土壤空气压力影响下的非饱和入渗格林-安姆特模型

利用自制的入渗仪测定了土壤入渗过程中被禁锢的土壤空气压力大小及变化以研究禁锢土壤空气压力对非饱和土壤入渗水流的阻碍作用。通过自由入渗与恒定土壤空气压力入渗试验结果对比得出，研究入渗问题必须考虑禁锢土壤空气压力的影响作用。本文利用自由入渗试验、恒定土壤空气压力入渗试验和土壤水力性能试验结果，给出了禁锢土壤空气压力影响下的格林-安姆特模型。     

用垂直入渗法推求Gardner-Russo模型参数

通过室内垂直入渗试验研究了3种不同质地土壤的垂直一维水分入渗特性,并基于Gardner模型表征的非饱和土壤导水率和Gardner-Russo模型表征的土壤水分特征曲线形式,结合非饱和土壤水动力学方程,推导了土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率和湿润锋之间的理论关系。在此基础上推求了Gardner-Russo模型中的参数,利用试验数据对模型中参数进行了敏感性分析。结果表明,该方法所求得的参数具有较高的精度,这为土壤水分运动参数求解提供了一种简单而准确的方法。     

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。     

极端干旱区小城镇绿地土壤水分入渗性能研究——以阿拉尔市为例

为进一步促进阿拉尔生态城市建设和保证城市可持续发展,以阿拉尔市绿地土壤为研究对象,选取校园、市政、居民区、道路绿化带4个功能区绿地土壤,用环刀法测定土壤水分入渗过程并做了模型拟合和分析。结果表明:4个功能区绿地土壤水分入渗性能存在明显差异,稳定入渗率为道路绿化带绿地(0.31 cm/min)校园绿地(0.05 cm/min)市政绿地(0.02 cm/min)居民区绿地(0.01 cm/min);应用常用的入渗模型进行了拟合,通用模型及Kostiakov模型能较好地描述4个功能区的绿地土壤入渗特征,Philip模型在本区的适用性最差。研究结果为阿拉尔市绿地土壤的管理提供一定依据。     

备耕头水地土壤水分入渗参数非线性预报模型

以山西黄土高原区备耕头水地水分入渗试验为依据,考虑灌水过程中表层土壤结构的变形特性,建立了Kostiakov三参数累计入渗量模型参数与土壤理化参数间的非线性关系模型。研究表明:常规土壤理化参数(土壤含水率、密度、黏粒含量、粉粒含量、沙粒含量和有机质含量)作为备耕头水地土壤入渗参数非线性预报模型的输入变量是合理的,所建立的非线性关系模型可靠,土壤入渗参数预测值相对误差可控制在10%以内;考虑到灌水过程中表层土壤结构由疏松变密实,对表层土壤结构进行修正能更加真实地反映备耕土壤水分的入渗过程,更加精准地对入渗模型的参数作出预报。     

大同北部地区土壤水分入渗过程预报模型研究

以山西省大同北部地区的大量田间入渗试验为基础,选择常规土壤物理量作为预测自变量,应用多元线性回归模型预测大田土壤入渗能力及其入渗模型参数,同时研究基于上述预测结果的土壤水分入渗过程的模拟方法。     

供水压力对地下点源水分入渗过程的影响研究

根据大田地埋地下滴灌毛管单孔入渗试验资料,分析了供水压力对水分入渗过程以及入渗模型参数的影响.研究结果表明,供水压力对地下点源入渗过程具有明显的影响,累积入渗量随供水压力的增大而增加,压力势是影响土壤中水分运动的主导势,其相对稳定入渗率与供水压力所产生的压力势梯度直接相关;供水压力与考斯加可夫人渗模型人渗系数有一定的相关关系,而与入渗指数相关性差.研究成果对土壤水分运动理论的研究和地下滴灌灌水技术参数的确定具有一定的参考价值.     

波涌畦灌实用入渗模型及参数确定方法

通过对大田土壤间歇入渗过程的分析，提出了单阶段双参数Ｋｏｓｔｉａｋｏｖ实用波涌灌入渗模型。模型以第一周期入渗开始时刻为计时起点，以累积入渗时间变量，其参数可由连续入渗资料及一定量的间歇入渗资料确定拟合结果表明，模型精度较高。     

灌水次数对土壤入渗影响的试验分析

利用野外双环入渗仪和TST-70室内土壤入渗仪进行入渗试验,分析室内以1.35 g/cm3容重装土与田间翻耕地在0、1和2次灌水后的土壤入渗过程,研究Kostiakov入渗模型中各参数随着灌水次数的变化及田间与室内试验中入渗参数的差异性。结果表明:灌水和室内装土试验均使经验指数α有了一定程度的增大。同时,灌水和装土试验的Kostiakov入渗模型中第一个单位时间内平均渗吸速度i0较田间未灌水都有了明显的减小,经验指数α取值范围较有关资料中所给值小。4种处理中,一次灌水和室内装土试验的累积入渗量与时间双对数关系拟合很好,室内试验的误差分析值最小。因此,在利用Kostiakov入渗模型确定灌水技术参数时,应该考虑适用条件以及灌溉情况。     

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。     

膨胀性土壤降雨入渗产流模型

膨胀性土壤吸水会发生膨胀变形,这对降雨入渗产流过程有显著影响。本文以Green-Ampt模型为基础,提出了考虑土壤膨胀性的非稳定降雨入渗产流模型(GJGAM)。为量化土壤膨胀性对降雨入渗产流过程的影响,文章引入了考虑土壤膨胀性的土壤饱和导水系数及饱和含水量,并提出了两参数的计算方法。同时,应用GJGAM和传统的不考虑土壤膨胀性模型(TGAM)分别模拟了径流强度和土壤累计入渗量的室内试验过程,并与试验观测值进行了对比分析。结果表明:利用GJGAM模拟得到的土壤累计入渗量和径流强度与其实测结果吻合良好,而TGAM模拟得到的土壤累计入渗量大于实测值,而径流强度小于实测值。     

考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗模型

基于室内试验资料,建立了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的Green-Ampt模型(Modified Green-Ampt Model,MGAM),其包括非稳定降雨条件下土壤积水入渗过程和非积水入渗过程、湿润锋运移过程、积水入渗状态和非积水入渗状态相互转化过程。为了量化空气阻力作用影响程度,引入了饱和度系数Sa,并提出饱和度系数计算方法。同时应用MGAM和传统的Green-Ampt模型(Tranditional Green-Ampt Model,TGAM)模拟了径流强度、土壤累计入渗量和土壤剖面含水量,并和实测值进行了对比分析。结果表明:MGAM模型模拟的土壤累计入渗量、土壤含水量和径流强度均与实测结果吻合良好,而TGAM模型模拟土壤累计入渗量、剖面含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。     

基于MATLAB App Designer的非饱和土壤入渗数值仿真实验研究

土壤入渗是自然界水分转化的主要过程.文中在分析现有土壤入渗实验教学的不足的基础上,采用数值仿真的方法,建立了非饱和土壤入渗模型,采用MATLAB App Designer开发了非饱和土壤仿真软件.实现了不同条件下土壤入渗过程数值仿真,可有效补充室内试验的不足,使学生全面理解非饱和土壤入渗过程.     

冻融条件下田间入渗特性分析

非饱和土壤的水分入渗特性一直为农田水利学、土壤物理学、水资源评价与管理及其水文地质学等学者重视，冻土的入渗特性在水资源评价与管理和农田水利工程中尤其有着特殊的重要性，它是各种冬春灌溉灌水方法中确定灌水技术的参数的主要依据。本文以大量大田非冻土、冻土系列入渗试验为依据，揭示冻土入渗率、入渗量随时间的变化过程及其规律。     

土壤水分入渗研究评述

土壤水分入渗是一个复杂的过程,受到很多因素,诸如土壤物理参数、温度、湿度的影响。目前,对土壤水分入渗的研究主要集中在对各种描述该过程的入渗模型参数的研究方面,同时,土壤水分入渗过程与土壤物理参数、温度等的关系研究也取得了很大进展。这些理论研究为指导人们从事与土壤水分入渗有关的实践活动,比如地面灌溉、盐碱地改良等提供了技     

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%。     

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。     

空气阻力影响下的分层土壤非稳定降雨入渗产流模型

降雨或灌溉期内,土壤内的空气很难及时全部排出。禁锢在土壤中的空气产生的压力阻碍了土壤水分入渗。针对空气阻力对土壤入渗过程的影响,对Green-Ampt模型进行了改进,提出了非稳定降雨条件下考虑空气阻力作用的分层土壤降雨入渗产流模型(MGAM)。模型中,引入了饱和度系数(Sa)量化入渗水分剖面滞留空气影响下的实际导水系数和实际含水量,引入进水值(hwb)和进气值(hab)量化湿润锋处实际负压水头,并提出由土壤物理性质估算饱和度系数(Sa)、进水值(hwb)和进气值(hab)的参数化方案。为了验证模型适用性,采用MGAM模型模拟分析了室内开展的空气限制条件下的分层土壤非稳定降雨一维入渗产流试验观测成果,包括土壤水分分布特征、土壤累计入渗量和径流强度,并将模型模拟值与试验观测值,以及传统不考虑空气阻力TGAM模型(Traditional Green-Ampt Model)模拟值进行了对比分析,结果表明MGAM模型模拟的土壤累计入渗量、土壤含水量和径流强度均与实测结果吻合良好,而TGAM模型模拟土壤累计入渗量、土壤含水量均大于实测值,而径流强度小于实测值。     

盐碱荒地土壤入渗参数的多元非线性预报模型

为给盐碱荒地改良提供技术支撑,以原生盐碱荒地土壤为研究对象,进行了大田原位系列入渗试验,获取了累计入渗量与入渗历时对应关系的试验资料,依据Kostiakov入渗模型,构建了入渗模型参数与同步土壤理化参数的样本集。利用土壤传输函数法,建立了以土壤基本理化参数为输入变量的Kostiakov二参数入渗模型参数k和α的多元非线性预报模型。结果表明:以土壤含水率、干容重、黏粒含量、粉粒含量、有机质含量、含盐量为输入变量对入渗系数k进行多元非线性预报和以土壤含水率、干容重、黏粒含量、有机质含量、含盐量为输入变量对入渗指数α进行多元非线性预报是可行的,两参数预报模型的相对误差平均值分别为5.5%和8.3%。     

施用EN-1 固化剂后土壤入渗能力评价模型研究

本文以0～30cm和30～100cm土层的填土和黄绵土为供试土壤,研究了EN-1固化剂的施用对土壤入渗能力、土壤结构、土壤持水能力和土壤酸度的影响.以表征土壤结构、土壤持水能力和土壤酸度的指标作为土壤入渗能力评价指标,利用逐步回归分析法,建立了经固化剂处理后的土壤入渗能力评价模型.研究结果表明,EN-1固化剂对土壤物理和化学性质的影响程度与固化剂掺量、土壤类型和土壤的取土层次有关.在评价土壤入渗能力的模型中,除大于0.25mm的毛管饱和水稳性团聚体含量和滞留含水量是共有指标外,其它指标的选取随土壤类型和取土层次的不同而改变.