秸秆层施深度对土壤水分入渗 特性的影响

通过室内试验分析了秸秆层施深度对土壤水分入渗特性的影响,结果表明：（1）不同秸秆层施深度的累积入渗量和湿润锋运移距离均小于对照处理,入渗时间越长,减渗效果越明显,随着秸秆层施深度的减小,相同入渗时间的累积入渗量和湿润锋运移距离减小;（2）不同秸秆层施深度下,秸秆层上部土壤含水量比不施秸秆时大,而秸秆层下部土壤含水量比不施秸秆时小;（3）入渗结束时,层施深度越小,其秸秆层上部的土壤含水量越大,而秸秆层下部范围则相反。研究结果可以为秸秆覆盖下农田水分的高效利用提供参考。     

不同矿化度微咸水对土壤入渗特征的影响研究

根据室内微咸水积水入渗土壤水盐运移模拟试验结果，分析了包括淡水在内的6种不同矿化度湿润锋、土壤含水量的变化特征。研究结果表明，微咸水入渗的湿润锋在相同的时间内运移深度更大，或者湿润锋运移到相同的深度时微咸水所用的时间更短。入渗水量与湿润锋呈线性关系，湿润土体的含水量由地表向下逐渐由饱和含水量减少至初始值，水分剖面变化由缓到陡。     

水平一维土壤水分入渗特性分析

本文对土壤非饱和导水率和水分特征曲线分别采用k=ks(hd/h)m和(θ-θr)/(θs-θr)=(hd/h)n的形式，假定水平入渗时土壤传导区内水分运动通量q不随位置x变化，推求了湿润锋与累积入渗量和入渗率间关系、湿润锋随时间变化关系，以及土壤水分分布与湿润锋间关系。并利用实验资料对这些理论关系进行了检验，检验结果表明了理论分析是合理的。     

覆膜方式对沟灌水分入渗影响

通过室内沟灌不同覆膜方式水分入渗试验,分析了相同水平湿润距离下覆膜方式对水分运移分布影响,结果表明：(1)相同入渗时间下不同覆膜方式的累积入渗量大小顺序为不覆膜、沟坡覆膜、沟底覆膜、沟底覆膜+1/2上部沟坡覆膜;(2)入渗初期,相同水平湿润距离下,垂直湿润锋运移距离大小顺序与累积入渗量大小顺序相同;(3)入渗结束时,不同覆膜方式的土壤含水量等值线近似半圆形,不覆膜和沟坡覆膜的土壤含水量等值线分布明显比其他覆膜方式密集,土壤含水量则明显变小。总之,本研究可以为确定合理沟灌方式提供理论依据。     

土壤中NaCl含量对水平一维入渗特性的影响

通过室内试验,分析了土壤中NaCl含量对水平一维入渗的湿润锋、累计入渗量、土壤含水量和土壤Cl-含量的影响。结果表明:不同NaCl含量土壤水平一维入渗的湿润锋和累计入渗量随着入渗时间的延长而增大;相同入渗时间时,土壤NaCl含量越高,湿润锋运移距离、累计入渗量、土壤含水量越小,土壤Cl-含量越大;不同NaCl含量土壤水平一维入渗结束后的土壤含水量和土壤Cl-含量之间存在极显著的相关关系。     

保水剂用量对变水头水分入渗特性影响研究

通过层施保水剂变水头水分入渗试验,研究了保水剂层施用量对水分入渗特性的影响.结果表明:变水头条件下,层施不同保水剂用量的湿润锋运移距离和累计入渗量随着入渗时间的延长而增大,层施保水剂用量越大,湿润锋运移距离运移距离和累计入渗量越小,阻渗作用越强;保水剂大量吸水,保水剂施用范围附近土壤含水率明显增大,成为土壤储水的“水库”.     

脱硫石膏施用量对滨海盐碱土水分运移的影响

通过室内土柱试验,研究了5种脱硫石膏质量掺加比(0、5%、10%、15%和20%)对滨海盐碱土水分入渗能力的影响,结果表明:掺加不同比例石膏均可提高土壤入渗能力,较高的石膏掺加比对土壤湿润锋和累计入渗量的促进作用下降;5%石膏掺加比可明显促进盐碱土中水分运移;360 min时掺加5%脱硫石膏盐碱土的湿润锋运移深度是原状盐碱土的近2倍;湿润锋运移距离和时间呈幂函数关系,累计入渗量与时间的关系符合Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型;适量掺加脱硫石膏可提高土壤入渗能力,对改善滨海盐碱土中的水分运移状态效果显著。     

考虑成层土阻水减渗效应的地表水入渗过程分析模型

为完善地表水入渗过程分析的理论方法,抓住从高吸力土入渗到低吸力土,入渗会有停滞和入渗速率降低的特点,考虑湿润锋附近土体的非饱和特性,将土壤中水分运移划分为上层土入渗阶段、滞水入渗阶段和下层土入渗阶段,推导了可反映成层土入渗中阻水减渗作用的地表水入渗模型。通过与已有试验结果和现有同类型模型的对比分析,对模型参数进行敏感性分析。结果表明：本文模型比较准确地描述了层状土入渗中的滞水和减渗现象,更好地反映了入渗机理。当湿润锋行进发生停滞时,假设入渗速率呈线性下降是符合实际情况的。不同的土体性质对入渗有不同的影响：下层低吸力土的种类、埋深及积水深度对入渗特性有较大的影响;土体初始含水量仅对入渗时间影响较大;湿润锋过渡区占比对滞水作用有较大影响。     

重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究

为了研究非饱和黄土的浸水入渗规律,开展了重塑黄土的浸水入渗模型试验,分析了浸水过程中不同位置的体积含水率变化及湿润锋面发展过程,研究了入渗水分在水平和径向的发展变化规律,并通过考虑空气压力的Green-Ampt模型计算得到不同时间的入渗深度,与实测值进行对比分析。研究表明:不同测点的体积含水率变化趋势基本一致,都会经历稳定-快速增长-到达峰值-快速减小-再次增长-维持稳定6个阶段;浸水入渗过程受入渗深度、渗流路径、沿程黏滞阻力和空气压力的共同影响,入渗深度越深、距离中心轴位置越远、湿润锋发展越滞后,入渗速率越小。深度从0 cm增加至100 cm时,入渗速率从14.93 cm/h减小至1.67 cm/h。对不同位置的竖向入渗速率与入渗深度的关系进行拟合发现:竖向入渗速率与入渗深度呈二次方关系,且拟合度达到0.9以上;径向水分运移是该深度水分径向扩散和上部水分竖向入渗综合作用的结果,故相比于竖向入渗较快;模型计算结果中湿润锋面发展趋势与实测竖向入渗情况一致,但入渗后期的入渗深度计算值比实测偏大。研究结果可为黄土地基浸水入渗研究提供参考。     

黄土中Green-Ampt入渗模型的改进与验证

本文根据黄土积水入渗的土壤水分剖面变化特征，仅将饱和层与传导层统一视为饱和区，而将非饱和湿润层的含水量变化视为施加于饱和区的吸力势，从而在具有“活塞模型”之称的GreenAmpt入渗模型基础上，推导得出了适用于黄土区的积水入渗模型。该模型不仅可计算累积入渗量及湿润锋深度，而且还可估算出土壤水分剖面分布状况。经甘肃秦王川地区实测资料的检验，表明模型具有较好的吻合性。     

基于降雨入渗全过程的非饱和湿润峰模型

对降雨入渗过程进行研究有助于充分发挥土壤的蓄水能力,减缓城市管网的泄洪压力。为更真实地反映入渗过程中土壤的含水率分布情况,将降雨入渗过程进行分段,确定各阶段土壤含水率分布函数,提出了修正的非饱和湿润峰模型。同时,结合达西定律,引入土体非饱和参数,得到均匀土体在不同降雨强度下,土壤含水率、浸润深度和累计入渗量随时间变化的曲线。结果显示,入渗过程中土壤表层含水率和浸润深度随时间呈非线性变化。对于高强度降雨,当表层土壤饱和后,开始出现积水。累计入渗量最终取决于土壤的饱和渗透性质,降雨强度对其影响有限。分别将4种土质土体的计算结果与有限元法得到的结果进行对比,两者相对偏差均小于5%。     

考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型及边坡稳定性分析

降雨入渗是诱发滑坡的关键因素,研究斜坡降雨入渗规律对于滑坡的预测与防范具有重要意义。传统的Green-Ampt模型及改进的Green-Ampt模型均假定入渗过程为均匀饱和入渗,忽略了入渗过程中湿润锋锋面上方非饱和区的存在。针对这一不足,首先,基于达西定律分析斜坡内基质吸力的分布规律;然后,结合非饱和土VG模型得到了斜坡内湿润区含水量沿深度变化的函数关系;最后,基于改进的Green-Ampt模型推导了考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型,并将其引入到无限斜坡稳定性分析当中。研究结果表明:与数值解和现有模型相比,考虑土体非饱和特性的降雨入渗模型能更加准确地反映降雨入渗的过程,基于改进模型计算的稳定性系数较好地揭示了恒定降雨强度下斜坡稳定性的变化规律,证明了该方法的正确性和适用性。     

坡面降雨和坡脚浸泡对土坡影响的模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳破坏的重要因素,为研究降雨条件下土质边坡的滑动破坏规律,为了便于制模和坡土位移的PIV观测,开展了无黏性土降雨滑坡的模型试验,利用体积含水率传感器测试了降雨条件下坡土不同位置处含水率的变化特征,利用PIV技术研究了边坡渐进变形破坏的发展过程,分析了变形场特征,并进一步研究了长时间降雨坡脚浸泡导致的破坏规律。结果表明:持续降雨入渗条件下坡土体积含水率依次可分为初始平稳期、上升期和最终稳定期三个阶段,坡脚土体的积水会导致边坡进一步滑移破坏。边坡破坏模式为渐进式滑移变形破坏;根据边坡速度场和位移场随厚度分布特征,可将坡土从下往上分为稳定层、剪切层和随动层。     

膜孔肥液多向交汇入渗湿润体特性 试验研究

通过室内膜孔肥液多向交汇入渗试验,研究了肥液入渗下湿润锋的运移特性,建立了湿润锋运移距离与入渗时间的经验模型。试验显示,交汇界面处的垂直湿润锋运移速率大于膜孔中心处垂直湿润锋运移速率;膜孔多向交汇入渗交汇界面的湿润锋形状近似于半椭圆型,并建立了湿润锋形状的纵剖面方程,研究了湿润体内土壤含水率的分布规律。研究成果可为进一步进行膜孔灌溉技术研究提供参考。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布的影响

为了研究入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布特性的影响,通过室内注射灌入渗模拟试验,测定了不同入渗水头下注射灌的累积入渗量、湿润锋运移距离和土壤剖面的含水率。研究表明:注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,入渗水头越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。土壤湿润锋近似为圆心在出水口偏下的半圆形,湿润锋随时间延长运移速度变缓。在出水口下方土壤湿润范围比出水口上方大,土壤含水率也较大。入渗水头越大,相同入渗时间的土壤湿润范围越大,相同位置的土壤含水率越高。本研究结果丰富了注射灌理论,为入渗水头的选择提供参考。     

重塑非饱和黄土中水-气两相运移规律研究

黄土区水分入渗的实质是水、气两相运移共同作用。长时间强降水影响下,水分入渗更易在远离边坡的土层底部形成封闭条件,而在靠近边坡区域形成开放条件。为深入剖析黄土中水-气运移规律,分别在封闭和开放条件下进行了重塑土柱试验,并统计分析了土柱内实测的含水率和气压数据。结果表明:在开放和封闭条件下,湿润锋运移速度初始时最大;体积含水率均为先增大后减小,封闭条件下含水率减小后趋于稳定,而开放条件下含水率仍存在小幅波动;开放条件下气压差先增大后减小,最后在0附近振荡,而封闭条件下浅层气压差波动上升,深层气压差振荡后减小趋于稳定。因此,在滑坡治理过程中应同时考虑水、气两相共同的影响,制定更为全面、高效的防治措施。     

基于降雨染色示踪试验的大孔隙流特性研究

实际边坡土体内部存在大孔隙等优势通道,坡体内的水分运动常表现出优势流特性。为探究降雨作用下天然边坡土体内大孔隙的发育特征及优势流的空间响应规律,开展原状土柱的降雨染色示踪试验。通过染色信息标定水分浸润面积,根据“水分浸润面积比”这一参数评价土柱内部不同大孔隙的发育特征对优势流发展及水分入渗通量的影响。研究结果表明:原状土柱中优势通道的发育程度与空间变异性较强,优势通道类型以大孔隙为主,连通性与开启程度好的大孔隙,优势流快速通过,与周围基质交换能力弱,可快速多量地补给地下水;分布不规则、方向各异的大孔隙,优势流现象被削弱,与基质交换能力强,但随深度逐渐减弱;个别死端大孔隙,滞留水分较多,增强了与周围基质的水分交换能力,对优势流的运移作用不大。染色评价结果与土柱实测水分通量所得规律完全一致,准确揭示了原状土中大孔隙流的典型空间分布特征。     

不同微润管埋深土壤水分入渗特性及对小白菜根系生长的影响

为探明微润灌条件下微润管不同埋深对土壤水分入渗及作物根系生长的影响,分别开展了室内土箱入渗试验和室外大棚小白菜种植试验,设置了3个不同埋深处理:T1(埋深10 cm)、T2(埋深15 cm)、T3(埋深20 cm),室内入渗试验考察不同微润管埋深对土壤水分累计入渗量、土壤湿润锋运移的影响,室外试验考察不同微润管埋深对小白菜主根长、主根直径、根体积、大于2 mm的一级侧根数等根系指标的影响。室内试验结果表明:3个处理单位长度微润管的累计入渗量都随着时间延长呈线性增加趋势,T2入渗速率最大,T3最小,T1、T2分别比T3大43.48%、67.55%;各埋深处理水平方向上的湿润锋向右运移规律和向左相同,T1、T2扩散速率要远大于T3,且T1T2;在湿润锋向上运移到达地表之前,各埋深处理湿润锋垂直向上和向下运移规律基本相同,重力作用影响不明显,扩散速率均为T1T2T3;湿润锋形状变化过程方面,T1由上下方向长度较大的椭圆逐渐过渡到水平方向长度较大的椭圆,T2为上下方向长度大于水平方向长度的椭圆,T3先为水平方向长度大于上下方向长度的椭圆,然后逐渐过渡到上下方向长度大于水平方向长度的椭圆。室外大棚试验结果表明:除主根长指标外,其余根系指标微润管各埋深处理均好于地面漫灌,且微润管埋深15cm时对小白菜根系发育最有利。研究成果可以为相关生产实践提供支持。