地表覆盖对季节性冻融期土壤水分特征的影响

为探求不同地表覆盖下非饱和冻融土壤介质中土壤水分的迁移转化规律,于2013年11月10日~2014年3月22日在山西省晋中市东阳镇进行季节性冻融期系列田间试验。结果表明,地表覆盖有效地减少了地表土壤水分的蒸发,削弱了土壤含水率的波动幅度,但不同冻融阶段不同地表覆盖地块的土壤水分有所差异。与裸地(LD)相比,冻结阶段,秸杆覆盖(JG)和地膜覆盖(DM)显著增加了地表以下0~10cm土壤墒情,且DM比JG保墒效果好;融化前期,秸秆覆盖阻碍了融雪水的直接入渗,JG对土层的蓄水保墒作用不明显;融化后期,秸秆覆盖削弱了风速对地表土壤水分的影响,抑制了表土蒸发,对土层具有保墒作用。整个冻融期,DM始终对土层具有保墒作用,且其保墒效果较JG好。地表覆盖有效地减弱了地表以下0~20cm土壤含水率的波动幅度,随着土壤深度的加大,覆盖措施对土壤含水率的影响逐渐减弱。DM土壤水分随时间的变化态势与LD相似程度较高。从储水保墒角度出发,冻融期DM覆盖更具现实意义。研究成果可为北方冬春季节土地利用及管理提供指导。     

城市小区绿地入渗试验研究

对裸地、草坪等城市绿地进行入渗试验,得到土壤含水率、土壤容重、土壤入渗率等入渗试验参数,分析了前期降雨对绿地土壤含水率的影响,获得了试验期间裸地、草坪不同土层土壤含水率与前期影响雨量的线性关系,以及不同容重条件下裸地土壤的入渗率变化规律。试验获得了不同绿地类型初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累计入渗量等特征参数,研究了裸地、草坪入渗率与入渗历时的相关关系,分析了影响绿地入渗能力的主要因素。结果表明,土壤下渗过程中形成土壤水的比重相对于形成土壤孔隙重力水的比重小,裸地、草坪的土壤入渗速率主要与土壤容重有关,即与土壤压实度、土壤孔隙等因素有关,与土壤含水率和前期影响雨量的关系不大。     

TDR土壤水分传感器测量值偏高现象分析与处理

为揭示TDR土壤水分传感器在野外地下水浅埋粘性土区测量值偏高现象形成机制,在太湖流域平原典型农田区开展剖面参数测定和分层土壤含水率监测,发现土壤含水率实测最大值较饱和含水率呈不同程度偏高:随埋深增加偏高量逐渐增加,至60cm达到峰值后逐渐减小,排除土壤干容重、粘粒含量的直接影响,推断该现象是因60cm处相对不透水层顶板阻隔盐分而在界面附近形成盐分富集区所致。利用原相关曲线直接下移法对测量值进行校正,结合两个旱期时刻及饱和态烘干法含水率与实测值的差值量级,确定了不同埋深处的校正常量。结果表明,10、20、40、60、80cm处土壤含水率整体偏高量分别约为0.06、0.13、0.17、0.27、0.16cm~3/cm~3。     

小雨条件下入渗土壤中水—气运移规律试验

探明非饱和土壤水分入渗中水—气运移的规律及相互关系,有利于促进水分入渗规律和溶质运移规律的深化研究。基于室内土柱试验,研究了在小雨量(15mm/d)连续降雨入渗条件和土中气相影响条件下水分入渗的变化规律。结果表明,土中水分入渗能力随时间和深度递减;气压势与含水率呈负相关,与基质吸力呈正相关;多项式和对数函数对土—水特征曲线的拟合较为理想;入渗系数随剖面深度加大而减少。试验结果较好地解释了试验过程中出现的积水现象,对深入研究非饱和土壤水分入渗规律意义重大。     

金川河水位变化对河岸带表土层土壤理化性质的影响

以金川河为例,沿河岸带纵向在3个取样点采取18个土壤样本,研究高低水位条件下河岸带不同深度表土层的土壤理化性质,探讨了水位变化对河岸带表土层土壤理化性质及氮磷元素形态分布的影响规律。结果表明,在同一水位条件下,随着土层深度的增加,土壤含水率、容重均有所增加,孔隙率有所减小,pH值变化幅度不大（维持在中性）,Eh、全氮、氨氮、全磷、有效磷浓度均有所减少,而硝氮浓度有所增加;20~40 cm土层的土壤理化特性受河流水位变化的影响显著,而长期浸泡在河水下的河岸带土壤以及河水高水位以上河岸带土壤的理化性质受水位变化的影响不明显;土壤氮素和磷素各形态在高低水位条件下垂向变化规律基本一致。     

淮北平原典型土壤水分特征曲线测定与分析

为获得包气带土壤垂向属性特征,进而研究包气带水分运移规律,采用离心机法测定了淮北平原砂姜黑土区典型土壤10个不同深度的土壤水分特征曲线,分析了土壤水分特征曲线在垂向上的变化规律,同时测定相应深度土壤的机械组成和容重,分析其对土壤水分特征曲线的影响。结果表明,该区域土壤水分特征曲线垂向分布差异很大,在包气带水分最活跃的0～50cm差异最大。由于土壤垂向的巨大变化,淮北平原包气带水分运动模拟宜分层考虑。     

地埋管换热器周围土壤热湿迁移的实验研究

文章搭建了土壤热湿迁移实验装置,并利用该装置研究了不同进口流体温度、土壤体积含水率条件下,地埋管换热器周围土壤温度场、湿度场的变化特性。分析结果表明:随着进口流体温度逐渐升高,土壤温度、湿度的最大值均逐渐升高,土壤温度、湿度的下降速率逐渐加快;土壤的初始体积含水率越大,热源对土壤温度的作用半径越大,当土壤的初始体积含水率分别为0%,35%时,热源对土壤温度的作用半径分别为280,380 mm;当土壤与地埋管之间的径向距离为0～225 mm时,土壤含水率主要受温度梯度的影响,随着该径向距离逐渐增加,土壤含水率逐渐升高,当土壤与地埋管之间的径向距离为225～380 mm时,土壤含水率会受到温度梯度与含水率梯度的共同作用,使得水分逐渐向热源方向逆向迁移,当土壤与地埋管之间的径向距离为225 mm时,土壤含水率出现峰值,当土壤与地埋管之间的径向距离大于380 mm时,温度梯度对土壤水分迁移的影响逐渐减弱,土壤含水率逐渐降低,当土壤与地埋管之间的径向距离为525 mm时,土壤含水率保持稳定。     

地下水位埋深对地表径流量及入渗补给量影响的数值模拟

针对五道沟实验站亚粘土（砂姜黑土）且无植被覆盖区内的蒸渗仪中的不同地下水位埋深之上的非饱和土层,建立了非饱和带数值模型,进而模拟出不同地下水位埋深时的地表径流量及入渗补给量变化规律。数值模拟结果表明,地表径流量及入渗补给量随降雨量增大而增大,地表径流系数总体随降雨量增大而增大,随地下水位埋深增加而减小;但对强降雨,地下水位埋深对地表径流系数影响较小。     

不同目标函数对土壤水力参数反演效果评价

土壤水力参数是表征土壤水力性质的重要参量,是准确预测土壤水分及溶质运移等过程的基础。基于GML非线性参数优化算法,构造了三个不同的目标函数,同时反演van Genuchten-Mualem模型中三个土壤水力参数(进气吸力倒数α、孔隙体积大小分布指数n和饱和导水率Ks),并分析了同一目标函数下不同降雨条件对反演结果的影响。结果表明,选取不同的目标函数对反演结果有显著影响,以累积入渗量作为目标函数能有效反演参数Ks,以压力水头和累积入渗量作为多目标函数则能同时有效反演α、n、Ks三个参数;此外,降雨条件对反演结果也有一定影响,相对于均匀降雨,在非均匀降雨条件下以压力水头作为目标函数对反演结果的精确度和准确度有较大的提升;以累积入渗量作为目标函数对反演结果的精确度略有提升但降低了反演结果的准确度。     

五道沟地区土壤水分动态变化规律及模拟研究

以五道沟地区实测土壤含水率与气象要素为基础,分别从年、月和季节尺度上分析了土壤含水率在时间与垂向分布上的变化特征,选择不同的典型年和降水场次,探讨了土壤水分在不同降水强度下的响应规律,并运用Hydrus-1D模型模拟了土壤水的运动。结果表明,土壤水分受到降水和蒸发的共同作用,降水强度影响土壤水分的持续下渗时间与下渗深度,浅层土壤的响应程度更大。各层土壤模拟效率系数均超过0.6,表明Hydrus-1D模型在五道沟地区具有较强的适用性,可用于该地区土壤水分运动的模拟研究。     

降雨条件下双层土斜坡稳定性的简化分析方法

Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力。推导了适用于双层土斜坡的Green-Ampt降雨入渗分析模型,并给出了降雨入渗量随降雨时间变化的解析表达式。提出的模型预测的孔隙水压力分布与Richards模型预测结果类似。在此基础上,基于极限平衡法提出了双层土斜坡的安全系数计算方法。研究表明,随着降雨时间的增加,湿润锋位置逐渐下移,安全系数随着也慢慢减小。当下层土强度较高时,最危险滑动面位于第一层土体的底部,在一段时间内安全系数将不随时间发生变化。但当雨水入渗深度足够大时,最危险滑动面重新位于湿润锋位置处,此时安全系数将随着入渗深度的增加再次增加。斜坡安全系数降低的速率随着降雨强度和斜坡坡度的增加而增加,因而在相同条件下高强降雨及坡度较陡斜坡更为危险。方法计算简便,可以更方便的应用于工程实践,并且具有继续研究的价值。     

基于地表温度和植被指数的黑龙江省旱情遥感动态监测

干旱灾害是一种影响范围广、时间跨度大的自然灾害,对社会经济发展尤其是给农业生产造成重大损失。遥感技术具有观测空间尺度大、实时性强的特点,有利于大范围、实时、动态的旱情监测。利用MODIS的LST和NDVI遥感数据,依托站点实测土壤含水率数据,分析土壤含水率与地表温度和植被指数之间的关系,考虑土壤类型,构建温度植被多项式模型,进行表层土壤水分反演,基于此开展2018年3~7月黑龙江省旱情遥感监测应用研究。监测结果显示,监测期内黑龙江省经历了两次规模较大的干旱过程,干旱的核心区域为黑龙江省西南部区域,与实际情况相吻合。研究表明,考虑土壤类型的温度植被多项式模型对旱情遥感监测具有良好的应用效果。     

棕壤盐水入渗水分运移特征研究

采用水平土柱,以质量浓度5%的KCl溶液作为入渗液,并以耕层棕壤为供试材料,测定了不同入渗时间下的水分运移特征.结果表明,累积入渗量与时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,累积入渗量增大但增幅减小;累积入渗量与湿润峰运移距离呈线性关系,随湿润峰运移距离的增大,累积入渗量亦增大;湿润峰运移距离与入渗时间呈幂函数关系,随入渗时间的延长,湿润峰运移距离增大但增幅减小;盐溶液入渗情况下,棕壤的吸湿率约为162.38 cm/h;水分入渗率与时间呈幂函数关系,初始入渗时段入渗率下降速度快,随后入渗率随入渗时间的延长而缓慢下降.     

那曲流域季节冻土区土壤水热动态变化分析

鉴于青藏高原冻土区土壤水热动态变化过程对高寒区气候变化、植被演替及退化等方面的研究意义重大。基于2019年9月10日～2020年8月10日那曲流域4个监测站点分层土壤温度和湿度数据,探讨了冻融过程中土壤水热的变化规律及土壤水分和温度间的互作效应。结果表明,那曲流域季节冻土区在冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全融化期土壤含水率呈现降低—稳定—升高—波动的变化趋势。冻结过程中,土壤水在温度梯度的作用下开始向冻结锋面运移并补充冻结锋面以下的土壤水分,各层土壤含水率均有所下降;融化过程中季节冻土呈现双向消融特征,各层土壤含水率上升,小唐古拉山、措玛乡、那曲大桥、香茂乡分别在20、35、10、50cm土壤水分高值区。土壤在冻结过程中处于放热状态,表层土壤温度较深层小,而融化过程处于吸热状态,表层土壤温度较深层大。随着土层深度增加,气温对土壤温度的影响越来越小,表层土壤温度变化速率均较深层大。5、10、20、35、50cm土层土壤温度与土壤含水率呈正相关关系,确定性系数R2分别为0.596、0.500、0.499、0.304、0.414。研究结果为及时明晰青藏高原土壤水热动态变化状况提供了一定的理论依据。     

黄土地区不积雨条件下降雨入渗及其湿润锋移动规律

目前,黄土地区降雨入渗规律研究已较为深入,但对不积雨持续降雨入渗及其湿润锋移动规律研究较少。对此设计并制作了一套模拟不积雨降雨条件下黄土土柱垂直入渗模型试验装置系统,共模拟了3组非饱和重塑黄土表面不积雨降雨强度下的土柱垂直入渗试验,得到了3组不同干密度黄土垂直土柱试验各相应深度监测点土体体积含水率与降雨历时曲线,以及各试验组土柱渗流湿润锋和渗流稳定区到达不同深度的降雨时间。基于Green-Ampt入渗模型的假设,建立了黄土地区不积雨降雨垂直土柱湿润锋渗流模型,并结合试验结果,验证了假设及模型的正确性,求出不积雨持续降雨条件下黄土土柱渗流湿润锋形状参数m接近于3,并进一步揭示了不积雨降雨条件下黄土地区降雨入渗湿润锋深度与渗流稳定区深度之间的关系。     

潇湘水源区土地利用变化下的水文响应分析

以曲靖市潇湘水源区为例,利用曲靖市沾益气象站1953~2009年间的日气象资料及潇湘水源区坝上站径流资料,结合水源区土壤数据、土地利用数据以及90m分辨率DEM,构建了潇湘水源区SWAT水文模型,研究了1986、2000、2009年不同土地利用类型下的水源区水文响应特征。结果表明,1986、2000、2009年不同土地利用类型下潇湘水源区耕地和未利用土地面积比逐渐增加,草地和林地面积比逐渐减少,这可能是导致2009年坡面径流深和径流深增加及实际蒸散减小的主要原因。     

陆面水文模式Noah-LSM在赣江上游区的适用性研究

为合理评估未来气候变化下赣江上游区的水文响应机制,基于赣江上游峡山水文站以上集水区域6个气象站点1961～2014年逐日气象资料和2008～2014年中国陆面数据同化系统土壤含水率产品,采用NoahLSM陆面水文模式进行历史流量和土壤含水率过程模拟,评估Noah-LSM在赣江上游区的适用性。结果表明,Noah-LSM模拟的率定期和验证期日流量模拟过程确定性系数分别为0.857、0.750,模拟的土壤含水率过程与中国陆面数据同化系统产品基本吻合。Noah-LSM能合理模拟研究区的流量和土壤含水率过程,且在赣江上游区具有良好的适用性。     

土石混合物入渗性能试验及模拟研究

为研究碎石含量与粒径对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤添加不同粒径、不同含量的碎石,在定水头条件下,研究了碎石含量和粒径对其入渗能力的影响,并通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率进行拟合,确定土石混合物入渗过程的适用模型。研究结果表明,相同碎石粒径条件下,累积入渗量与碎石含量呈正相关关系;相同碎石含量条件下,碎石粒径与累积入渗量呈负相关关系;通过Horton模型、Philip模型、Kostiakov模型及修正的Kostiakov模型对入渗率拟合的对比分析,发现修正的Kostiakov模型模拟含碎石土壤入渗率具有较高的精度,适用于试验所选的土石混合物。研究结果可为农业灌溉和水土保持提供参考。     

孔隙率与含水率对砂质土样导热系数的影响

鉴于研究岩土体导热系数的变化规律及影响因素,对岩土的导热理论和工程实践的现实意义,利用热探针测定了不同孔隙率和含水率条件下的砂质土样导热系数,分析其变化规律,并用1stOpt软件得到孔隙率、含水率与导热系数的拟合公式。计算结果与试验结果表明,导热系数随孔隙率的增加而减小,随含水率的增加而增大,且在一定含水率下,导热系数随孔隙率的增加呈线性减小,孔隙率为0.468~0.511时,导热系数降幅为20.19%;在一定孔隙率下,导热系数随含水率的增加呈非线性增长,含水率0~10%时,导热系数增幅为338.38%,含水率10%~15%时,导热系数的增幅为8.83%。     

回风立井井筒围岩应力演化及变形规律的研究

针对贾郭煤矿新建回风立井,运用数值模拟研究不同垂直深度条件下回风立井井筒围岩地应力演化机制及变形规律,掌握了井筒围岩应力随深度不同变化的基本规律。井筒围岩塑性区范围,应力值及围岩变形随深度的增加而逐渐增大,但达到一定深度时,围岩应力增长率逐渐减小,并趋于稳定。