小开河引黄泥沙堆积区综合修复措施的改土效应评价

黄河是高含沙河流,引黄必然引沙,小开河引黄灌区沉沙池的清淤弃土区多年累计了大量泥沙,又称泥沙堆积区,因缺乏植被保护,土地沙化和水土流失现象特别严重。2011年采取工程技术及配套生物修复措施进行了综合治理并跟踪监测,探讨了泥沙堆积区不同植被类型对土壤有机质含量的影响和对土壤速效N、P、K含量的影响,对引黄泥沙的综合治理具有指导意义。     

黄丘区自然草地对坡面土壤入渗的影响机制

利用野外人工模拟降雨试验,研究了草地覆盖度变化对土壤入渗过程的影响,定量分析了草地作用下入渗参数的变化规律。结果表明:草地覆盖度对土壤入渗率的影响存在着分级现象,36%~54%覆盖度范围内入渗率随着覆盖度增大而增大的幅度并不大,只有当草地覆盖度超过59%之后,入渗率才明显增大;草地具有削减入渗波动的能力;Horton和Philip入渗公式均能有效地反映不同植被覆盖度下降水在土壤中的入渗过程及特性;草地覆盖能有效增大土壤初始入渗率和稳渗率,并且土壤初始入渗率以及稳渗率与草地覆盖度均可用指数函数关系表示;草地覆盖度越高,初始入渗率和稳渗率相差越小,入渗率衰减得越慢。     

引黄泥沙改良盐碱农田土壤特性现场试验研究

利用引黄泥沙来改良盐碱农田,是解决黄河三角洲引黄灌区面临的土壤盐碱化和引黄泥沙大量堆积两大突出问题的重要措施,但是引黄泥沙改良盐碱农田的土壤特性还需要大量现场试验作为支撑。为此,在黄河下游小开河灌区,针对不同泥沙利用方式,进行现场试验检测并分析引黄泥沙改良盐碱农田的土壤特性,包括土壤容重及孔隙度、土壤团聚体组成、颗粒分形维数、土壤入渗特征、土壤持水特性、盐碱化特征、盐分离子含量等。研究结果表明,盐碱荒地掺入引黄泥沙后,改良效果明显,引黄泥沙厚度5 cm对土壤性质的改良和调节作用好于引黄泥沙厚度3 cm。成果可为后续确定适合黄河三角洲地区的低廉高效、简便实用的泥沙利用与土壤修复技术提供科学依据。     

不同泥沙级配浑水灌溉入渗量及减渗作用分析

浑水灌溉是黄河流域普遍存在的现象,浑水中泥沙级配和浓度的大小对土壤入渗过程有很大的影响,不同泥沙级配和浓度的浑水入渗结果有显著差异。通过分析不同泥沙级配浑水灌溉入渗试验数据,并与清水灌溉入渗试验对照得出:不同泥沙级配浑水灌溉累计入渗量与时间的关系和清水相同,均为指数为正的幂函数曲线。相同含沙量、同一入渗历时,泥沙较粗的浑水始终比泥沙较细的浑水累计入渗量大。泥沙颗粒越细的浑水,其相应的累计入渗量越小,减渗量和减渗率越大;而相同累计入渗量条件下,泥沙颗粒越细,相应入渗历时越长。不同泥沙级配浑水相对于清水的时段减渗量和减渗率随时间均先增大后减小,最大值均发生在前50 min,泥沙组成颗粒越细,最大值出现的时间越早,同时刻浑水的减渗作用越强。     

考虑黄土结构变形的Philip入渗模型参数预报

基于黄土高原区区域尺度大田耕作土壤的水分入渗试验,考虑黄土备耕头水地土壤结构的变形特性,建立了Philip半理论半经验入渗模型参数的BP神经网络预报模型,实现了以土壤基本理化参数为输入变量、Philip模型参数为输出变量的BP预报。对Philip模型中吸湿率S、稳渗率A以及90 min累计入渗量的预测值与实测值进行比较,结果显示:吸湿率S的平均相对误差为1.41%,稳渗率A的平均相对误差为2.81%,90 min累计入渗量的平均相对误差为1.75%,三者的平均相对误差值均在3%以下,预测精度很高。这表明以土壤基本理化参数为输入变量的BP神经网络预测是可行的,考虑备耕头水地土壤结构变形使得BP预报结果更符合土壤水分入渗实际状况。     

耕作后土壤水分入渗参数BP预报模型

根据黄土高原区耕作后土壤水分入渗资料所建立的基于Kostiakov三参数经验模型公式的BP神经网络预报模型,对土壤水分入渗参数进行预测。预测结果表明:利用土壤基本理化参数耕作层(0~20 cm)土壤含水率及其密度、砂粒含量、粉粒含量、有机质含量预报入渗模型参数具有可行性。入渗模型参数入渗指数α、入渗系数k的平均相对误差约为1%;稳渗率f_0的平均相对误差约为8%,在可接受范围内;90 min累计入渗量I_(90)的平均相对误差小于3%。模型整体预测精度较高,实现了利用土壤基本理化参数预报土壤水分入渗参数,可为黄土高原区耕作后土壤的灌水技术参数的确定提供理论与技术支撑。     

土石山区山坡降雨入渗产流模型

在分析土石山区下垫面特性的基础上,引入碎石体积比例系数量化土壤中碎石对入渗的影响,并考虑山坡基岩凹凸面及封闭裂隙储留,构建了一种包括植被截留、洼地储留、土壤入渗、壤中流、基岩凹凸面及封闭裂隙储留等计算模块的土石山区山坡降雨入渗产流模型;采用径流小区天然降雨产汇流试验对模型进行验证,并与现有山坡降雨入渗产流模型的模拟结果进行了对比分析。结果表明:与现有模型相比,构建的入渗产流模型可以较好地模拟地表径流强度和土壤入渗率,实测值与模型模拟值较为吻合;暴雨期土壤入渗率的模拟值远小于实测值,可能原因在于该模型忽略了碎石与土壤的直接接触面间可能形成的水流快速通道,未考虑土石山区山坡土壤层和基岩层中可能存在的优先流,模型尚需进一步完善和改进。     

间歇入渗影响因素的大田试验研究

间歇灌是一种新的地面节水灌溉技术。本文以141组大田连续及间歇单点入渗试验资料为依据,针对陕西关中地区中壤质地土壤,分析了土壤初始含水量、土壤结构及灌水参数等因素对间歇入渗减渗效果的影响。结果表明,土壤初始含水量的大小主要影响入渗过程的初始阶段,对减渗效果影响甚微;随着表土容重增大,减渗率减小;灌水参数对减渗效果有不同程度的影响,其中循环率影响最大。     

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。     

植被恢复改变黄土高原产流模式问题初探

产流模式是研究所有水文及其相关学科问题之基。植被有效恢复深刻地改变了黄土高原土壤水文性质,进而影响地表产流模式,是黄河水沙变化归因分析中亟待研究的新问题。在有限时期内,地质地貌相对稳定,地表产流模式可以表征为降雨及水文下垫面的函数。植被恢复能增加冠层截留及地表糙率等,随植被恢复年限增加,土壤容重降低,土壤孔隙度和水稳性团聚体含量增加,土壤持水性能和入渗能力提升。通过对典型植被恢复流域河川径流过程分析,发现黄土高原部分地区的产流模式出现了从超渗产流向蓄满产流转变的趋势。植被恢复引起的土壤入渗能力增强、流域蓄水容量增大、调蓄能力增强是导致流域产流模式变化的主要原因。针对黄土高原地区产流模式变化对植被恢复的响应,指出未来应当加强植被恢复对土壤微结构、土壤水文物理特性及对产流模式变化影响的研究。     

土石混合介质碎石性质对土壤入渗和产流过程影响

为了研究土石介质中碎石性质对土壤入渗和产流过程的影响,本试验采用室内土柱试验,分析了两种不同岩性碎石(片麻岩和石灰岩)分别在碎石质量比例(土石介质比例)为15%、45%、65%和90%的条件下,对土壤入渗和产流的影响,并用Philip模型和Horton模型进行了拟合分析。其结果如下:(1)在同一种岩石,相同时间内,土壤累积入渗量随碎石含量的增多而减小,产流量随碎石含量的增多而增加;(2)在相同碎石比例条件下,相同时间内,片麻岩的累计入渗量大于石灰岩,而产流量小于石灰岩;(3)Philip模型、Horton模型均可拟合土石介质土壤累计入渗量随时间变化关系,稳定入渗率A(if)随碎石含量呈减小趋势,土壤吸渗率S随碎石含量呈减小趋势,而初始入渗率ii呈增加趋势。     

间接地下滴灌导水装置规格参数模型

本文根据灌水过程中水量平衡原理为间接地下滴灌建立了导水装置规格(直径,高度)参数模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性等参数对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头钻孔积水入渗试验与Philip模型的应用,研究了不同导水装置规格类型对三维土壤渗吸率S和土壤入渗率A的影响。基于三维土壤入渗率A等于稳定入渗量QS的假定,定量化了导水装置规格模型中的土壤水力特性参数。通过大田间接地下滴灌试验,验证了模型的可行性。结果表明,Philip模型可用于描述三维恒定水头钻孔积水入渗过程,但在土壤类型一定时,三维入渗中的土壤渗吸率S和土壤入渗率A还与导水装置总的透水面积有关。该模型设计的导水装置规格能满足间接地下滴灌灌水过程中水分不外溢的要求。间接地下滴灌灌水过程中变化的渗透面积和恒定水头钻孔积水入渗过程中恒定的渗透面积之间差异的存在,是模型误差产生的主要来源。     

地下水埋深对冻融土壤水分入渗特性影响的试验研究

本文基于冻融期间大田测坑不同地下水埋深条件下，自然冻结土壤水分入渗试验，分析讨论了地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力、相对稳渗率的影响和冻融期间土壤入渗能力的变化特点。结果表明：地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响十分明显；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大；冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻融期间地下水埋深小的土壤的入渗能力始终小于地下水埋深大的土壤的入渗能力。地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力的影响通过其对地表土壤含水量的影响而实现。研究结果对于指导季节性冻土地区冬、春灌溉合理灌水技术参数的确定具有实际意义     

地表层状土壤透水性能的试验研究

以禹城综合试验站典型农田地块为研究对象,测得102 m×52 m面积内地表层与犁底层两个层面不同水平位置的土壤稳渗率f c与入渗经验指数α。结果表明:地表层土壤的透水性能较犁底层土壤透水性能好;两个层面土壤稳渗率f c与入渗经验指数α具有较大的空间变异性,并服从对数正态分布;土壤入渗参数在一定范围内存在着空间相关现象,具有明显的方向性,且稳渗率的各向异性较显著。     

基于改进BP神经网络的水分入渗参数预测模型

基于晋北盐碱地土壤水分原位入渗试验,建立了容量为150组的盐碱地Philip入渗模型参数样本,借助MATLAB软件,分别构建基于最值归一化法、联合归一化法的BP神经网络预测模型,其中模型的输入变量为土壤基本理化参数,输出变量为Philip入渗模型参数吸渗率S和稳渗率A,由两模型的预测结果发现,预测误差均小于6%,在建模误差允许范围之内,所建模型可靠;对比模型预报结果发现,联合归一化法处理过的输入数据更具代表性,且提高了网络收敛速度及预测精度。用实测资料对基于联合归一化法建立的模型进行精度检验,结果表明对入渗参数预测的相对误差均小于10%,模型预报精度较高,可满足实际应用的要求。     

山东省西部引黄灌溉对耕层土壤主要物理性质的影响

黄河足沿岸许多地区农业生产的保证,但引黄灌溉必然涉及泥沙问题.借助于山东省西部引黄灌溉年限不一形成的天然试验场,通过土壤样品采集分析并与第二次土壤普查数据对比,分析了几年到几十年时间尺度上引黄灌溉对土壤物理性质的累积影响.结果表明,引黄灌溉引起了土壤容重的略微增加,孔隙度增加幅度小,出现土壤质地枯化趋势,细小泥沙颗粒入田促进了团聚体形成,但稳定性差.     

黄土丘陵区小流域土壤入渗速率空间变异性

：本文选择黄土丘陵沟壑区的安塞县纸坊沟小流域，利用小型人工模拟降雨入渗试验装置，在全流域按照土地利用方式和地形地貌进行了多点实测土壤入渗速度，根据实测结果将土壤入渗速率分为4级。试验结果表明纸坊沟流域土壤入渗速率具有明显的坡面垂直变异规律，随着坡度的增加，土壤稳渗率减少；阴坡土壤稳渗率高于阳坡，但其初渗率小于阳坡；坡位对稳渗率的影响表现为：由坡上部到坡下部稳渗率逐渐提高。土地利用方式不同，土壤稳渗率也存在较大差异，通过实测6种土地利用方式刺槐林、沟垄耕作糜子地、普通耕作糜子地、坝地南瓜地、小麦地及撂荒地土壤入渗速率，发现刺槐林地土壤入渗速率衰减最慢，其次为沟垄耕作糜子地，最后为陡坡撂荒地。     

高吸水性聚合物γ-聚谷氨酸对砂壤土水分运移的影响

高吸水性聚合物γ-聚谷氨酸（γ-PGA）又名纳豆胶，是一种节水材料和土壤改良剂，目前已被广泛应用于农业生产。采用室内试验和数值模拟相结合的方法，研究了γ-PGA施用量、施用深度和土壤容重对砂壤土水分入渗特性的交互影响。结果表明，累积入渗量随γ-PGA施用量的增加而减小，入渗率随γ-PGA施用量的增加而减小，Philip入渗模型的吸渗率S和入渗率A值均随土壤容重和γ-PGA施用量的增加而降低；土壤中施加γ-PGA后，饱和含水率θs随γ-PGA施用量的增加而递增，θs增幅为3.15%～10.77%，各处理残余含水率θr变幅为0.031～0.033，其变化不显著，进气吸力值α有明显降低，其极差为0.004 6,n值随γ-PGA施用量的增加而降低，其极差为0.13；土壤容重和γ-PGA施用深度对累积入渗量的影响较γ-PGA施用量更明显。     

引黄泥沙对小开河灌区土壤理化性状的影响

对小开河引黄灌区浑水灌溉10年后的土壤理化性状进行了分析,结果表明:引黄泥沙对土壤理化性状有明显的改善作用.土壤颗粒组成发生明显变化,>0.25mm的中粗沙有所减少,0.05～0.25 mm的细沙明显减少,<0.05 mm的黏粒含量明显增加.引黄泥沙使土壤容重减小,土壤结构性与孔隙状况更趋合理.与清水灌溉相比较,土壤有机质、全P、速效N、速效K等含量明显增加,特别是土壤速效K含量明显提高;土壤全N含量没有明显变化;土壤速效P含量有一定程度降低.     

半干旱草原型流域土壤入渗过程及转换函数研究

为了进一步探究半干旱草原砂质草甸地土壤入渗过程与影响因素相互作用的关系,以内蒙古锡林河流域为研究区,在厚栗黄土、草甸沼泽土、草原风沙土、石灰性草甸土、淡黑土等5种土壤类型下设置38个土壤入渗试验点以及62个土壤生态调查点,测定了各点位土壤的粒径、容重、有机质、含水率、地下生物量等理化特征。使用Green-Ampt、Philip、Kostiacov、Horton、Mezencev及USDA-NRCS等6种入渗模型模拟入渗过程,结果显示Horton和USDA-NRCS模型模拟效果最好,Adj-R~2分别为0.975和0.911,并利用模拟效果最好的Horton模型计算稳定入渗率,对土壤入渗特性和入渗影响要素进行了主成分和相关性分析并建立土壤转换函数,在此基础上对整个研究区的土壤稳定入渗率进行了1 km×1 km精度的面尺度拓展。研究表明,半干旱草原型流域的土壤入渗主要受到土壤物理属性与外界环境两种要素的影响,使用相关性显著的影响要素建立的土壤转换函数可以较好地模拟半干旱草原型流域的土壤入渗特征值,在小流域尺度上使用土壤转换函数的预测效果相较入渗模型的面尺度拓展更加精细。