农田土壤表层饱和导水率的条件模拟

本文简单地介绍了地统计模拟中的序贯高斯方法, 以农田土壤表层饱和导水率Ks为例, 对其分别进行了条件模拟和克立格插值, 并将条件模拟、克立格插值结果与实测数据进行了对比分析. 结果表明克立格插值具有明显的"平滑"效应, 改变了Ks数据的空间结构; 而条件模拟具有与实测数据相同的空间自相关结构, 并且对未知点的模拟值具有不确定性. 因此, 条件模拟对于研究那些具有空间不确定性且会对环境带来不良影响的风险性变量, 更具有实际意义.     

土壤饱和导水率研究现状分析

土壤饱和导水率是土壤重要的物理性质之一,它是计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程的一个重要土壤参数。系统地介绍了确定土壤饱和导水率的三种方法——按公式计算、实验室测定和田间现场测定,并对其研究现状进行归纳分析,旨在为相关研究提供参考。     

渗透桶法测定土壤饱和导水率的改进

渗透桶法测定土壤饱和导水率所需仪器少、价格低、操作简单,但工作繁杂、精度不高,为了减少工作量,提高试验精度,基于马氏瓶定水头供水原理,对渗透桶法进行了改进,改进后可明显减小工作强度、提高试验精度,不仅能测定土壤的饱和导水率,还能测定土壤孔隙水的流速.     

土壤空间变异下田间降雨入渗率的分布特性

本文通过Green-Ampt模型矩形剖面的假定来近似土壤水分运动方程,结合土壤地表饱和导水率的空间分布、降雨强度和历时,将土壤地表分为饱和区和非饱和区,根据各区对应的降雨阶段地表自由入渗状态、自由与积水综合入渗状态以及退水阶段的上边界条件,分别推导出各阶段相应的土壤剖面的降雨入渗率的解析解以及平均降雨入渗量的时空变化过程。研究成果为土壤地表空间变异下降雨、入渗和径流之间的关系以及土壤剖面水流的滞后现象提供具有物理基础的计算方法。     

引黄泥沙对黏质盐土饱和导水率的影响

为研究引黄泥沙对黏质盐土颗粒组成和土壤饱和导水率(K_s)的影响,以滨海地区黏质盐土为研究对象,利用黄河三角洲引黄灌区亟须处理的淤积泥沙作为改良剂,分别进行了土壤颗粒组成和土壤饱和导水率测定试验。结果表明:(1)黏质盐土随配沙比例增大,极细砂含量由3.356 1%增长到61.461 1%,细砂含量由0.180 9%增长到2.459 7%,粗粉粒含量由47.437 4%降低至31.150 9%,细黏粒含量由29.015 3%降至3.893 9%;(2)土壤饱和导水率随配沙比的增大而增大,二者为极其显著的指数函数关系,决定系数为0.937 5,以理想饱和导水率为限制条件,适宜配沙比例为[45.7%,56.8%];(3)土壤粒级与土壤饱和导水率的作用强度大小排序为极细砂细砂粗粉粒中砂细粉粒细黏粒粗砂粗黏粒石砾;(4)建立了极细砂含量和细砂含量x与土壤饱和导水率的回归方程,分别为K_s=0.018 6e~(0.083x),K_s=0.0160 7e~(2.122x)。     

土壤机械阻力对玉米根系导水率的影响

研究了土壤干旱(基质势为-0.86MPa)和湿润(基质势为-0.17MPa)条件下土壤机械阻力对玉米根系导水率(Lpr)的影响．结果显示，土壤机械阻力降低根系导水率，原因是土壤机械阻力使根系平均直径增大，根直径增大使根的径向导水阻力增大，从而使根系导水率降低，土壤干旱除了使土壤机械阻力增大外，还可能加速根内外皮层木质化和栓质化，从而降低根系导水率。     

喷灌对冬小麦农田土壤水分空间变异的影响

根据喷灌条件下冬小麦不同水分处理不同土层的土壤水分观测数据,运用半变异函数进行分析及拟配相对应的模型,对土壤水分空间变异情况进行了分析。结果表明,土壤水分变异受喷灌水量和风力、风向影响较大;40～60cm土层的土壤水分等值线能够代表喷头在无风条件下的水量分布图。     

采用田间表层结壳稳定流法确定土壤非饱和导水率

在众多确定土壤非饱和导水率参数的室内外试验方法中，表层结壳稳定流法以其试验边界条件易于控制，试验地点选择适应性强且机动灵活等特点被认为是一种具有较好准确性和精度的有效方法．鉴于该法在国内实际应用尚不多见，本文将介绍该方法的基本原理和田间现场试验布置及步骤，在对试验结果进行分析和与室内土样法间接得到的非他和导水率函数对比的基础上，对该法进行评价并指出影响试验方法的若干因素．     

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。     

土壤空间变异对滴灌水氮淋失风险影响的模拟评估

滴灌水氮淋失是系统设计和运行管理需要考虑的重要因素。本研究利用HYDRUS-2D软件构建了滴灌条件下的水氮运移模型,通过局部敏感性分析和全局敏感性分析方法研究了砂壤土土壤水力参数、初始含水率和土壤溶液中初始NO3--N 浓度的空间变异对水分渗漏率和NO3--N 淋失率的影响。结果表明,水分渗漏率和NO3--N 淋失率随饱和含水率的增大而明显降低,随土壤初始含水率的增大而明显升高。弱变异条件下,水分渗漏率和NO3--N 淋失率的变异性主要由土壤初始含水率、饱和含水率和饱和导水率的空间变异引起;中等变异条件下     

黑土区农田土壤含水量空间变异性的尺度效应研究

为研究黑土区农田土壤含水量空间变异性的尺度效应,测定32 m×32 m、48 m×48 m、64 m×64 m、80 m×80 m和96 m×96 m 5种采样面积上的土壤含水量,运用传统统计学、地统计学和多重分形等理论,分析土壤含水量空间变异性随采样面积的变化规律。结果表明:研究区不同采样面积土壤含水量的平均值介于31.13%~33.57%,均存在由小于采样尺度和实验误差导致的变异,空间相关范围介于25.80 m~123.60 m,空间相关程度介于16.742%~29.874%,空间变异程度介于0.0292~0.1026;随采样面积的增加,土壤含水量的平均含量和变异程度都逐渐减小,由小于采样尺度和实验误差导致的变异与空间相关范围都先降低后增加,空间相关程度先增加后降低,造成不同采样面积土壤含水量空间变异性的局部信息有所差异。     

考虑水力学和矿化参数空间变异下土壤水氮运移的数值分析

以北京东郊永乐店一块农田为背景,将田问取样点所在的土壤剖面假设为一系列不发生相互作用的一维土柱,根据实测的土壤有机质含量,假定不同取样点的土壤有机氮的矿化速率常数（零级动力学）与有机质含量成正比,运用HYDRUS-1D软件,分别就考虑和不考虑有机氮矿化速率的空间变异性两种方案,对2001年夏玉米生育期农田尺度下土壤水分运动和硝态氮淋失动态进行了数值分析。模拟结果表明：有机氮矿化速率的空间变异性对剖面250cm埋深处累积硝态氮淋失量的影响很小,其差异主要在于前者影响了土壤氮素的转化量;剖面250cm埋深处平均的土壤水渗透量和累积硝态氮淋失量分别为1．35mm、0．0065mg／cm^2,变异系数大于1．8,表现出很强的空间变异性。模拟结果的地统计学分析表明：蒸发量和蒸腾量,收获时剖面250、150cm埋深处的土壤水通量的半方差函数均可用球状模型描述,其变程相近,约为8．7m;土壤水渗透量与累积硝态氮淋失量表现为相互独立的空间结构。考虑有机氮矿化速率空间变异性的土壤氮素净转化量可用球状模型描述,其变程与有机质含量的变程接近,约为4．7m。     

单双管微咸水膜下滴灌棉田根区土壤水电导率空间变异分析

土壤水电导率可直接表征土壤水易溶盐状况,为分析单、双管微咸水膜下滴灌棉田根区土壤盐分空间分布差异,采用WET探针对0～60 cm深度的剖面土壤水电导率进行网格化监测。通过统计特征值分析、半方差函数构建和Kriging空间插值等,获取土壤水电导率空间变异与分布特征。结果表明:单、双管滴灌模式下土壤水电导率均呈中等强度变异,且最优半方差函数拟合模型为高斯模型。同时,单管模式下结构性因素引起的变异强于双管模式。在试验壤土条件下,双管模式积盐程度相对较高,差异性达到了显著性水平(P 0. 05);单管模式则因相对较大的滴头流量,具有更强的横向渗流扩展洗盐能力。研究结果可为优化微咸水灌溉方式提供一定指导。     

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。     

基于渗透系数序贯高斯模拟的水库渗漏量不确定性分析

水库库底地层渗透系数是影响水库渗漏量的主要因素之一,研究渗透系数的空间变异特征可为水库渗漏量计算结果的可靠性分析提供科学依据。以天津市北塘水库库底地层渗透系数为研究对象,先利用克里金插值对该参数系列进行了插补,再对插补后的渗透系数系列进行了500次序贯高斯模拟,最后分析了其空间变异性对库区渗漏量计算值不确定性的影响。结果表明:库底地层垂向渗透系数空间结构可用球状模型描述,在变程1210 m范围内具有高度空间相关性。以2005年7月16日渗漏量计算值总体为例,最小值与最大值分别为1 389.49 m3/d、1 897.30 m3/d,且落在区间1 600~1 850 m3/d的频率高达77.6%。     

二维强非均质含水层中渗透系数空间变异对污染物迁移的影响

对于强非均质介质,渗透系数的对数lnK的空间分布可表征为其增量遵从Levy稳定分布的非平稳随机场。本文利用改进的连续随机增量方法生成含水层lnK增量具有Levy稳定分布的统计特征的随机场;采用Monte-Carlo数值实验方法并结合MODFLOW与MT3DMS分别模拟研究区域内水流和溶质迁移过程,分析渗透系数强变异性对污染物浓度空间矩及宏观弥散的影响。结果表明:Levy指数α决定lnK的空间分布形状,宽度参数C则影响lnK的取值范围;污染物的质心位置与C、α的大小无关;C越大、α越小,污染物形状越不规则,污染物的扩散范围越大;且α越小,污染物具有明显的拖尾现象;纵向宏观弥散度随时间呈幂函数递增趋势。     

二维强非均质含水层中水力传导度空间变异对污染物迁移的影响

对于介质的非均质性相对较小的情况，可将水力传导度对数(lnK) 的空间分布概化为正态分布的统计均匀随机场。而对于强非均质介质，lnK的空间分布可表征为其增量遵从Levy稳定分布的非平稳随机场。本研究假设二维承压含水层内面积为128m x 128 m的研究区域中,在(10m,64m)处瞬时注入浓度为1000 mg/L的污染物：利用改进的连续随机增加（successive random additional, SRA) 方法生成含水层lnK增量具有Levy稳定分布的统计特征的随机场；采用Monte-Carlo数值实验方法并结合MODFLOW与MT3DMS分别模拟研究区域内水流和溶质迁移过程，分析水力传导度强变异性对污染羽状物浓度空间矩及宏观弥散的影响。结果表明：Levy指数a决定lnK的空间分布形状，宽度参数C则影响lnK的取值范围；污染羽的质心位置(一阶矩)与C、a的大小无关；C越大、a 越小，污染羽形状越不规则，污染羽状物的扩散范围(二阶矩)越大；且a 越小，污染羽状物具有明显的拖尾现象；纵向宏观弥散度随时间呈幂函数递增趋势。