入渗水头对盐碱土水分运移影响数值模拟研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,对不同水头作用下湿润锋、累积入渗量和时间变化特征实验数据进行分析模拟。研究结果表明,不同水头条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,提出了考虑入渗水头和土壤容重条件下湿润锋的推进距离和入渗时间的关系式;累积入渗量与时间的幂函数关系中系数A与土壤容重和入渗水头的影响较小,而指数B随着入渗水头的增加而呈线性增加的趋势,随土壤容重的增加呈降低趋势。     

恒定水头井入渗Green-Ampt 模型的改进与验证

在假定恒定水头井入渗近似为以井内积水表面积为入渗面的一维入渗基础上,用湿润体内平均体积含水率增量代替Green-Ampt活塞模型中的饱和含水率与初始含水率差值。用入渗率和累积入渗量倒数的线性关系间接推求Green-Ampt模型中的参数,用湿润锋平均基质吸力和土壤饱和导水率。从而建立了适用于恒定水头井入渗的Green-Ampt模型。同时根据体积等效原理,定义了三维入渗中难以直接测定的概化湿润锋深度。经3种类型土壤的室内试验检验,表明该模型具有较好的精度,能精确地计算不同累积入渗量时的湿润体体积。     

降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟

为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的稳定性,运用饱和—非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和—非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡稳定性的影响。分析结果表明:土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。由于降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大,因而土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。     

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.     

利用土壤水吸力自动灌溉节水技术研究

为研究自动灌溉的取水动力,利用试验装置模拟了土壤湿润体的一个纵剖面,研究了土壤水吸力及土壤水入渗的变化特征。结果表明:随着水头高差由1 cm变为0、再变为-2 cm,相同时间内的出水量越来越小,湿润体体积也越来越小,随着入渗时间的延长,入渗率逐渐减小,最终趋于一个稳定值;土壤湿润体类似于椭球体的一部分,长半轴在垂直方向,短半轴在水平方向;相同入渗时间内,湿润体的体积依次为1 cm正压灌溉、无压灌溉、-2 cm负压灌溉。     

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。     

沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征试验

为探讨沼液中全氮在非饱和均质土壤中的吸附特征,在室内恒温条件下,对非饱和均质土柱采用一维沼液吸附试验,测定不同沼液浓度、土壤密度及沼液入渗水头条件下渗出液电导率及全氮含量,并应用对流弥散溶质运移模型和CXTFIT2.0软件对试验数据进行拟合,得到了不同试验方案下的全氮平均孔隙水流速和水动力弥散度。试验结果表明:不同试验方案下较大密度土壤的渗出液电导率峰值点均小于较小密度土壤的峰值点;峰值点后渗出液的电导率与峰值点差值随沼液浓度的增大而增大;相同土壤密度及入渗水头条件下,随沼液浓度的增大,吸附曲线逐渐向右偏移,全氮运移吸附转折点对应时间及被截获在土柱中的全氮量增加,而吸附转折点渗出液相对浓度、平均孔隙水流速及水动力弥散度均减小;相同沼液浓度及土壤密度条件下,随入渗水头增大,土壤对全氮吸附达到饱和所需时间减少,平均孔隙水流速及水动力弥散度增大;相同沼液浓度及入渗水头条件下,随土壤密度的增大,全氮吸附转折点对应时间增长,水动力弥散度增大,而平均孔隙水流速减小。     

水泥潜入水头对基质阻渗作用的影响研究

基于不同水头条件下水泥颗粒潜入河床基质的模拟入渗试验,分析了不同水头条件下水泥潜入河床基质对其入渗能力的影响和不同水泥潜入量对基质入渗能力的影响,结果表明:水泥潜入水头和潜入量对基质阻渗能力都有较大影响,且水泥潜入水头和潜入量越大,基质的阻渗作用越明显;不同水泥潜入量对基质孔隙率和孔隙状况的影响不同,潜入量越大孔隙率越小,水力传导能力越低,但这个过程是有限的;相同水泥潜入量下,供水前期入渗率迅速减小,后期入渗率逐步趋于稳定,但稳定时间随水泥潜入水头的增大而缩短;水泥的潜入水头对基质入渗能力的影响略大于水泥潜入量对基质入渗能力的影响。     

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。     

不同入渗水头作用下一维垂直入渗特性分析

通过对5cm～60cm压力水头作用下一维垂直入渗特性进行试验研究,得出入渗水头对于入渗系数、入渗指数、累积入渗量以及湿润锋推进距离都有不同程度的影响,并对实验结果进行了分析,得出其影响是由于入渗水头增大引起入渗界面压力势增大和土壤结构变化、容重增大、孔隙率减少并最终导致导水率减少二者综合作用的结果的结论。这些结论为蓄水坑灌法的进一步研究提供了重要理论依据。     

厦门海绵化改造区入渗性能测定及特征

为探究厦门海绵城市改造完成区的入渗性能,利用Guelph入渗仪法测量了两条海绵道路及一个海绵小区的土壤饱和导水率,对比分析了5 cm单水头、10 cm单水头、单水头均值及双水头法所测得土壤饱和导水率的差异,并与传统城市建设区进行了对比分析。结果表明:设有生态多孔纤维棉的新顺路绿化带入渗性能最好,采用一般转输型植草沟的新景路绿化带次之,而设有隔水顶板、地下为停车场的洋塘居住区B13绿地入渗性最差。不同测量方法的结果对比显示,5 cm单水头法计算所得的土壤饱和导水率标准差最小,双水头法的土壤饱和导水率标准差最大;在厦门进行土壤入渗试验时,推荐采用5 cm单水头法计算土壤饱和导水率。     

变水头入渗条件下VG模型参数变化对土壤入渗的影响

为了探究变水头入渗条件下van Genuchten模型各参数对不同质地土壤入渗特性的影响,基于HYDRUS-1D模型,采用局部分析法对不同土壤质地不同输出变量下VG模型各参数的敏感性进行分析。结果表明:各参数对压力水头的影响均随土壤质地变细而减小,且同质地土壤各参数敏感性在降雨结束时达到最大,之后随时间增加而减小;同一参数的正负扰动对累积入渗量的影响程度基本相同;n、K_s、θ_s对压力水头和累积入渗量的影响较大;VG模型各参数对不同质地土壤湿润锋运移距离的影响差异较大,各参数敏感性大小排序为:θ_sK_sαnθ_r(砂壤土)、αθ_sK_sθ_rn(壤土)、nαθ_rθ_sK_s(黏壤土)。边界条件是VG模型参数敏感性的重要影响因素之一。因此在模型应用时,应注意边界条件的选择以及参数θ_s、α、n、K_s的准确性。     

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。     

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。     

初始含水率及容重对农业壤土 入渗特性的影响研究

为了解初始含水率及容重对农业壤土入渗特性的影响作用,采用室内土柱模拟入渗试验,分别设置了3种初始含水率T1 (3.9%, 1.375g/cm3)、 T2 (8.5%, 1.375g/cm3)、 T3 (19.3%, 1.375g/cm3)和3种土壤容重T4(19.3%, 1.296g/cm3)、 T5 (19.3%, 1.296g/cm3)、 T6 (19.3%, 1.436g/cm3)进行试验。结果表明:(1)初始含水率越小,壤土的入渗速率及累积入渗量越大,入渗速率(I)随时间(t)呈幂函数变化。3种含水率处理下的稳定入渗速率、累积入渗量均表现为T1 T2 T3。(2)容重大小与壤土入渗密切相关,容重越小,土壤颗粒间隙越大,土壤导水能力越强。3种容重处理下初始入渗速率、稳定入渗速率及累积入渗量表现为T4 T5T6。(3)通过Kostiakov模型、 Philip模型和Horton模型对试验结果进行拟合分析, Horton模型的拟合结果优于其他两种模型。     

土壤持水特征测定中的容重变化及其确定方法

利用离心机法测定了黄土高原6种典型质地土壤的吸力、容重和重量含水量三者的关系，分析了土壤持水特征测定中的容重变化特征；借用土壤水分特征曲线幂函数模型和土壤收缩特征线性模型获得容重与吸力间幂函数关系，并利用试验资料进行检验；提出了确定土壤持水特征测定中容重变化的三点法，该方法所获得土壤水分特征曲线与实测结果极为吻合，精度较高。     

融雪水入渗规律分析及模拟

为了掌握融雪水的入渗规律,本文以黑龙江省伊春市带岭区为试验区,通过试验数据分析了融雪期融雪水的入渗过程和土壤累积入渗量随入渗时间的变化规律,利用模型对入渗率与时间进行模拟。结果表明:大气温度对土壤表层湿度影响较大,对下层土壤影响较小。融雪初期冰层对融雪水入渗起到一定的阻碍作用,随着温度的升高引起累积入渗量的增加。乘幂回归对入渗率的模拟精度最高,确定性系数达0.97以上,且乘幂回归的形式符合Kostiakov下渗公式。     

黄土坡耕地弃耕后土壤入渗变化规律及影响因素

黄土高原的土壤侵蚀十分严重,退耕还林是我国在黄土高原推行的水土保持政策。研究弃耕前后土壤入渗的差异,不仅可以为黄土高原实施退耕提供理论指导,同时还可以为退化土壤的修复提供理论依据。本文通过人工模拟降雨,研究了坡耕地弃耕后不同年限的土壤初始入渗的变化规律,分别采用四种处理方法(保留地上草被,除去地上草被,除去结皮,翻耕)对弃耕地进行处理,得出初始入渗过程中,弃耕地入渗能力随年限逐渐恢复;撂荒一、两年的弃耕地受结皮减渗作用影响大;随着弃耕时间的增长,生物结皮减渗作用开始小于地上草被的增渗作用;撂荒12年时,结皮和地上草被都开始起到增渗作用。     

黄土高原水源涵养林截蓄降雨研究进展

黄土高原地区水源涵养林建设对生态环境及水文循环过程产生了深刻的影响,有关学者对此开展了大量研究工作并取得了丰富的成果,但缺少系统的总结和归纳。为了给黄土高原地区水源涵养林建设提供技术参考,从林冠层的截留能力、枯枝落叶层的截持能力和林地土壤的持水能力3个方面,对黄土高原地区水源涵养林截留和拦蓄降雨研究的有关文献及成果进行了系统整理。林冠层对降雨的截留是降雨在数量和空间上的第一次分配,本质是植被叶面吸附降水,截留量和截留率受降雨量、降雨强度、降雨历时等气象因子和树种组成、林龄、郁闭度等林分特征的影响,林冠层截留量占降水量的5%～10%,截留的水量从叶面蒸发,无法被植物利用;林地枯落物层对降雨的截留是对到达地面的降雨进行第二次分配,其主要影响因素是枯落物累积量和微生物对枯落物的分解情况,保护好枯枝落叶层对于水土保持、涵养水源和水分循环等生态功能具有重要意义;林地土壤层能够贮存70%～80%的降水量,可有效涵养水源,是对降水的第三次分配,影响林地土壤持水性能的主要因素是土壤孔隙度和黏粒含量,不同林分类型的土壤孔隙度、土壤持水能力差异明显,混交林能有效截留降水并提高林地土壤的入渗率和入渗量。目前,对黄土高原水源涵养林拦蓄降雨的定性研究较多,定量研究还不够深入,尤其是土壤水分的量化指标还不够全面,这是需要深化研究的重要内容之一;此外,如何保持水源涵养林土壤水分的动态平衡也是需要研究的重要内容。     

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。