基于氯离子示踪法深厚包气带地区地下水补给特征

针对包气带增厚条件下降水入渗变化问题,在华北山前平原滹沱河冲洪积扇典型包气带增厚区实施地质钻孔,通过采样钻杆前端特制的内置环刀取样器,采用无循环液压入法获取原状土样,测试深厚包气剖面土体结构参数、含水量和氯离子质量浓度;利用氯离子示踪方法研究厚达45 m包气带的水分运移规律,重建深厚包气带地区降水补给历史,评价降水补给强度。结果表明：45 m包气带剖面记录的降水补给年龄为72.12 a,平均入渗补给强度为0.096 m/a,降水入渗补给量占多年平均降水量的18.1%。深厚包气带地区水分运移非常缓慢,水分在多次降水叠加驱动下不断形成新的脉冲逐步向深部运移,降水补给到地下水需要一个长期的过程。研究成果对深厚包气带地区土壤水分运移研究和降水入渗补给评价都具有重要借鉴意义。     

潜水深埋时入渗补给的田间试验研究

本文介绍河北省赵县潜水深埋时入渗补给的田间试验研究成果。试验用20m深坚井工程监测土壤水势的垂直变化。根据土壤水势及含水率的变化特征,土壤水分动态的分带由上而下分为入渗、蒸发交替带;非稳定入渗带;相对稳定入渗带和潜水位波动影响入渗带。潜水位深埋时常年处在补给状态。本文还用定位通量法估算入渗补给量,入渗量计算式为q=-K(s)?ψ/?Z。据此法估算试区1985年的入渗量为71.49mm。本项研究为潜水深埋的山前平原带估算入渗补给量提供了一种新方法。     

降水入渗补给过程的实验研究

根据河北保定冉庄实验站实测资料，描述了地下水深埋区降水入渗补给过程。通过1991年8m蒸渗仪实测资料，说明降水入渗过程中入渗锋面演变情况。地下水大埋深区包气带土壤含水量及降水入渗过程有以下3个特点：1包气带土壤含水量在垂向上具有分带的特点，从地表至1m为Ⅰ带，从地下水面至地下水面以上2m为Ⅲ带，介于Ⅰ带和Ⅲ带之间为Ⅱ带；2包气带土壤含水量具有季节性变化特征，包气带土壤含水量5月份最小，6～9月份较大：3降水入渗补给具有明显的滞后特征，从发生降水到该次降水对地下水入渗补给过程的结束，需要经历一个时程,包气带愈厚，时程愈长。     

基于DRAV模型的塔里木盆地地下水脆弱性评价

结合内陆干旱区地下水的特点,在地下水脆弱性评价的GOD法和DRASTIC 模型的基础上提出DRAV模型,对新疆塔里木盆地孔隙潜水的脆弱性进行了评价.结果表明:塔里木盆地平原区地下水脆弱性指数在2～4、4～6、6～8和＞8的区域面积分别占塔里木盆地平原区总面积的10.1%、80.4%、9.2%和0.2%;地下水脆弱性相对较高区域主要位于薄土层(包气带地表土壤层厚度为20~30 cm,其下部主要为砂砾石)和粉细砂层灌区,包气带中多缺失亚砂土和亚黏土,灌溉水入渗补给量较大;地下水脆弱性相对较低区域主要位于亚砂土和亚黏土层的非灌区,基本不存在灌溉水的入渗补给,大气降水补给也极其有限.     

水旱田潜水蒸发试验研究

潜水就是浅层地下水,其消耗主要是潜水蒸发。所谓潜水蒸发是指潜水在土壤水吸力的作用下,向土壤包气带中输送水分并经由土壤和植物进入大气的过程。现代农田水分研究理论将土壤、植物、大气作为一个连续体,称为SPAC系统,随着研究的深入,人们越来越意识到把潜水融合到该系统中的必要性,因为浅层地下水必然会和SPAC系统中的水分产生联系,潜水影响包气带的水分分布,从而影响作物根系从土壤中吸水。在灌水和降雨不足以满足作物的需水要求时,浅层地下水会对缺水量有一定的补充作用。如果地下水能对作物的生长有所贡献,那么在制定灌溉制度时就要考虑地下水的影响,灌溉量取决于潜水蒸发和作物腾发的关系。降雨通过入渗能够补给潜水,潜水通过潜水蒸发进入土壤和大气。因此,研究潜水蒸发对研究农田水分循环有着重要价值。同时,潜水蒸发的研究对制定灌溉制度、调控地下水埋深以适应植物生长、防治盐碱化和进行水资源评价都有着重要的意义。     

地下水深埋区降雨入渗补给过程分析

降雨到达地面后，首先增大表层土壤含水率，当降雨量与雨前1m以上土层储水量之和大于田间持水量后，方可形成对地下水的入渗补给。根据8m蒸渗仪的资料，分析入渗补给过程和变化规律，并在常用的降雨入渗补给关系的基础上提出有效降雨量与入渗补给量的关系。     

运用温度示踪法确定稳定入渗补给速率

开展不同水位埋深条件下的地中渗透仪入渗实验,分析包气带温度场变化规律及其控制因素,进而采用多层介质热传导解析方程评价入渗补给速率,探讨了温度示踪法评价包气带入渗补给问题的适用性。结果表明:气温控制包气带温度场整体特征,其对温度场的影响随深度增加逐渐减弱。水位埋深影响土壤含水率,控制包气带介质比热,决定了温度场波动性。灌水改变介质热导率从而影响包气带温度场;灌水量小且灌水温差小,灌水本身的热状态对温度场的影响可以忽略。水位埋深浅时,基于多层介质热传导解析方程的入渗补给速率评价结果更为准确,旱季相对雨季,评价结果准确性整体更高;浅部包气带含水率波动性强是造成评价误差的重要原因,选取更短的评价周期和更深的计算剖面可相对提高评价结果准确性。含水率在时间尺度上的波动是温度示踪法在非饱和带应用的难点及关键。     

晋西南峨嵋台地地下水补给特征浅析

晋西南峨嵋台地地下水以下更新统深埋承压水为主，包气带岩性为中更新统的离石黄土，其主要的地下水补给源为大气降水。通过分析台地包气带岩性、黄土包气带湿度剖面、地下水位动态类型及黄土中的地裂缝等因素，阐述了离石黄土的结构、构造在塬区地下水补给过程中所起的重要作用；同时也说明了黄土中地裂缝的出现是峨嵋台地区新构造运动的继承和延续，进一步提出应把土的入渗理论发展为土体理论来研究。     

确定次降雨入渗补给时段和补给量的研究

次降雨入渗补给地下水的研究，是分析降雨入渗问题的基础，又是其难点所在。由于雨后水分在土壤中有个储存和运行过程，且影响因素众多，所以，降雨量入渗补给过程滞后现象明显，多为多次过程的叠加，难以分辨出次降雨与其入渗补给相对应的时段和入渗补给量，本文根据实验资料，从动力学角度，通过土壤水势的分布状态及变化对这一问题进行分析。     

基于长系列观测资料的干旱区降水入渗补给规律研究

利用新疆昌吉地下水均衡试验站地中蒸渗仪长系列(1992-2015年)降水入渗实测资料,探讨降水入渗补给过程中的滞后现象,分析影响降水入渗补给的主要因素;依据降水入渗补给系数研究降水入渗补给量随潜水埋深的变化规律,确定不同地层的最佳潜水埋深和稳定埋深。结果表明:在试验条件下,砂卵砾石地层和细砂地层最佳潜水埋深点为0. 5 m,轻黏土地层最佳潜水埋深点为0. 0 m;降水入渗补给量随潜水埋深的增大而减小并趋于稳定,稳定潜水埋深为6. 0 m。依据最佳潜水埋深点和稳定点建立了年降水入渗补给系数与潜水埋深间的指数型经验公式。     

流动沙丘降雨入渗和再分配过程

本文通过野外监测和模拟降雨试验对流动沙丘降雨入渗补给、再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究。结果表明：科尔沁沙地流动沙丘0～200cm深度土壤层特性具有明显的垂直变化，0～20cm为表层干沙层；20～140cm为降雨影响变化层；140cm以下为深部稳定层。土壤入渗速率受降雨强度的控制，强度大，入渗也大，入渗深度与降雨量和降雨强度之间存在线性关系。湿润锋迁移速率在降雨开始较小，而后逐渐增大，达到峰值之后，又随时间而降低，最后趋于稳定。13.4mm的降雨是无效降水和补给地下水的分界点；≥20mm的降雨可使蒸发层土壤在再分配结束后达到最小持水量；≥50mm的降雨通过土壤水分的再分配可以使120cm深度土壤水分达到饱和持水量，进而下层进行饱和排水入渗。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限，一般很少超过4m，由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位；而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现，这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见，塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水，在甘肃正宁县建立了一个监测站，通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计，对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测，同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层，土壤水分具有周年的背景变化趋势，该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时，水分仅在表层循环，对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时，才会引起土壤含水率骤增，降雨量越大，土壤含水率增幅越大，影响深度越大，随着深度增加，增幅减小，时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m，2m以下的非饱和黄土中，水分以非饱和渗流或水汽形式迁移，水汽迁移量很小，但不可忽视，当遇到透水性差的古土壤层时，会在其顶部富集，长期作用则可能形成软弱带，诱发黄土滑坡。     

The Effect of Geological Heterogeneity and Groundwater Table Depth on the Hydraulic Performance of Stormwater Infiltration Facilities

Urbanization has led to a substantial change in the hydrological cycle of urban catchments. Increased runoff and urban flooding, decreased direct subsurface infiltration and groundwater recharge, deterioration of water quality are among the major effects of this alteration. To alleviate these effects, Low Impact Development (LID) practices have been frequently adopted for stormwater management. Among LID infrastructures, infiltration facilities are particularly challenging to design and model due to the considerable amount of uncertainties related to the hydrogeological configuration of installation sites. To date, analysis on how soil heterogeneity, groundwater table depth, and thickness of the unsaturated zone affect the hydraulic performance of infiltration facilities are lacking. To address this knowledge gap, a series of numerical experiments under transient variably water saturated conditions were performed for a hypothetical infiltration facility. Numerical simulations showed that i) infiltration rates increase considerably as the initial depth of the groundwater table increases, ii) the contribution of the bottom of the facility to the infiltration of water is generally higher than the sides, iii) the presence of a less conducting soil layer at a short depth from the bottom of the facility reduces infiltration rates dramatically, iv) the complete clogging of the bottom of the facility has a dramatic impact on the hydraulic performance, v) the stochastic heterogeneity of the soil controls the overall stormwater infiltration process through the facility, and the hydraulic performance may largely deviate from the case when heterogeneity is absent.

     

陕西王东沟小流域野外土壤入渗试验研究

以野外土壤入渗试验为依据，利用时域反射仪进行了土壤水分动态变化的观测，并分析了积水入渗过程中土壤水分的动态变化规津及停渗后土壤水分再分布规律。结果表明：野外土壤积水入渗过程中，土体内任—埋深处士壤含水率的变化一般经历稳定不变、缓慢上升、急剧上升和再稳定4个阶段，不同土地利用类型的土壤每一阶段听经历的时间长短不同；积水深度越大，土壤剖面含水率、入渗量变化越明显，湿润锋的推移也越快；停渗后土壤水分再分布规律表现为表层0～10cm土壤含水率急剧减小，10～70cm土壤含水率开始呈增大趋势，然后再逐渐减小，70cm以下的土壤含水率略有变化。     

包气带岩性结构对降雨入渗能力的影响

降水是鄂尔多斯盆地风沙滩地区地下水的主要补给来源之一,区内包气带岩性结构影响着降雨入渗补给地下水的过程。试验以该区两组均质结构(风积沙、风化砂岩)与两组层状"上粗下细"结构(风积沙-风化砂岩组、风积沙-淤泥质沙组)中水势和水量变化情况分析不同岩性中降雨入渗过程的差异性。结果表明:均质结构和层状"上粗下细"结构降雨入渗过程均呈线性变化过程,但是均质结构的累计入渗量为层状结构的1.5～3.0倍,更有利于降雨入渗;层状"上粗下细"结构中,岩性由粗到细水力梯度增大1.48～1.78倍,下覆细质土较大的水势梯度反映了其低渗性,且降水入渗过程与上覆粗质土无关,主要由下层细质土控制,下层细质土颗粒越细,入渗量越小,较细细质土的入渗量约为较粗细质土的0.66倍。研究结果对于提高鄂尔多斯盆地风沙滩地区水资源评价的准确性具有重要意义。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

宁夏青铜峡河西灌区地下水调控标准研究(一)

针对灌区的地质及水文地质条件 ,着重分析了灌区内典型地下水位动态变化特征 ,指出地下水以灌溉入渗补给为主 ,灌溉制度决定地下水补给量、补给时间和补给强度 ,其变化具有明显的周期性。深入探讨了地下水位的变化与农作物生长及土壤次生盐碱化的关系 ,在此基础上初步给出灌区地下水调控标准 :在作物生育期 (5～ 7月 ) ,可将作物防治渍害和盐碱害的标准作为该时段的地下水调控标准 ;在作物秋灌期 (9～ 10月 ) ,可将防止土壤盐碱化的地下水调控标准下限 ,作为本阶段的地下水调控标准。     

层状土入渗试验中指流发育的分形特征及入渗规律

土质结构差异较大的层状土入渗过程中易出现指流.为了了解层状土下层介质对指流发生发育的影响,以三种不同粒径的石英砂为下层介质和以砂壤土为上层介质进行了室内积水入渗的染色示踪试验.结果表明,下层介质粒径越大越易出现指流,且指流行进速度越快.指流发生后,入渗过程趋向于稳定,且下层土壤粒径越大,稳定入渗率与累积入渗量越小.采用湿润面积和湿润比描述指流发育的宏观特性,发现湿润面积和平均湿润比都随时间而增大,表明湿润锋趋于均匀.为定量研究层状土入渗中指流发育的分形特征,采用像素点覆盖法编制了计算染色示踪试验中分形维数发育的Matlab程序,对程序进行了验证并计算了四组试验指流发育的计盒维数.结果表明指流分布具有明显的分形特征,下层介质粒径越大计盒维数越小,且计盒维数随时间而增大.     

Simulation of water allocation and salt movement in the root zone

This paper is concerned with the simulation of the water allocation and salt movement in the root zone of a particular crop. A mathematical model of four ordinary differential equations is developed. The model performs water balance and salt balance in unsaturated and saturated regions of the root zone. It is a lumped input and lumped parameter conceptual model, which considers the average soil moisture and salt concentration in the root zone. The equations are solved numerically over the time period of the growing season. Precipitation and irrigation water are treated as inputs.The analyzed results indicate that, for the shallow water table case, the water table elevation has an important effect on the soil moisture depletion dynamics of the unsaturated zone. An appreciable amount of water from the saturated zone is transferred through capillary rise to the unsaturated zone particularly in the case of sandy loam soils. It was found that the water table elevation varies significantly during the growing season.The salt movement simulation indicates a salt concentration build up in the unsaturated zone during the growing season. Contours of equal crop yield reduction as a function of the unsaturated zone initial salt concentration and the irrigation water salt concentration are obtained.The model was tested with data from the Mashtul Pilot Area in Egypt and its performance was satisfactory.