用一次加压法测定土壤扩散度

本文从试验原理和方法上介绍了在用压力提取器测定土壤水分特征曲线时,可以用一次加压法测得土壤扩散度,结合逐次加压法,测定土壤水分特征曲线、容水度及水力传导度。这样,一次试验可以同时测得非饱和土壤水分运动的全部参数。     

田间测定非饱和水力传导度的简便方法

本文提出一种在田间原位测定土壤饱和与非饱和水力传导度的简便方法。用Wooding方程计算稳态自由入渗速率,来推求水力传导度。该方法与实验室单位梯度法所得的饱和与非饱和水力传导度吻合良好。该方法具有快速、简便、土壤孔隙破坏程度小等特点。     

应用时域反射仪测定非饱和土壤水力传导度

利用垂直土柱上渗法测定非饱和土壤水力传导度,其可靠性和精度难以保证。针对这一问题,应用瞬时剖面法的原理,利用时域反射仪自动、连续监测多点土壤含水率的优点,对非饱和土壤水力传导度的测量方法进行了改进,并与以往的实验方法进行了对比。改进后的方法不仅简化了计算,而且提高了实验精度。     

多孔介质水分运动的随机数值分析

采用van Genuchten-Mualem模型描述非饱和水力传导度和水分特征曲线,将模型中的3个参数作为随机场处理,联合运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,得到饱和非饱和水流的一个随机数值模型。应用该模型分析了介质随机参数的空间变异性对水头分布的影响,结果表明,水头标准差对介质参数的敏感程度由大到小依次为非饱和参数n、β、饱和水力传导度Ks,饱和带水头分布的变异性较非饱和带小。     

土壤水高矿化度对粉质黏土水力特性的影响

为获取高矿化度土壤水条件下的水力特征参数,并比较不同处理的影响,实验测定淡水、30、100及250g/L土壤水矿化度处理土样脱湿过程的水分特征曲线,并利用RETC软件进行模型参数拟合。结果表明,粉质黏土条件下,van Genuchten-Burdine模型可拟合各不同处理土壤水分特征曲线。各组实测曲线形态显示,在吸力较大阶段,当土壤水吸力增大到一定程度时含水率才发生变化,二者呈多值对应关系。TDS-30处理对应的残余体积含水率θr最大,α、n值最小,非饱和水力传导度K值衰减最快;中等大小孔隙的变化对非饱和水力传导度影响较为显著。研究成果可为深入开展矿化度潜水蒸发数值计算提供支持。     

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。     

日本在重粘性水稻土中设计暗管排水系统的一种新方法

<正> 本文介绍一种新方法,用来确定在重粘性水稻土中埋设排水管道的间距。众所周知,重粘性水稻土的水力传导度比较小,因此,即使在这种土壤里埋设管道,排水也很困难。但是,这种土壤常出现裂缝或具有良好的结构分布,因而使它的水力传导度比壤土或砂土还要好。可惜在实际工作中很难用钻孔法测定大面积的水力传导度。这一点可用下述方法解决。     

基于保水剂应用的土壤水分运移模型构建方法及源汇项求解

保水剂作为一种重要的非工程节水材料,已在旱地农业生产中得到了广泛应用,但适用于保水剂应用条件下的土壤水分运移模型还不多见。本文对保水剂应用条件下的土壤水力参数进行了重新定义,将非饱和扩散率D(θ)及非饱和导水率K(θ)分别表示为时变函数形式D(θ,t)和K(θ,t),在前人研究的基础上,对保水剂施入土壤中的时间和试验进行时间进行了统一,提出了适用于保水剂应用条件下的土壤水分运移模型构建方法及其源汇项求解方法,同时设置了数值试验对源汇项求解方法进行了检验。结果表明:时间步长、土壤层状性及边界条件对源汇项求解方法稳定性的影响较小,而时间间隔、水力参数、测试误差和仪器精度对稳定性的影响较大。     

不同土地利用方式下土壤水力性质对比研究

针对草地、保护地、菜地和茶园4种不同土地利用方式的土壤进行了4个压力水头(-9、-6、-3和0 cm)、2个不同盘径的圆盘入渗试验。结果表明,在本试验条件下,不同盘径的圆盘入渗仪测定结果差异不显著,小盘径圆盘更适合用于野外测定土壤水力特征参数。随着水头的减小,4种土地利用方式的土壤稳定入渗率和土壤非饱和导水率呈不同程度的减小。4种土地利用方式土壤的水力学性质差异显著,根据实测资料确定了不同负水头下的土壤饱和导水率和Gardner指数模型参数α,土地利用方式对土壤导水率和Gardner指数模型参数α均有显著影响。不同土地利用方式下土壤大、小孔隙对水流的贡献率影响显著,中等孔隙1、中等孔隙2对水流贡献率影响不显著。茶园和草地各级土壤孔隙对水流的贡献率随孔隙尺寸减小而降低,而菜地和保护地小孔隙(孔隙半径0~0.1 mm)对水流的贡献率为最高。     

斥水土壤的水力参数及水平吸渗规律

为了对不同斥水程度土壤的水力性质进行分析,对比了van Genuchten和Brooks-Corey模型对于不同斥水程度下的塿土、砂姜黑土、盐碱土和砂土的适用性;进行了一维水平吸渗试验,分别运用Philip模型和Kostiakov公式对入渗规律进行了模拟,并分析了吸渗率和斥水持续时间的关系;采用水平吸渗法推求了土壤非饱和扩散率,并用指数函数拟合了非饱和扩散率和体积含水率的关系.结果表明:van Genuchten和Brooks-Corey模型对亲水和斥水土壤均具有较好的适用性;斥水性土壤的累积入渗量随时间变化曲线在一定时刻发生转折,未转折前Kostiakov公式的模拟结果比Philip模型好;当斥水时间大于40 s时,吸渗率的变化趋于稳定并在0~0.1 cm/min0.5内变化;非饱和扩散率和体积含水率关系的模拟可采用指数关系,且其对亲水性土壤的模拟效果优于斥水性土壤.斥水土壤的水力参数与亲水土壤的有明显差别,且表现出特殊性.     

A critical assessment of the role of measured hydraulic properties in the simulation of absorption,infiltration and redistribution of soil water

Free-water absorption and infiltration were measured in a repacked fine sand. Redistribution following constant-flux infiltration was also measured. These processes were then computer-simulated using independently measured soil water retentivity and conductivity data. Neither free-water absorption, nor ponded infiltration could be accurately similated, as they depended so critically on the soil water retentivity near saturation, where errors of observation prohibit accurate measurement. For simulating redistribution, useful answers were obtained even when hysteresis was ignored. But redistribution was grossly over-predicted when the Campell-Brooks and Corey method was used for inferring the unsaturated hydraulic conductivity from saturated conductivity and retentivity data.Campbell has produced a simple yet elegant, computer simulation package for soil water movement. But to use it successfully required alternative ways of evaluating the hydraulic parameters. Ponded infiltration was successfully simulated only when the sorptivity was used as an independent input. To simulate redistribution required accurate determination of the unsaturated hydraulic conductivity.Software such as Campbell's is now readily available, and likely to come into increasing use. For it to be used effectively more effort and physical insight needs to be directed towards appropriate characterization of the critical hydraulic properties. This physical emphasis will lessen the likelihood of such useful software generating erroneous and misleading results.     

大孔隙对土壤比水容重及非饱和导水率影响的实验研究

以南京市栖霞区东阳镇的粉砂壤土为例,用土壤水分特征曲线(van Genuchten模型)拟合包含大孔隙原状土、不包含大孔隙扰动土的实测数据,得到了模型参数,进而得到比水容重和非饱和导水率与土壤含水量之间关系的表达式,在此基础上对比分析了原状土与扰动土水分运动参数之间的异同,并着重分析了土壤大孔隙对其影响。结果表明,受土壤大孔隙的影响,在同一含水量的情况下,扰动土的比水容重比原状土大1～2个数量级,并且随着吸力的增大,二者的差值逐渐减小;扰动土的非饱和导水率小于原状土,最大可相差2～3个数量级。     

地表滴灌条件下土壤湿润体运移量化表征

基于非饱和土壤水分运动的Richards方程,采用HYDRUS-2D/3D模拟软件对11种典型土质(美国制土壤质地分类系统)中滴灌湿润体的运动过程进行了数值模拟。结果表明,湿润体平均含水率的增量与滴灌流量正相关,与饱和导水率负相关;湿润体垂向迁移距离与滴头流量、饱和导水率和时间呈幂函数关系;湿润体径向迁移距离可用滴头流量、平均含水率的增量、垂向迁移距离和时间来定量表征。据此建立了描述不同土质中湿润体动态变化规律的经验公式,通过与数值模拟结果、文献试验数据等进行对比,表明此经验公式对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好,可为农业生产中地表滴灌设计提供简便实用的计算工具。     

Drainage models to predict soil water regimes in drained soils: a UK perspective

Drainage is an intervention in the natural hydrology of the soil to alter the duration of adverse (waterlogged) soil conditions. The effects of drainage can be investigated by models that predict the position of the water table at a site in the presence of drainage. An inter-related series of models, which include the van Schilfgaarde non-steady state model, that have been used in the UK for the evaluation of drainage design options, are described. A simplified form of the van Schilfgaarde equation is presented, equivalent to a standard time series model, allowing both the efficient implementation of the model, and the inverse use of the model to derive performance parameters from observational data using statistical methods. A sensitivity analysis is used to investigate the relative importance of the two soil parameters, drainable porosity and soil hydraulic conductivity, on the performance of the model. This shows a far greater effect due to the variation of hydraulic conductivity.The use of a similar model to predict water tables in non-homogeneous soils has also been explored, including the investigation of a two-phase model to describe water movement in soils which are dominated by macropores. More useful, however, is the prediction of water table fluctuations in soils in which the soil hydraulic conductivity is a continuous function of soil depth, using the drainage theory of Youngs (1965). Solutions are presented for the logarithm of the hydraulic conductivity varying linearly with depth. The improvement in model performance is however gained at the expense of an additional parameter that describes the variation of hydraulic conductivity with depth. Some methods for deriving this parameter are discussed. Results from the use of this model are compared with those derived from the simple uniform conductivity model, showing superior performance.Lastly, the issue of soil lateral heterogeneity and the replicability of measurements is discussed. A detailed study of the variation of water table levels from a replicated drainage experiment indicates that in a practical situation very real limits exist on the accurate measurement of water tables, and that these present limits on our ability to verify models.     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

利用盘式负压仪测定土壤导水率的计算方法对比

土壤导水率作为重要的水力特征参数之一,准确测量和计算不仅有助于促进土壤非饱和带的水分运动过程理论研究,同时可为合理确定农田灌排技术参数提供科学依据.为了比较分析在盘式入渗仪下不同导水率计算方法的适用性,针对2种土地类型(菜地、茶园)进行了4个负压水头(-9,-6,-3,0 cm)、2个盘径(10,20 cm)的入渗试验,并通过不同计算方法计算导水率.结果表明:盘径对导水率影响不具有统计学意义,且不同计算方法结果趋于一致,因此在野外缺水条件下,可考虑选用小圆盘进行试验;对于不同的土地类型,建议选择不同的方法测量,作为耕作地的菜地,计算导水率时建议使用稳态流方法,而茶园导水率的测定则推荐使用瞬态流方法;在相同负压下,不同土地利用方式对导水率的影响具有统计学意义,且对于不同的计算方法,2种土地类型在4个负压下表现的导水率变化规律一致.     

利用HYPROP系统测定土壤水分参数的优缺点及改进

介绍了HYPROP非饱和导水率及土壤水分特征曲线测量系统的测定原理,对其优缺点进行了分析,并提出了相应的改进措施。以两种粉壤土和一种壤土共三种供试土壤为例,利用HYPROP系统测定了低吸力范围内土壤的水分特征曲线及非饱和导水率,其在低吸力范围内测量数据量大,精度高,但不能测定高吸力范围的土壤水分特征曲线。针对HYPROP系统测定范围仅限于低吸力的不足,用快速离心法测定了负压为15×103 hPa下的土壤含水量,提供了3种土壤在高吸力下土壤水分特征曲线的控制点,利用Van Genuchten-Mualem经验公式拟合得到了土壤水分特征曲线的经验参数值。实验结果表明,在高吸力范围增加一个土壤水分特征曲线的控制点,可将HYPROP系统所测定的水分特征曲线在高吸力范围内得到延伸,更好地一个完整的土壤水分特征曲线。HYPROP系统对导水率K的测量范围窄,拟合效果不佳,如果能给出实测的饱和导水率值,能得到较好的结果。