在一定的差异性； ④多压力方法更适合研究区基岩风化层渗透系数的确定。 [结论] 研究区基岩风化层渗透系数可采用张力入渗仪和多压力方法确定，其渗透性能整体较弱。