PAM对土壤物理性质影响的试验研究

通过对试验资料的分析，阐述了高分子聚合材料ＰＡＭ对土壤物理性质的影响，包括对改良土壤结构，增强土壤水稳性和渗透性及其提高土壤抗蚀性的作用等。     

PAM对坡地降雨径流入渗和水力侵蚀的影响研究

通过野外沙壤土坡地人工降雨产流试验,研究了地表施用高分子聚合物PAM Polyacrylamide)对降雨径流量、径流含沙量、一次降雨土壤侵蚀总量等的影响。通过对试验结果的分析,建立了表面施用PAM用量对径流、土壤侵蚀影响规律的数学模型。对于所试验的洪积沙质壤土,PAM用量0.5g·m-2时,可以提高土壤的入渗率,减少径流量;PAM用量3g·m-2时,可明显降低土壤入渗率,增加坡地径流量。用量在1g·m-2时,PAM对土壤入渗率影响的效果不稳定,该用量是PAM对土壤入渗率影响的一个拐点或非稳定点。利用PAM调节土壤入渗率存在一个最佳值(最大入渗速率),对应的PAM用量为提高土壤入渗率的最佳用量,对于所试验的洪积沙壤土来说为1.0g·m-2左右。PAM的使用方法和用量对减小土壤入渗率也存在一个阈值,对于试验土壤此值在2.0g·m-2左右。不同用量PAM都能降低坡地径流的径流含沙率;当PAM用量较大时(2g·m-2),也能显著地降低一次降雨径流的挟沙总量。     

PAM对土壤入渗量和抗侵蚀能力的影响

通过试验模拟,研究了关于土壤中施加不同分子量聚丙烯酰胺（PAM）对土壤抗侵蚀能力的影响。试验结果表明PAM可以有效地增加土壤入渗率。分子量500万PAM对增加土壤入渗率效果更明显。但随着时间的推移,分子量500万PAM处理过的土壤的抗侵蚀能力减弱,而分子量由1200万PAM处理过的土壤抗侵蚀能力变化不大。PAM可以有效减少土壤侵蚀量。     

PAM和PG对土壤入渗及坡面产沙的调控效应

近年来对PAM等高分子材料阻控侵蚀产沙功能的研究日益得到重视,其对丰富水土流失治理基础理论和促进水土保持技术发展具有重要意义。基于野外人工模拟降雨试验,研究了高分子材料PAM和PG对黄土丘陵沟壑区土壤入渗、坡面产沙的调控效应。研究结果表明：在5°、10°、15°黄土坡面上施用PAM、PG可以提高土壤入渗率并缩短达到相对稳渗的时间、减少坡面产沙量,即对入渗、产沙过程均有一定的调节作用;在施用PAM和PG的各种处理中,PAM施用量为2 g/m²的增渗效果最为明显,PAM施用量为2 g/m²和PG施用量为200 g/m²的减沙效果较明显,但在5°和15°坡面上PG施用量为200 g/m²时反而降低了土壤入渗率,这一现象值得进一步研究;施用PAM、PG后没有改变土壤入渗率随降雨历时的变化规律和产沙量对径流量增加的响应规律,土壤入渗率与降雨历时呈二次多项式关系,产沙量随径流量增加呈幂函数增加。     

影响土壤入渗的因素分析

对于同一种土壤,土壤的入渗特性是土壤本身固定属性,决定着雨水转换为土壤水的速度。因此,了解和掌握降雨入渗规律,研究不同土壤降雨入渗的各种参数,不但对研究水量转换起到重要作用,而且对农业灌溉也有很好的借鉴作用。     

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。     

灌水对麦田水分状况及耗水量的影响

在小麦生长季降水量为101.1 mm的情况下,进行了不同灌水处理的麦田各土层不同生育期的含水率变化和小麦耗水特性试验研究。结果表明:小麦越冬期主要消耗浅层水,灌越冬水对0~60 cm土层含水率影响显著;返青期消耗土壤水量较少;拔节期0~100 cm土层是主要供水层;抽穗期灌水更有利于提高土壤水分;灌浆成熟期对深层土壤水分的利用量较大。     

引黄灌区泥沙还田对土壤理化性质及土壤风蚀的影响

黄河水含沙量大,引黄灌区在引用黄河水的同时会引入泥沙,引沙引水矛盾突出。为了解决泥沙淤积问题,将泥沙“变废为宝”进行资源化利用,该文对河道清淤泥沙还田处理进行了研究,通过大田试验和室内风蚀试验相结合的方式,得出以下结论：泥沙还田对0～40 cm土层含水率有提高效果,而对40～80 cm土层含水率无影响;泥沙还田降低了土壤起动风速,随着还田量的增大起动风速减小,C3(掺沙2 000 kg/亩)起动风速为4.8 m/s,较CK降低了14.5%。风速为12 m/s时,各掺沙处理土壤风蚀量均大于CK处理,风蚀量从大到小依次为C3>C2>C1>CK,C1、C2、C3风蚀量分别较CK增大了6.5%、11.0%、96.8%。随着坡度的变化,各处理风蚀量随坡度呈现升高-降低-升高的变化趋势。     

季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型

以土壤水动力学、冻土物理学、统计学等理论为基础,研究新疆典型干旱区细土平原与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同深度土层在冻结期、融化期的水热变化特征,探明研究区冻融土壤的水分入渗规律及影响因素,以期建立季节性冻融土壤入渗参数的多元线性预报模型。结果表明:土壤冻结融化过程中,深层土壤的液态含水率在冻融过程中基本不随环境温度升降发生变化,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本保持一致;冻结期相比融化期在初期短时间内渗入水量较大,达到稳定入渗所需要的时间较短;从冻结期到融化期,随着土壤中冻结水含量减少,未冻水含量增加,土壤的饱和导水率随之变大;土壤入渗能力主要与环境温度、土壤温度、土壤含水率等因素有关,并得出研究区冻融土壤的入渗能力预报模型。     

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%。     

土壤侵蚀与地表坡度关系研究

本文阐述了坡度影响土壤侵蚀机理，并对土壤侵蚀临界坡度进行了初步探讨，分析其存在的原因，指出临界坡度与土壤内在性质、植被、泥沙粒径、降雨特性、入渗等因素有关，并不是一个常数。最后结合小区径流场试验资料分析了坡度对土壤侵蚀的影响。     

降雨入渗与蒸发过程中非饱和土边坡土体吸力

讨论了非饱和土边坡在入渗、蒸发条件下的三类边界条件表达形式.将公路填方和挖方路基边坡作为典型算例,研究了入渗、蒸发交替作用下非饱和土边坡内吸力的变化.指出非饱和土边坡近坡面土体吸力主要受入渗、蒸发条件控制,而深层土体吸力主要受重力及地下水条件控制.     

膨胀土渠坡降雨入渗现场试验研究

探讨了降雨入渗对膨胀土渠坡稳定的影响.研究表明,膨胀土的裂隙是控制膨胀土渠坡稳定的重要因素,降雨是诱发滑坡的直接原因.同时,还证明了降雨对膨胀土具有一定的影响范围.     

含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳的重要因素,为此开展了含砾量分别为10%,20%和40%的含砾土坡的坡面降雨和坡脚浸泡的模型试验。利用体积含水率和吸力传感器测试了含砾土坡的水土特性,观测了边坡湿润锋的发展过程,利用PIV技术研究了边坡的位移变形过程;通过控制坡脚水位及坡顶后续加载研究了坡脚浸泡作用下土坡的沉降变形规律。试验结果表明:降雨条件下,含砾量越高,土坡坡面侵蚀发育越缓慢,边坡的细粒土越容易达到完全饱和状态;坡土饱和后,含砾量10%的土坡主要以坡面侵蚀和变形为主,不易发生整体破坏,含砾量20%和40%的坡土均发生了整体滑移破坏。坡脚浸泡过程中,含砾量越高,边坡变形量越小,在水位下降过程中基质吸力恢复越快,在浸水过程中边坡吸力丧失范围越小。在坡脚浸泡及后续坡顶加载作用下,含砾量10%的土坡会产生较大变形,含砾量20%的土坡最容易发生破坏,含砾量40%的土坡稳定性良好。     

土体初始饱和度对降雨入渗的影响

基于水、气两相流理论,采用有限单元法计算了壤土在不同饱和度下的降雨入渗过程,以研究初始饱和度变化对降雨入渗的影响。数值模拟结果表明:降雨入渗初期孔隙气压会逐渐增大,入渗强度会因孔隙气的顶托作用逐渐减小并最终趋于稳定。稳定后的降雨入渗强度主要取决于土体基质吸力和渗透特性,与土体初始饱和度大小直接相关;入渗强度存在最大、最小值,最大值通常会出现在初始饱和度为0或1时,而最小值所对应的饱和度与土体非饱和特性有关;受土体基质吸力和水、气渗透性的双重影响,入渗强度会先随饱和度的增大而逐渐减小,当降至最小值后,入渗强度又会随饱和度的增大而增大。根据计算结果,提出了一个可计算相对稳定入渗强度的公式。     

红壤坡地不同类型梯田的水土保持效应

应用江西省水土保持生态科技园红壤坡地不同类型梯田小区的观测资料,对不同类型梯田的水土保持效应和柑橘生长情况进行分析。分析结果表明:梯壁植草能大大提高梯田的蓄水保土效益和柑橘产量。从蓄水效益来看,采取“前埂后沟+梯壁植草”方式的水平梯田与外斜式梯田相比,其蓄水效益提高81.4%;从保土效益来看,采取“前埂后沟+梯壁植草”方式的水平梯田与梯壁不植草的对照水平梯田相比,其保土效益提高98.2%;从柑橘产量来看,外斜式梯田与采取标准方式的梯田相比,其产量提高45%;不同类型梯田水土流失量与柑橘产量不一致,这表明作物产量不仅与水土流失量有关,而且与农业技术措施关系密切。     

粗糙度对坡面侵蚀及泥沙分选性影响试验研究

为进一步揭示土壤侵蚀的内在规律,以某一试验小区为例,通过模拟不同地表粗糙度,分析了不同雨强条件下的坡面侵蚀产沙及泥沙颗粒粒径变化特征。结果表明:相同雨强和降雨历时下,粗糙度对坡面径流率、水流功率、径流含沙量和产沙率有显著影响;侵蚀泥沙的搬运形式与雨强和粗糙度均有关,而不同泥沙颗粒搬运方式是引起不同粗糙度坡面侵蚀产沙分异的重要原因。因此,坡面侵蚀产沙模型中应综合考虑地表粗糙度和泥沙粒径信息。研究成果可为水土保持规划设计和水土保持措施优化配置提供一定依据。     

南方红壤区马尾松林下水土流失与降雨量关系研究

为了更好地研究马尾松林水土流失规律,从水土流失主要控制因子——降雨因子出发,通过对红壤侵蚀区不同林下配置模式马尾松林径流试验小区2009—2011年的产流、产沙与降雨量的关系研究。得到如下结论：①各小区的产流量和产沙量均与降雨量呈显著性相关,回归模型主要以一元二次回归最优,个别小区以幂函数和对数函数最优,其中以马尾松地表裸露小区模拟方程可决系数最大;②各雨型在同一郁闭度条件下,除去郁闭度为0％的小区外,各小区基本满足乔＋地表裸露〉乔＋百喜草〉乔＋胡枝子,伴随着降雨量的增加,各小区的径流系数总体上呈增加的趋势,尤其在暴雨和大暴雨以上的雨型更加明显;③产沙方面,各雨型条件下,除去郁闭度为O％的小区和个别郁闭度为24％的小区外,基本上满足乔＋地表裸露〉乔＋胡枝子〉乔＋百喜草。     

Stability analysis of unsaturated soil slope during rainfall infiltration using coupled liquid-gas-solid three-phase model

Generally, most soil slope failures are induced by rainfall infiltration, a process that involves interactions between the liquid phase, gas phase,and solid skeleton in an unsaturated soil slope. In this study, a loosely coupled liquid-gas-solid three-phase model, linking two numerical codes,TOUGH2/EOS3, which is used for water-air two-phase flow analysis, and FLAC~(3D), which is used for mechanical analysis, was established. The model was validated through a documented water drainage experiment over a sandy column and a comparison of the results with measured data and simulated results from other researchers. The proposed model was used to investigate the features of water-air two-phase flow and stress fields in an unsaturated soil slope during rainfall infiltration. The slope stability analysis was then performed based on the simulated water-air two-phase seepage and stress fields on a given slip surface. The results show that the safety factor for the given slip surface decreases first, then increases, and later decreases until the rainfall stops. Subsequently, a sudden rise occurs. After that, the safety factor decreases continually and reaches its lowest value, and then increases slowly to a steady value. The lowest value does not occur when the rainfall stops, indicating a delayed effect of the safety factor. The variations of the safety factor for the given slip surface are therefore caused by a combination of pore-air pressure, matric suction, normal stress, and net normal stress.