蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的。该文通过室内试验,对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势;入渗水头对入渗指数也有一定的影响,但其变化范围较小。这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值。

不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性研究

根据室内浑水膜孔灌自由入渗试验资料,对比分析了浑水与清水膜孔灌自由入渗的区别,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性及浑水膜孔灌自由入渗与浑水垂直一维入渗之间的关系;建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、单位膜孔面积侧渗量模型和湿润锋运移模型。结果表明,浑水膜孔灌自由入渗随着膜孔直径的增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量和单位膜孔面积侧渗量逐渐减小;不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量的入渗系数K和入渗指数α都随着膜孔直径的增大而减小,单位膜孔面积侧渗量的入渗系数Kc随着膜孔直径的增大而减小,侧渗量入渗指数αc随着膜孔直径的增大而增大;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。

入渗水头对盐碱土水盐运移影响的试验研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,分析了不同水头作用下湿润峰、累积入渗量、土壤含水量、电导率及Cl-浓度的变化特征。研究结果表明,不同水头条件下湿润峰和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,影响顺序为10 cm>5.0 cm>2.5 cm;在脱盐区不同入渗水头土柱剖面的土壤含水量、电导率及Cl-浓度分布基本一致,而在盐分累积区,随着入渗水头的增加积盐深度减小,无论是入渗结束时还是再分布15 h,不同入渗水头脱盐效果有明显差异,表现为2.5 cm>5.0 cm>10 cm;随着入渗水头的增大,脱盐区深度略有增加,入渗结束时装土容重1.35、1.45 g/cm3的入渗脱盐深度与湿润峰的比分别为0.682和0.690,再分布条件下的比分别为0.619和0.632,在不同入渗水头作用下,再分布过程土壤的水盐运移比入渗过程缓慢。

保水剂混施用量对沙质土壤水分垂直入渗特性的影响

为了探明保水剂在不同混施用量下对沙质土壤水分入渗性能及变化过程的影响,通过室内积水入渗试验,比较分析了保水剂作用下土壤水分的入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明:混施保水剂不同程度上减小了沙质土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施用量越多,入渗率的降低程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。试验中,保水剂混施用量为0.75%和1.00%时,表层土壤含水率急剧增加;同时,由于保水剂较大的阻止入渗作用,使得8-14cm土层土壤含水率较低。混施用量0.5%时,8-14cm土层具有较高的土壤含水率。

咸淡水间歇组合灌溉对盐碱耕地土壤水盐运移特性的影响

为探明土壤水盐在咸淡水间歇组合灌溉条件下的运移情况,采用室内一维垂直积水入渗试验,以全淡水和微咸水直接灌溉作为对照,设置了四种间歇时间,分别为0、30、60、120 min,三种咸淡水组合比例,分别为2∶1、1∶1、1∶2,进行咸淡水间歇组合灌溉。结果表明:在同一入渗时间,间歇组合灌溉的累积入渗量大于淡水灌溉,与微咸水直接灌溉差异较小;累积入渗量(I)与湿润锋运移深度(Zf)的决定系数R2均大于0.99,I和Zf呈良好的线性关系;间歇组合灌溉的土壤含水率、灌水均匀度均远远大于淡水灌溉,但间歇组合灌溉的灌水均匀度随着淡水所占灌水定额比例的增加而减小;在5~45 cm作物根系密集区,土壤整体脱盐,但间歇组合灌溉土壤脱盐率显著高于微咸水直接灌溉,与淡水灌溉差异较小;不同间歇时间、组合比例对土壤脱盐率的影响均达到显著性水平。

土工织物垂直渗透特性的研究进展

对比了国内外现行的土工织物垂直渗透试验测试标准及参数取值方法,总结了测试过程中的影响和控制因素,包括试验用水条件、试样饱和程度及仪器结构设计等方面的研究现状,分析了垂向压力、拉伸应变及覆土情况对土工织物垂直渗透特性的影响及相关研究成果,并对仪器改进、数据处理的规范化及试验工况与实际应用工况的一致性等方面提出了研究展望。

基于地上可视湿润距离的地表滴灌入渗深度估算模式研究

地表最大湿润距离R(t)和垂向最大入渗深度H(t)是地表滴灌系统设计的基础,由于垂向最大入渗深度H(t)不易观测,因此如何合理地确定H(t)是滴灌应用中需要解决的关键问题之一。对烟台棕壤土地表点源、线源入渗进行了室内试验研究,提出了基于地表水平湿润距离的地表滴灌垂向湿润锋的估算模式。模拟值和实测值的对比表明,本模式的估算精度较高,入渗过程中的最大相对误差不到5%。

负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性研究

通过室内模拟试验研究了3种土壤在不同负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性,并基于Brooks-Corey模型,结合非饱和土壤水动力学方程,推导分析了负水头条件下土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率、湿润锋以及入渗时间之间的理论关系,并利用入渗试验资料检验了这些变量关系。同时,验证了Philip入渗公式在负水头条件下的适用性。研究结果表明:这些理论关系可以很好地描述负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性。

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。

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。

温度对点源入渗影响的实验研究

模拟膜下滴灌技术,进行了不同温度下的点源入渗实验,分析温度对土壤湿润体形状、水平湿润半径、垂直湿润深度以及湿润体含水量的影响.结果表明:湿润体近似为半椭球体,随着入渗时间的延长,湿润体不断增大;温度越高,湿润半径和深度越大,而土体平均含水量越小.

高速公路某古滑坡复活成因分析及三维立体截排水系统处治技术

深汕高速公路西段原K101边坡为一古滑坡体,先后采用了抗滑桩明洞等永久支护方案和设置截排水沟、仰斜排水孔等排水措施,但在2001、2008年度持续强降雨期间仍观测到有滑移变形,期间滑动面受到地下水的浸泡是边坡变形的关键因素,2012年尝试采取"竖向集水渗管+渗井+水平排水隧洞"为主的三维立体截排水系统进行滑坡处治,成功在滑坡区内暗挖成洞成孔截排水,工后监测表明该系统能有效截排地下水,显著降低地下水位,从而保持了边坡稳定,可为类似滑坡治理工程提供参考。

土壤质地和供水压力对竖插式微润管入渗的影响

为探明土壤类型和压力水头2个因素对竖插式微润管入渗的交互影响,采用3种土壤(红壤土、砂壤土和砂土)和3个水头(1.0,1.5,2.0 m),探究竖插式微润管的入渗速率、累计入渗量、湿润体体积及湿润体含水率分布特征.研究发现:竖插式微润管不同时间的入渗速率符合Horton修正模型;累计入渗量为灌水时间的2次函数;土壤湿润体随水头的升高而增大,形状为下部略大而上部略小的梨形.水头较低时湿润体增长速率变化平缓;入渗开始后4-6 h内湿润体增长速率达到极大值,变化过程服从对数正态分布.土壤类型对土壤含水率大小影响显著,而水头对土壤含水率大小的影响较小;红壤土和砂壤土湿润体内含水率分布均匀度高于砂土.研究结果可为微润灌溉的合理应用提供理论依据和实践参考.

土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm3时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P<0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响,通过室内一维垂直入渗试验,以清水入渗为对照,设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%),研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响,分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型,建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小,而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大;入渗初期(0~20 min)的落淤层厚度较小,入渗中期(20~130 min)的落淤层厚度增加较快,而其厚度增加速率逐渐变小,入渗后期的落淤层厚度稳定增加;随着浑水含沙率的增大,滞留现象越明显,落淤层细颗粒相对含量越少,粗颗粒相对含量越多;滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多,其物理性黏粒含量显著高于原土壤,特别是在入渗深度为0~1 cm处。

压实黄土水分入渗规律及渗透性试验研究

为了研究压实黄土中的水分垂直入渗规律和非饱和渗透系数函数,在实验室内利用一维土柱垂直入渗模型试验装置,对两组压实黄土土柱试样分别进行了常水头入渗和降雨入渗试验。得到主要结论如下:(1)常水头入渗试验中,累积入渗量和湿润锋前进距离都随入渗时间呈幂函数形式增长,累积入渗量和湿润锋前进距离之间存在线性关系。入渗率在入渗初期最大,之后随入渗时间而快速降低,并在土柱试样底部出水以后达到稳定,且与湿润锋前进距离呈反比关系。(2)降雨入渗试验中,得到两组试样入渗过程中土-水特征曲线数据,分别用van Genuchten模型和Fredlund-Xing模型对两组试样进行了特征曲线拟合。并利用瞬时剖面法处理了入渗过程中水分和水势传感器的监测数据,得到两组试样的非饱和渗透系数,并拟合得到非饱和渗透系数与体积含水率之间的指数函数关系式。同时,采用van Genuchten和Fredlund等渗透系数模型分别对两组试样的非饱和渗透系数进行预测,通过对比模型预测结果和瞬时剖面法实测值,发现van Genuchten渗透系数模型预测结果更接近实测值。

基于灰色关联法土壤水分垂直入渗影响因素研究

土壤水分入渗过程中主要受压力水头、土壤初始含水率、土壤容重、颗粒级配影响。基于一维垂直土柱积水入渗试验研究这些因素对入渗能力影响的主次关系,利用Green-Ampt与Philip入渗模型得到相应土壤入渗特性参数,采用灰色关联分析法研究4个因素对累积入渗量、饱和导水率、稳定入渗率、湿润锋面吸力、吸渗率的影响程度。结果表明:压力水头、土壤初始含水率、土壤容重、颗粒级配对累积入渗量、入渗率及Green-Ampt与Philip模型中物理参数有显著影响,各处理中饱和导水率与稳定入渗率间误差较小,吸渗率拟合值与利用湿润锋面吸力所得吸渗率计算值间相似程度较高,决定系数R^2大于0.85;灰色关联分析结果表明,颗粒级配关联度均值r4最高为0.9463,土壤容重、初始含水率其次,压力水头影响程度最小(r1=0.5629)。总而言之,颗粒级配对土壤入渗特性影响起主导作用,该研究成果可为农业灌溉及水资源管理提供理论支撑。

竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。

充分供水条件下垂直线源灌入渗模型简化研究

为了定量预测和分析充分供水条件下垂直线源灌土壤入渗特性,基于HYDRUS-2D模型,设置了144种模拟情景,模拟得到了9种土壤在不同线源直径和线源长度条件下的累积入渗量。采用Philip入渗公式对模拟数据进行拟合,从而获得吸渗率和稳渗率。在此基础上,研究了吸渗率和稳渗率与灌溉参数间的关系,建立了考虑线源渗水面积和饱和导水率的充分供水垂直线源灌土壤累积入渗量简化计算模型。最后,利用试验数据验证了简化入渗模型的准确性。结果表明:同一土质的吸渗率与稳渗率均随线源渗水面积的增大而增大,且吸渗率与线源渗水面积符合线性函数关系,稳渗率与线源渗水面积符合幂函数关系。土壤累积入渗量的简化计算模型的统计指标E_(MAE)与E_(RMSE)分别介于1.57~2.05 L与2.38~2.88 L之间,E_(NSE)≥0.92,计算值与实测值一致性较好,简化计算模型预测效果较好,可初步实现仅通过饱和导水率K s这个物理参数来预测充分供水垂直线源灌的入渗量。

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明:(1)降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2)不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3)在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4)非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。