土壤空间变异下田间降雨入渗率的分布特性

本文通过Green-Ampt模型矩形剖面的假定来近似土壤水分运动方程,结合土壤地表饱和导水率的空间分布、降雨强度和历时,将土壤地表分为饱和区和非饱和区,根据各区对应的降雨阶段地表自由入渗状态、自由与积水综合入渗状态以及退水阶段的上边界条件,分别推导出各阶段相应的土壤剖面的降雨入渗率的解析解以及平均降雨入渗量的时空变化过程。研究成果为土壤地表空间变异下降雨、入渗和径流之间的关系以及土壤剖面水流的滞后现象提供具有物理基础的计算方法。

非饱和土壤有压和无压入渗稳定入渗率间的关系研究

基于非饱和土壤有压和无压入渗试验,分析了土壤有压积水入渗与无压入渗相对稳定入渗率之间的数量关系。结果表明,同一土壤质地条件下,非饱和土壤有压积水入渗的相对稳定入渗率随入渗水头的增加而增大,它们之间呈线性关系;土壤水动力学理论和试验数据都证明了土壤有压和无压入渗相对稳定入渗率间存在确定的数量关系。研究结果可为非饱和土渠床渗漏损失水量的数值模型计算提供依据。

黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季变化

运用双环法,探讨了黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季的变化。结果表明:(1)赖草地土壤稳定入渗率在生长季内呈现出"W"型显著的季节变化趋势(P<0.05),紫花苜蓿地土壤稳定入渗率则无显著的生长季变化(P>0.05)。在草地生长季,赖草地土壤稳定入渗率值的变化范围为1.61~4.53 mm·min^(-1),平均值为2.89 mm·min^(-1)。赖草地土壤稳定入渗率最小值出现在抽穗期(1.61 mm·min^(-1)),最大值出现在种子成熟期(4.53 mm·min^(-1))。紫花苜蓿地土壤稳定入渗率值的变化范围为2.12~2.3 mm·min^(-1),平均值为2.23 mm·min^(-1)。紫花苜蓿地土壤稳定入渗率最小值出现在种子成熟初期,在旁枝形成期、开花期和种子成熟末期出现最大值2.3mm·min^(-1)。(2)赖草地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(P<0.05),紫花苜蓿地与裸地则无显著性差异(P>0.05),赖草地的平均土壤稳定入渗率最大(2.89±1.03 mm·min^(-1)),其次是紫花苜蓿地(2.23±0.09 mm·min^(-1));(3)土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度等土壤属性生长季的变化是影响黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季变化的主要因素;(4)利用土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度等参数可以很好地模拟黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季的变化(R2>0.86,NSE>0.86)。

黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化

[目的]揭示黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率季节变化及其影响因素,为黄土高原地区农耕地土壤侵蚀控制、水土保持和有限水资源的有效利用提供理论依据和数据支撑。[方法]运用双环法,以黄土丘陵区典型农作物种植地为研究对象,通过入渗试验对不同作物地土壤稳定入渗率季节变化进行研究。[结果]典型农耕种植地土壤稳定入渗率具有明显季节变化(p<0.05)。不同作物地土壤稳定入渗率的季节变化趋势存在差异。种植3种作物地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(p<0.05)。种植马铃薯地平均土壤稳定入渗率最大,其次是大豆地和谷子地。农事活动、容重、孔隙度和作物根系生长是影响农耕地土壤稳定入渗率季节变化的主要因素。[结论]黄土丘陵区典型农耕地土壤稳定入渗率具有明显的季节变化,该变化主要是由农事活动、容重、土壤孔隙度和作物根系生长等因素所导致。

竖管地表滴灌下风沙土稳定入渗率与湿润体估算模型

为了量化解决竖管地表滴灌过程中滴头流量与竖管结构参数(竖管直径和竖管埋深)、土壤湿润体与植物根系的匹配问题,该研究通过12组竖管内积水(2 cm水头)入渗试验(9组率定,3组验证),测定不同竖管直径(8.8、10.6、12.6、14.2 cm)和竖管埋深(15、20、25 cm)条件下风沙土累积入渗量变化过程,并采用Philip入渗模型拟合。结果表明:竖管直径一定时,稳渗率随埋深的增大而减小,竖管埋深一定时,稳渗率随管径的增大而增大,稳渗率与竖管直径和竖管埋深之间符合幂函数关系(决定系数R2>0.99),幂函数指数分别为2.01和-0.64。利用所建稳定入渗率估算式确定与竖管结构参数相匹配的滴头流量(保证竖管内无积水),设计9组竖管地表滴灌室内试验(7组率定,2组验证),观测不同滴头流量(0.9、1.2、1.5 L/h)、竖管直径(10.6、12.6、14.2 cm)和竖管埋深(15、20、25 cm)条件下风沙土湿润锋运移过程,并进行幂函数拟合,发现滴头流量对垂直向下湿润锋运移距离显著,滴头流量越大,垂直向下湿润锋运移距离越大,而水平方向和垂直向上湿润锋运移距离差异较小;在3个方向上湿润锋运移距离均随竖管直径的增大而减少;随竖管埋深增加,垂直向上和垂直向下湿润锋运移距离均有所减小,但水平方向湿润锋运移距离变化很小。确定了灌溉水到达竖管底孔所需时间计算式,在此基础上,构建了包括滴头流量、竖管直径、竖管埋深和灌水时间在内的竖管地表滴灌湿润体预测模型,验证所建模型的可靠性,平均绝对误差和均方根误差平均值分别为0.74和0.92 cm,纳什效率系数均大于0.91,说明预测效果良好。该研究所建稳定入渗率和湿润体预测模型对于竖管地表滴灌优化设计具有重要意义。

汾河南内环桥—南中环桥河道土壤稳定入渗率变化规律的试验研究

通过分析在汾河南内环桥至南中环桥河道段进行的双环垂直入渗试验和颗粒分析试验,探讨了该河段的土壤稳定入渗速率和土壤颗粒组成之间的变化规律。研究结果表明:在土壤颗粒组成中,土壤水稳性团聚体质量分数和土壤稳定入渗速率的相关性最大。试验结果对于确定二期工程防渗措施设计和工程完成后管理运行有实际的应用价值。

渠床土壤入渗率的空间变异性及合理取样规则

本文根据渠道渗漏损失计算目标的需要和实际条件,将线性地质统计学应用于一维空间,探讨渠床土壤稳定入渗率K_s及Philip数学模型的入渗参数A、S的空间变异性;并将地质统计理论应用于合理采样数目的评估,以补充经典统计理论的某些不足。本文对灌溉工程中一维空间变异性的大比尺应用作了分析研究。至于一维空间点的Kriging最优插值方法与插值条件将另文探讨。

田间入渗率的随机模拟分析

本文应用动态数据处理方法中时间序列的理论,对一田间试验地块稳定入渗率的空间变异性进行了分析研究.试验田块45m×45m,曾用两排不同盐分浓度的水喷灌.垂直于喷灌支管方向田间稳定入渗率变异较大,呈对数正态分布.根据样品自相关函数(SACF),入渗率序列是非平稳的.这一空间序列的非平稳性倾向可用一5次幂函数表示.对残余值随机序列可用一阶自回归和一阶滑动平均(AR(1)MA(1))随机模型拟合. 试验田块由于5年来采用不同的水盐组合灌溉模式,其入渗率在空间的变异性可分析为由三部分组成:用一5次幂函数反映其表土土壤由于用不同水盐组合灌溉模式使土壤性质变异而引起的确定性组成成分、反映土壤结构在空间固有的变异,及由于耕作条件等引起的随机模拟组成部分、和由于量测误差及其他因素所引起的噪音部分. 随机模型估算残余值加上5次幂函数值与实测值比较,结果良好,r^2=0.828.

城市土壤压实对入渗率的影响

市区土壤经过大规模压实降低了入渗率,从而导致雨水径流增加。在弗罗里达州北部城市建筑工地上采用双环法研究了不同压实程度下土壤的入渗特征。结果表明:弗罗里达州中北部不同压实程度土壤的入渗能力差异较大;土壤压实越严重,其土壤密度越大、孔隙度越小,土壤入渗率越小;严重压实的土壤中存在水分入渗的限制层,致使稳定入渗率明显降低;土壤初始入渗率与稳定入渗率的差异较大,两者之间存在显著的线性相关关系。尽管压实和没有压实的入渗率有较大的变化,但建筑活动或压实处理后减少了入渗率的70%～99%。城市土壤入渗率的减小导致地表径流系数以及发生洪涝的几率和强度增大。

渠床土壤二维稳定入渗率实验及渗漏损失计算

本文针对干旱地区、连续供水的大中型灌区渠道效率评估需要,用保角映射原理简化稳定入渗率的实验计算式;在克服渠床土壤空间变异性影响、改进国外的分离式静水套坑法为合一式静水套统、测定二维稳定入渗率实验法,求得一维流稳定入渗率的二维改正系数r;结合理论计算,可简便求得渠道渗漏损失用于输水效率评估。

入渗率对Sr在沙土中迁移的影响

通过柱法实验对不同入渗率下Sr2+在沙土中的迁移行为进行模拟研究,采用惰性示踪剂Br-示踪水流状况,测定不同入渗率下Sr在沙土柱流出液中的浓度曲线,并采用CXTFIT程序计算土柱中Sr的运移随时间的变化趋势。结果表明,数值模拟计算结果与柱实验结果一致,CXTFIT程序可较好模拟核素在土柱中的运移特性;随入渗率的增大,核素迁移速度和弥散系数增大,阻滞系数和有效孔隙度不变。

鲁西北黄泛区农田土壤稳定入渗率空间变异性分析

以中科院禹城综合试验站102 m×52 m空间的农田表层土壤入渗试验为基础,通过对实测数据的统计得到该地块的表层土壤稳定入渗率fc具有较大的空间变异性,并服从对数正态分布。应用变差函数对fc的空间结构进行分析,发现fc的空间结构可用指数变差函数模型进行描述,拟合模型所得到的方差值与试验结果的统计值基本相近,其相关距离为23.98 m;最后利用了Kriging最优内插估值法,绘制了fc的空间等值分布图。

透水及不透水覆盖物对土壤入渗率的影响效果

降雨强度为６１ｍｍ／ｈ情况下，盖度分别为０％、２５％、５０％的透水覆盖物及不透水覆盖物小区的土壤入渗率两两差异显著（Ｐ＜０．０５），并且随着盖度增加，入渗率明显提高，透水覆盖物小区入渗率高于不透水覆盖物小区，覆盖物本身尺寸大小时入渗无明显影响。

降雨强度与稳定入渗率关系的公式化分析

稳定入渗率在设计洪水的计算中起着将一次净雨过程分割为地表净雨过程与地下净雨过程的作用,以前稳定入渗率fc的确定是由i～fc经验关系曲线人工读出的,对工程计算带来诸多不便,该文拟合了某地区i～fc经验关系曲线的一个表达式,并对此表达式与经验关系曲线的符合效果进行分析。

有压入渗条件下土壤结构与相对稳定入渗率间的关系研究

基于不同土壤结构下的有压入渗试验,分析讨论了土壤结构对稳定入渗率的影响及二者间的数量关系。结果表明,有压入渗条件下,土壤结构由疏松变密实,相对稳定入渗率降低,土壤结构与相对稳定入渗率间很好地符合幂函数关系。

土体类型、干密度和初始含水量对土体入渗率影响的试验研究

基于室内一维积水入渗试验结果,分析了土体类型、干密度和初始含水量对土体入渗率的影响.试验结果表明:土体的入渗率随土样中粘性颗粒含量的增加同样逐渐减小;随干密度的增加逐渐减小;当干密度较小时,随初始含水量的增加逐渐增加,当干密度较大时,随初始含水量的增加逐渐减小.

根据土壤入渗率确定草坪灌水量

研究了草坪足球场、高尔夫球场球道和果岭三种不同土壤基质的入渗率,依据入渗速率确定水分运移至草坪根系层深度所需要的适宜灌水量。研究表明:三种草坪基质的初始入渗率都比较大,之后显著下降,与时间呈幂指数关系。足球场、球道和果岭的土壤入渗率分别在前5、3、1.5min急速下降,之后逐渐减小,以此为标准估算三种草坪每周所需灌溉量分别为13.4、41.2和68.6mm。足球场入渗性能较差,灌溉强度不能超过1mm/min;果岭保水性能较差,故适当减少单次灌水量,增加灌溉次数,以免造成水分浪费和养分流失。

露天矿区洪峰流量计算中入渗率μ值选取的探讨

本文提出了用水科院水文所公式计算露天矿区洪峰流量时入渗率μ的选取值，并以攀钢朱矿采区暴雨洪峰流量计算为例加以验证，说明了露天采区这一特殊条件流域的暴雨洪峰流量计算亦可用推理公式进行。

基于Hausdorff分形导数Richards方程的土壤入渗率和水文模型类型

基于Hausdorff(豪斯道夫)分形导数Richards方程,推导了土壤入渗率与时间的关系.该模型仅有两个参数,其中Hausdorff分形导数的阶数α能够表征水分在土壤中扩散环境的力学特征,刻画土壤结构的非均质性质,而土壤孔径分布指标λ决定了不同水文模型的类型.通过两个算例,观察到当Hausdorff导数的分形维α≠1时,入渗率表现出一定的记忆性,即α的值越小,入渗率随时间的变化越慢,记忆性越强;且同时反映出水分入渗的扩散环境愈加偏离经典模型的理想状态.土壤孔径分布指标λ的值越小,土壤水分渗透的速率越慢,该参数是反映土壤渗流特征的一个基本指标.

下凹式绿地稳定入渗率的试验研究

本文通过下凹式绿地进行的双套环以及圆桶土体下渗试验,分析探讨了试验区下凹式绿地的土壤稳定入渗率与土壤质地、土壤含水率的关系。研究表明:下凹式绿地在雨天的下渗可为试验区的雨水利用、涵养地下水资源、清除地表积水、减少农作物的灌溉次数、节约绿地用水量等方面提供一定的技术支撑。