竖直微润灌土壤水分运动数值模拟与验证

为进一步认识微润灌土壤水分运动规律,进而指导微润灌工程设计,依据非饱和土壤水分运动理论,建立了竖直微润灌土壤水分运动模型,并用SWMS-2D软件进行求解。通过室内试验,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值和土壤剖面含水率等指标的模拟值进行分析验证。结果表明,模拟值与实测值一致性较好,所建模型能比较真实地反映竖直微润灌土壤水分运动的状况,利用SWMS-2D软件对竖直微润灌土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

土壤容重对膜孔灌盐土水盐 运移分布影响

通过室内土壤膜孔灌盐土水分入渗试验,分析了土壤容重对膜孔灌盐土水盐运移分布的影响。结果表明：（1）土壤容重越大,相同入渗时间的累积入渗量越小,相同灌水量下土壤湿润范围越大;（2）入渗结束时,土壤含水量以膜孔为中心呈等值线分布,土壤容重越小,相同位置的土壤含水量越大;（3）膜孔灌对盐土有明显的淋洗作用,膜孔附近土壤盐分含量远低于本底值,湿润体边缘有较高盐分累积;（4）相同灌水量下,土壤容重越小,盐分淋洗范围越大。以上研究结果可以为盐土上膜孔灌合理灌溉提供参考依据。     

充分供水条件下垂直线源灌入渗模型简化研究

为了定量预测和分析充分供水条件下垂直线源灌土壤入渗特性,基于HYDRUS-2D模型,设置了144种模拟情景,模拟得到了9种土壤在不同线源直径和线源长度条件下的累积入渗量。采用Philip入渗公式对模拟数据进行拟合,从而获得吸渗率和稳渗率。在此基础上,研究了吸渗率和稳渗率与灌溉参数间的关系,建立了考虑线源渗水面积和饱和导水率的充分供水垂直线源灌土壤累积入渗量简化计算模型。最后,利用试验数据验证了简化入渗模型的准确性。结果表明:同一土质的吸渗率与稳渗率均随线源渗水面积的增大而增大,且吸渗率与线源渗水面积符合线性函数关系,稳渗率与线源渗水面积符合幂函数关系。土壤累积入渗量的简化计算模型的统计指标E_(MAE)与E_(RMSE)分别介于1.57～2.05 L与2.38～2.88 L之间,E_(NSE)≥0.92,计算值与实测值一致性较好,简化计算模型预测效果较好,可初步实现仅通过饱和导水率K_s这个物理参数来预测充分供水垂直线源灌的入渗量。     

基于HYDRUS的微润灌溉线源入渗数值模拟

为探究微润灌溉在沙壤土中的入渗规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立1.0、1.5、2.0 m三种水头下微润灌溉土壤水分运动的数学模型。利用HYDRUS(2D/3D)软件对模型进行求解,求解结果表明:微润灌溉入渗流量随水头的增大而增大;湿润体沿渗灌管呈圆柱形分布,相同灌水时间下,湿润体大小随水头的增大而增大,湿润锋运移速率在灌水48 h内迅速减小,之后逐渐趋于稳定;含水率等值线为以渗灌管为中心的同心圆,平均含水率随水头的增大而增大,灌水均匀度随水头的增大而减小。为了验证软件模拟的精确性,将田间试验结果与模型模拟值进行对比,结果表明:模拟值与实测值无显著性差异,两者具有较好的一致性,说明HYDRUS软件可用于模拟微润灌溉条件下土壤水分运动及设计地下线源入渗灌水策略。     

PAM和石膏对坡地水分入渗及土壤流失的影响

通过野外小区试验,研究内蒙古砂土地区坡地土壤表层施用PAM、石膏及其混合物后对产流、产沙量的影响。试验结果表明,PAM对试验所用的砂土具有减小降雨入渗及减少土壤流失的作用,而施用石膏既可以增加水分入渗又可以减少土壤流失。施用PAM与石膏的混合物,在PAM用量为1 g/m2时,可以增加土壤水分入渗;在PAM用量为2 g/m2时,石膏用量大时入渗效果比较好,而在石膏用量为20 g/m2时,则不能起到增加水分入渗的作用。     

目标函数对滦河流域SWAT模型径流模拟不确定性的影响

针对水文模型参数和径流模拟结果不确定性问题,选取2Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)、改进的决定系数(R_m²)、相对误差(PBIAS)、Kling-Gupta效率系数(KGE)4种目标函数,对构建的滦河流域潘家口水库上游SWAT模型进行参数率定及验证,分析了不同目标函数下模型参数的敏感性差异及径流模拟的不确定性。结果表明：参数敏感性会随迭代次数增加和抽样范围变化发生改变,不同目标函数下率定的参数范围和最优值显著不同;NSE和KGE作为目标函数在各站点径流模拟中更稳健,分别表现出较高的模拟精度和较低的模拟不确定性。     

EBK和LSTM模型在气象干旱时空预测中的应用

为了检验气象干旱预测模型的有效性,利用1951—2017年河南省19个气象站逐月降水量数据,计算多尺度标准化降水指数(SPI),并建立了SPI序列长短时记忆神经网络模型(LSTM)。对模型参数进行率定和验证后,结合改进的经验贝叶斯克里金插值法(EBK),对河南省气象站多尺度SPI值进行时间序列预测和空间分布预测,并借助均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R~2)对回归预测模型的有效性进行判定。结果表明:在时间序列预测方面,LSTM模型在1月、24月尺度SPI的RMSE值分别为1.116和0.392,MAE值分别为0.911和0.188,R~2值分别为0.102和0.871,说明LSTM模型对SPI的预测精度与该指数的时间尺度有关,随着时间尺度的增大而逐渐提高;在空间分布预测方面,通过EBK得到的LSTM模型预测值在空间分布上与SPI观测值的空间分布十分相似,且能够在大尺度上较为精确地预测河南省旱情。     

基于 SWAT 模型的北山水库流域地表径流模拟

为评价北山水库流域地表水资源,选用SWAT软件构建了该流域的分布式水文模型。基于2016-2018年实测水文数据以及高程、土地利用类型、土壤类型等数据,完成了对北山水库流域的SWAT模型构建,利用SWATCUP软件对参数进行率定及敏感性分析,选取决定系数(R~2)、纳什效率系数(NSE)、平均相对误差绝对值(MARE)和均方根误差(RMSE)作为模型评价指标。结果表明:北山水库月蓄水量模拟值与实测值吻合良好,模型率定期和验证期的R~2均达到0.89,NSE分别达到0.88与0.85,MARE分别为5.04%与4.23%,RMSE分别为1.15×10~6 m~3与0.90×10~6 m~3,由此表明该模型能近似反映研究区的径流变化特征,展示了SWAT模型在该流域的适用性。此外,基于验证的水文模型对主要参数进行敏感性分析,表明影响该区径流模拟最为显著的两个参数是浅层地下水回归流阈值和径流曲线数。     

系统微分响应参数率定方法在建阳流域SWAT模型中的应用

利用基于系统微分响应理论的参数率定方法率定闽江建阳流域SWAT模型,通过流域1992—2000年日资料验证了该方法的实际应用效果,采用纳什效率系数(NSE)、偏差百分比(PBIAS)和相关系数r作为评价指标对率定后的SWAT模型模拟精度进行评价,并与传统利用SUFI-2方法率定得到的SWAT模型模拟结果进行对比分析。结果表明：系统微分响应方法率定的参数在建阳流域的日径流模拟中表现较好,率定期和检验期NSE均为0.65以上,径流量PBIAS在5%以内,r在0.65以上;利用系统微分响应率定参数方法率定SWAT模型参数在实际应用中可行,且效率与精度均高于传统的SUFI-2方法。     

根层铺多孔膜对和田风沙土水分入渗及蒸发的影响研究

为探讨根层铺多孔膜对新疆和田风沙土水分入渗及蒸发的影响,研究中设置了3个开孔度（30%、40%和50%）和3个埋深（10 、15 和20 cm）,以不铺多孔膜处理为对照,开展了室内的入渗及蒸发试验,研究了风沙土水分入渗及蒸发特征。结果表明：根层铺多孔膜可以有效减缓土壤水分入渗,随多孔膜埋深的增加,土壤水分入渗速率呈先减小后增大的趋势,而开孔度的增大则加快了土壤水分的入渗速率,当开孔度与埋深组合为30%与15 cm时,土壤水分入渗速率和渗漏量均最小;铺多孔膜处理中,埋深10 cm各处理的土面累积蒸发量较对照处理显著降低（P<0.05）,其中开孔度40%处理的土面累积蒸发量较对照处理减少了18.67%,体现了根层铺多孔膜技术具有较好的抑制蒸发作用;累积蒸发量随着开孔度的增大先减小后增大,随多孔膜埋深的增加先增大后趋于稳定。从减缓入渗和抑制蒸发的角度考虑,对于和田风沙土,适宜的铺多孔膜技术参数为开孔度40%,埋深10 cm。     

土壤肥力评价方法探讨

 总结了土壤肥力的评价方法,探讨了土壤肥力评价的流程。土壤肥力的评价流程如下：首先选择最小指标数据库,其次对指标进行标准化,最后将所有指标综合成一个土壤肥力指数。指标标准化时,根据土壤指标与作物生长之间的关系,可分为“S型曲线”、“反S型曲线和“抛物线型曲线”。评价方法包括多变量指标克立格法、土壤质量动力学方法、土壤质量综合评分法等。在某地区评价土壤质量时,要仔细查对各种土壤质量评价方法的优缺点,选出适合本地区土壤质量的评价方法。     

季节性冻融土壤入渗的影响因素分析

文中通过大量的入渗试验,对不同地表条件下季节性冻融土壤入渗的影响因素——地温和土壤含水率进行了对比分析,结果表明:未灌水的不同地块土壤入渗能力主要受地温控制,地表有覆盖物的土壤入渗能力与地温的变化趋势接近,而无覆盖物的相对较差;不同时间灌水后土壤的入渗能力主要受土壤含水率的控制,秸秆覆盖地块的土壤入渗能力与土壤含水率的相关程度较裸露地块弱。     

生物炭对土壤改良效果的研究进展

生物炭是原材料在缺氧或无氧条件下经过高温裂解得到的一种物质,具有良好的性质,被广泛应用于土壤改良。本文介绍了生物炭的改性和制备方法,综述了添加生物炭对土壤入渗能力、蒸发能力、土壤养分、土壤微生物与酶活性的影响以及对土壤修复功能的促进,发现生物炭对土壤改良效果主要与生物炭原材料、制备条件、添加量以及添加方式有关。并对未来研究方向进行了展望,提出应对各类生物炭进行合理分类,进而对各类生物炭的最佳利用方式进行探讨,为生物炭的进一步推广利用提供了理论基础和依据。     

土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响

膨胀性土壤吸水后易膨胀变形,从而影响到土壤水分的运动参数。为了研究土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响,采用室内土柱试验装置分析了不同土壤厚度（2,4,6,8,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 cm）对3种土壤（沙土、黄绵土、娄土）土壤容重、土壤饱和含水量、土壤饱和导水系数的影响,并分别用幂函数、指数函数和对数函数进行了拟合分析。结果表明：① 土壤饱和膨胀率、饱和比容积、饱和含水量和饱和导水系数均随土壤厚度增加而减小。② 通过3种函数拟合效果对比发现,幂函数具有最佳拟合效果。     

土壤剧烈扰动条件下地面灌水对土壤呼吸的影响

借助土箱试验观测研究土壤剧烈扰动条件下的土壤呼吸,并分析灌溉管理与土壤扰动的综合影响。结果表明:由于土壤剧烈扰动导致土壤呼吸通量出现短期的迅速增加,土壤剧烈扰动后两个处理的土壤呼吸峰值均超过800 mg/(m2·h),而且大部分时间在300 mg/(m2·h),高于大部分相关报道。对于SI处理,在适宜的水分条件(102%WHC)和土壤剧烈扰动的协同作用下,使土壤CO2呼吸峰值超过了900 mg/(m2·h)。对于SDI+SI处理,由于剧烈扰动的影响在非适宜的水分条件下出现了800 mg/(m2·h)以上的CO2排放峰值,土壤剧烈扰动后灌溉能够显著降低土壤呼吸通量,灌水后随水分达到适宜范围(98%WHC),出现水分调控导致的另一个小高峰,但本研究中水分高峰仅为土壤剧烈扰动后峰值的67%。     

中外水土保持理念对比

 介绍了发达国家水土保持发展历程：初期先开发后治理、中期开发与治理并进、后期重视生态环境修复或环保优先阶段,及中国水土保持发展的起始阶段、推广阶段和普及阶段。由于文化、经济发展状况差异,对土壤侵蚀、水土保持基本概念、内涵的定义和解释不尽相同,随着人们认识的发展,土壤侵蚀与水土保持学的概念在不断完善、深化。并阐述了不同国家及地方各自的水土保持法律、法规、技术规范和标准内容以及发布的时间,从国家、企业和受益者三个方面比较了美国、奥地利和中国水土保持投资比率情况。通过中外水土保持理念对比,对我国水土保持事业的发展提出了建议。     

石灰稳定土在道路工程中的应用

本文详细阐述了根据美国AASHT0 T220标准进行石灰稳定土配合比设计的两种试验方法:一种是根据土的塑性指数来确定石灰剂量;另一种是根据石灰土的pH值来确定掺加土中的最少石灰剂量。在确定加入土中的最少石灰剂量以后,还需对石灰稳定土进行无侧限抗压强度检验,保证强度满足规范要求。由于很多地区缺乏天然砂石材料,铺筑路面基层(非高等级公路)及底基层靠完全外运石料将造成工程造价太高,且石灰稳定土的刚性和分布荷载能力较传统的级配碎石高得多,因此,广泛推广石灰稳定土在路面基层(非高等级公路)及底基层中的应用,对节约工程造价,降低工程难度具有重大的现实意义。     

膨胀性土壤降雨入渗产流模型

膨胀性土壤吸水会发生膨胀变形,这对降雨入渗产流过程有显著影响。本文以Green-Ampt模型为基础,提出了考虑土壤膨胀性的非稳定降雨入渗产流模型(GJGAM)。为量化土壤膨胀性对降雨入渗产流过程的影响,文章引入了考虑土壤膨胀性的土壤饱和导水系数及饱和含水量,并提出了两参数的计算方法。同时,应用GJGAM和传统的不考虑土壤膨胀性模型(TGAM)分别模拟了径流强度和土壤累计入渗量的室内试验过程,并与试验观测值进行了对比分析。结果表明:利用GJGAM模拟得到的土壤累计入渗量和径流强度与其实测结果吻合良好,而TGAM模拟得到的土壤累计入渗量大于实测值,而径流强度小于实测值。     

紫色土和红壤坡面径流分离速度与水动力学参数关系研究

土壤剥蚀是土壤侵蚀、搬运和沉积过程中的一个重要子过程,对其定量研究是建立具有明确物理意义侵蚀模型的理论基础.采用放水冲刷法,在3.0m长、1.0m宽的土槽上,通过4个不同坡度(5°、10°、15°、20 °)、5个不同放水流量(1.31/min、3.01/min、5.5L/min、6.5L/min、8.5L/min)的组合实验,对红壤和紫色土坡面径流分离速度与径流剪切力、单位水流功率、水流功率、过水断面单位能量之间的关系进行了研究.结果表明:在一定的坡度条件下,分离速度随放水流量的增大而增大,而对于相同的放水流量,分离速度呈现出先增大后减小,然后趋于稳定的趋势,且有随放水流量的增大达到峰值的时间有提前趋势.径流剪切力、单位水流功率、过水断面单位能量及水流功率四个参数与分离速度均存在着明显的线性关系,但相对而言,水流功率更能准确反应坡面分离速度的变化情况.实验条件下,红壤坡面土壤剥蚀的临界水流功率值为0.0083N/(m·s),紫色土坡面土壤剥蚀的临界水流功率值为0.062N/(m·s).     

非饱和膨胀土的抗剪强度特性研究

 应用非饱和土的双应力状态变量理论，探讨了鄂西 北及南阳盆地膨胀土的抗剪强度特性，阐述了非饱和膨胀土抗剪强度指标与含水量、基质吸力的关系。为解决工程实践中的膨胀土问题提供了经验。