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。     

土壤饱和导水率研究现状分析

土壤饱和导水率是土壤重要的物理性质之一,它是计算土壤剖面中水的通量和设计灌溉、排水系统工程的一个重要土壤参数。系统地介绍了确定土壤饱和导水率的三种方法——按公式计算、实验室测定和田间现场测定,并对其研究现状进行归纳分析,旨在为相关研究提供参考。     

前期土壤含水量对坡面产流产沙起始时间的影响

以水稻土为研究对象,采用室内降雨模拟试验方法,通过控制坡地不同的前期土壤含水量和坡面坡度,研究了3种降雨强度(I1≈0.6 mm/min,I2≈1.2 mm/min和I3≈3.0 mm/min)下水稻土的前期土壤含水量对坡面产流产沙起始时间的影响。结果表明,水稻土的土壤饱和含水量不随坡面坡度的变化而改变,而是维持一个常量;坡面坡度越小,幂函数对于前期土壤含水量与坡面产流产沙起始时间拟合的相关性越显著;前期土壤含水量在36.49%～50.93%时的水稻土最早发生水力侵蚀。研究成果可为湿润半湿润地区的水土资源管理提供基础理论依据。     

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。     

土壤不同含碳量情况下水分特征曲线的拟合及修正

为研究不同土壤含碳量情况下水力特性的变化,采用典型的江西水稻土进行室内水分特性曲线实验。实验采用4种含碳量水平,分别为0%、3%、6%、9%,利用HYPROP与高速离心机联合测定法测定不同含碳量情况下土壤水分特性曲线,并运用V-G模型对实验结果进行拟合分析。结果表明,利用HYPROP系统与高速离心法联合测量土壤水分特征曲线可以实现土壤水分特征曲线的高效准确测定,土壤的饱和含水量随施加生物碳比例的增加呈现先增加后减小的规律,在生物碳比例为6%时,土壤的饱和含水量最大,故土壤中施加生物碳的比例不宜超过6%。通过不同含碳土壤水分特性的对比,得出含碳土壤水力特性参数的修正系数,修正后的公式能够更好地描述含碳土壤的水力特性。     

渗透桶法测定土壤饱和导水率的改进

渗透桶法测定土壤饱和导水率所需仪器少、价格低、操作简单,但工作繁杂、精度不高,为了减少工作量,提高试验精度,基于马氏瓶定水头供水原理,对渗透桶法进行了改进,改进后可明显减小工作强度、提高试验精度,不仅能测定土壤的饱和导水率,还能测定土壤孔隙水的流速.     

基于PTFs的公园绿地'蓄'渗'效果评估——以洛阳市为例

海绵城市,是缓解城市内涝和地下水水位下降的有效举措之一,是新时代城市建设的指导思想,能够提升城市的景观效应,能够改善市民的居住环境。公园绿地作为海绵城市的有效举措之一,其土壤饱和导水率与饱和含水率是衡量公园绿地渗水与储水能力的关键指标,以洛阳城区已建成的若干公园为研究对象,采取表层土壤样品并测定其土壤质地参数,通过PTFs估算得到土壤样品的饱和导水率与饱和含水率,研究结果表明,洛阳城区已建成公园绿地表层土壤饱和导水率数据在1.79×10~(-3)～1.82×10~(-3)cm/s之间,饱和含水率在0.41～0.43cm~3/cm~3之间。     

用三点法测定土壤持水特征的容重

利用离心机法测定了晋城市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。     

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。     

水平土柱入渗法测定土壤导水率

本文提出一种用水平土柱入渗测定土壤水分运动参数——导水率的方法,其原理基于土壤水动力学已有的理论基础,通过测得的土壤吸渗率与作用水头的关系,便可求出土壤的饱和导水率K_s和非饱和导水率K(ψ),本方法概念明确,仪器设备简单,操作方便。     

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律，推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数，获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合，其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率，基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法，将用此方法估计的参数值与理论值进行比较，并进行了模型中参数的敏感性分析，结果表明本研究所求得的参数有较高的精度，为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。     

表层土壤饱和导水率的空间变异对农田水分渗漏的影响

本文将条件模拟方法所得到的表层土壤饱和导水率(Ks)的随机场与土壤水分运动模型相结合，随机地模拟了冬小麦地1999年3月10日～6月10日这一时段的农田水分渗漏情况。总来水量为 353.8mm(灌水量270mm)的情况下，2m土体水分渗漏量最小值为23.73mm，最大值达到了64.73mm，分别占此段灌水量的8.8％和24.0％。另外，比较了实测法、克立格插值法和100次条件模拟得到的水分渗漏量结果，发现条件模拟法与实测法的结果较接近，而克立格插值法具有明显的“平滑效应”，缩小了农田水分渗漏量的范围。这3种方法均反映了表层土壤Ks空间变异对农田水分渗漏的影响，其结果均要好于传统方法。     

基于加权法的砾类土含水率检测

砾类土在工程建设中有着广泛的应用,其含水率是一项非常重要的指标,但现有测试方法耗时较长。以砂砾石料的砾类土为试验对象,基于加权法思想,将饱和面干含水率替代法和虚拟比重法进行结合,开展砾类土含水率快速检测方法的研究,并对现有的饱和面干含水率测定操作进行一定的改进和优化。采用多种数学方法(绝对误差、均方偏差平方和,相关曲线的相关系数和F显著性检验分析法)对加权法和烘干法的结果进行对比分析。通过试验统计数据分析,证实加权法与烘干法的测定结果基本一致。该分析结果为现场土料含水率快速测定提供了一种新的思路和手段。     

一种由土壤剖面含水率估算土壤水力参数的方法

根据瞬时剖面法的基本思想,提出一种利用剖面土壤含水率数据推求土壤水力参数的方法。可依据不同时间和深度的土壤含水率数据,得到土壤剖面不同深度处的土壤水分通量;根据van Genuchten模型描述的土壤负压及非饱和水力传导度与土壤含水率的关系,建立水分通量和土壤水分参数间的关系,并采用非线性最小二乘法估计最优土壤水力参数。文中应用软件HYDRUS-1D模拟12种土壤所得数据和田间尺度试验数据验证了方法的实用性。结果表明,该方法预测精度较高,可以方便地应用于均质土壤水力参数的估算。     

湿润地区土壤水分对降雨的响应模式研究

为了研究湿润地区降雨—土壤水水文过程,在太湖西侧通过野外坡面试验来研究地表和地下剖面上土壤水分对降雨过程的响应模式。结果表明：坡面上土壤含水率受地形和局部微地形影响显著。雨量较大时,土壤含水率过程线呈现两拐点三阶段(上升、平台和退水期);雨量较小时呈现单拐点两阶段(上升和退水期)。上升期受前期土壤含水率和土壤特性影响;平台期土壤含水率接近饱和并对雨强大小略有响应,是产流的主要阶段;退水期开始于降雨停止时,但地势高处对低处的补给会使低处退水期开始时间后延。沿坡度方向土壤含水率对降雨的响应过程整体表现出下部饱和度较高并且先出现饱和带,之后饱和带向上部逐渐扩展。垂向土壤含水率响应分为特征不同的三层。浅层对降雨响应明显,不同深度土壤含水率随时间变化过程线形状与降雨过程线相比有一定的平移和延长;中层同时受降雨入渗和地下水位变动影响;深层主要受地下水位变动控制。浅层有优势流现象出现,受土壤结构影响,并受降雨量大小控制。     

蒸发条件下土壤水分再分布的动力学研究

通过测定和拟合土壤水分特征曲线中的主脱水线和主吸水线，用Mualem滞后模型计算各扫描线的比水容量和导水率，对蒸发条件下土壤水分再分布进行了动力学模拟。研究表明，考虑滞后作用有效地提高了水分再分布的模拟精度，充分显示了水势梯度是土壤水分迁移的动力，而不完全是含水量的差异；土壤水分含量的大小不能体现水分利用的有效性；滞后作用减缓了湿润锋的前进速度和表层的干燥速率，考虑滞后作用数学模型更能反映土壤水分运动的动力学微观特征。