吉林西部降水入渗模拟中有关参数转换及确定

降水入渗模拟可以客观地反映随环境条件和人类活动影响下的水循环变化,SWAT可较好地实现对降水入渗过程的模拟,但该模型应用过程中,由于其自带数据库采用美国制,与我国土壤普查所采用的卡钦斯基制或国际制存在一定差异,导致模型本身自带的数据库不能直接使用。针对以上问题,就土壤数据库建立过程中的质地转换和土壤饱和含水率(Ks)的计算进行探讨。应用三次样条法对土壤质地进行了转换,并采用SPAW软件计算Ks值。结果表明将三次样条法应用于吉林西部土壤质地转换效果较为合理,而且通过SPAW计算Ks值大大减少了工作量,提高了工作效率。

考虑水分再分布的沟灌入渗模拟与春小麦垄作沟灌合理垄宽

垄作沟灌技术具有显著的节水增产作用，但在春小麦种植中应用尚缺乏参数设计方面的理论支撑。本研究采用粉砂质粘壤土与粘土两种典型土壤实测水分运动参数和 HYDRUS 软件，模拟了梯形灌水沟不同垄宽情况下的土壤水分运动和停水后水分再分布，研究了不同灌水量时湿润锋推进过程和水分再分布后的湿润体变化，分析了设计灌水定额下适宜作物生长湿润体范围，提出了粉砂质粘壤土和粘土宜采用的合理垄宽为20～50 cm 和20～35 cm ，这一结果为干旱区春小麦垄作沟灌技术推广提供了技术支撑。

垄作沟灌水分入渗模拟与灌水沟断面优化

以石羊河流域民勤地区为例,采用典型土壤实测土壤水分运动参数,应用Hydrus软件模拟不同沟型、不同垄宽条件下沟灌土壤水分运动,并研究了湿润锋推进过程,建立了沟灌土壤水分二维入渗模型,分析了灌水均匀度。结果表明:沟形相同条件下,竖向湿润锋的推进距离与沟底宽及水深呈正相关关系;水平湿润锋的推进距离由沟中水位决定;沟灌累计入渗量由灌水沟湿周的大小决定,入渗初期符合幂函数形式,入渗后期符合线性形式;同种土壤在沟深与水深相同时,V型沟横向灌水均匀度高于梯形沟,且水位越高均匀度越高。

波涌灌间歇供水土壤水分入渗机理的数值模拟

通过间歇供水土壤水分入渗过程的动态模拟，探讨了间歇供水的入渗机理，提出了描述波涌灌效果的指标──—后续供水入渗速度的折减系数。利用计算机模拟试验的方法研究了灌水技术参数对土壤水分入渗特征参数的影响，给出了各供水段土壤水分入渗特征参数的求解方法，为田面行水流动模拟时入渗过程的描述提供了参数依据。

陕北黄土坡地枣园降雨入渗产流试验与模拟

【目的】对陕北榆林黄土坡地枣园的降雨入渗、产流进行试验与模拟研究,为陕北坡地枣园雨水的高效利用提供指导。【方法】在陕北枣园径流小区,利用人工降雨试验,开展不同降雨强度(0.8,1.0,1.3mm/min)和不同初始土壤含水率(0.08,0.15,0.24cm3/cm3)条件下的降雨、入渗产流试验,运用Richards入渗方程结合水量平衡方程对人工降雨的入渗、产流过程进行模拟。【结果】土壤含水率相同条件下,降雨强度越大产流时刻越早,入渗达到稳定的时间越短,累积入渗量和径流量越大;降雨强度相同条件下,土壤初始含水率越大,产流越快,平均入渗率越小,趋于稳定入渗的时间越短,累积产流量也越大。模拟值与实测值相比,累积入渗量相对误差小于3%,平方根误差小于0.3mm;累积径流量平均误差≤12.5%,平方根误差小于0.4mm。模拟产流起始时刻普遍滞后于实测产流时刻,滞后时间最少为0.8min,最多为2.55min,其原因与坡面饱和导水率的空间变异性及降雨的不均匀性有关。【结论】采用Richards入渗方程并结合水量平衡方程模拟黄土坡地径流小区的降雨入渗、产流过程,结果合理可靠,且比较符合实际,但产流起始时间的模拟还需进一步探索。

HYDRUS-1D/2D在土壤水分入渗过程模拟中的应用

介绍了HYDRUS-1D/2D软件的特点及其组成,并以古尔班通古特沙漠融雪水入渗过程为例,基于各项土壤物理特征参数,应用该软件模拟了沙漠垄间及垄顶距树干不同距离处的土壤含水量随入渗时间的变化过程,并以实测数据进行验证,模拟效果良好。总结了模型应用步骤、该软件的优点。

保水剂对土壤的物理性质与水分入渗的动态影响

保水剂在农业上的应用对于缓解干旱具有重要的意义,但其应用后会发生降解而最终失去保水作用,因此了解其在降解过程中引起的土壤物理性质的动态变化及水分运动的机理,是其能否正确应用的关键,本试验以保水剂在农业应用中的典型用量为基础,研究了保水剂对土壤的物理性质动态影响及一维土壤水分。结果表明,保水剂施入土壤后其性能不断衰减是导致土壤物理性质不断变化的最根本原因;土壤中施用保水剂后土壤的质量饱和含水率明显增加,饱和导水率降低,但随着保水剂性能的逐渐衰减,饱和含水率呈现下降趋势,饱和导水率呈现上升趋势;施入保水剂后土壤的扩散率是一个曲面,并且随着保水剂自身性能的衰减,呈现逐渐扩展的趋势;施用保水剂后土壤入渗的湿润锋前进速度下降,这主要是由于施用保水剂土壤的饱和含水量增加和保水剂膨胀堵塞土壤孔隙造成的;通过对施用保水剂土壤的扩散率和导水率的分时段研究,最终建立施用保水剂土壤的一维水分运动方程5 H5t=55z D(H,T)5 H5z-5K(H,T)5z,试验证明其可行,且精度在允许的范围内。

岩溶槽谷区不同土地利用方式土壤入渗规律研究

在保持原状土条件下,采用张力入渗仪(盘径d=20cm,负压h0=-5cm)对重庆市青木关典型岩溶槽谷区不同土地利用类型土壤渗透性进行了研究。结果表明,在试验条件下,不同土地利用类型土壤渗透性存在明显差别。以旱地土壤渗透性能最好,而荒地较差。旱地非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量随土层深度加深而减小,而林地各项入渗指标却随土层深度的加深而增加。荒地15—30cm层非饱和导水率、稳定入渗率、累积入渗量均较30—45cm层低。土壤容重、孔隙度与土壤入渗性能关系密切,而初始含水量仅与初始入渗率有关,其相关系数为-0.825**。各土地利用类型入渗过程的模拟结果表明,Kostialov水分入渗模型对所研究区不同土地利用类型土壤水分拟合度较好,拟合度约为0.765,对该区研究土壤水分入渗过程具有良好的适用性。

铁尾矿砂模拟入渗试验研究

模拟入渗试验结果表明:铁尾矿砂入渗符合一般均匀介质的入渗规律,即存在渗润阶段、渗漏阶段和渗透阶段,容重与稳定入渗率、平均入渗率呈负指数相关,与稳定入渗时间呈正指数相关;铁尾矿砂入渗速率较均质土壤入渗速率高,达到稳定入渗所需时间较短;铁尾矿砂对三种经验模型及Philip模型的拟合度都很高,其中通用经验公式拟合最为精确。试验结果有助于后期覆土生态恢复的植被选择,可作为相关水土保持设施布设的理论依据。

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨⁃入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA⁃NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明:(1)0—60 cm是降水—入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;(2)坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;(3)不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;(4)坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5—10 cm;(5)Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度(Adj⁃R^(2)>0.96;NSE>0.92),Horton模型可用于模拟极端降雨类型(NSE>0.98),而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。

红壤坡地耕作措施对土壤入渗过程的影响机制

我国南方红壤区坡耕地水土流失和季节性干旱问题严重,需要采取合理的耕作措施以提高坡耕地土壤的保水固土能力.在典型红壤坡耕地布设以花生为主的5种耕作措施:传统花生顺坡垄作、花生萝卜轮作、花生+秸秆覆盖、花生施用有机肥和花生柑橘套作,在长期试验样地开展模拟试验探究耕作措施对土壤性质和入渗能力的影响机制.结果表明,套作、覆盖和有机肥处理的措施可以显著增加坡地红壤有机质含量并改善其结构,从而提高入渗能力和水分涵养效益.采用Philip和Horton方程对土壤初渗率和稳渗率的估算效果不够理想,Kostiakov方程对红壤坡地入渗过程的拟合效果较好,整体模型有效系数最高.

衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复过程中土壤水文效应

采用空间代替时间序列方法,对衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段土壤层的水文效应进行研究。结果表明:(1)从裸露地、草坡、灌草、灌丛至乔灌恢复阶段,土壤蓄水性与渗透性显著增加(P<0.05);(2)Horton入渗模型对各植被恢复阶段的入渗过程拟合效果较好(R2≥0.765),有较好的适用性;(3)土壤理化性状、植被根系显著影响土壤的渗透性能,植被根系提高土壤入渗性能的实质是:≤1 mm细根可有效改善土壤的理化性状;(4)基于主成分分析,从裸露地、草坡、灌草、灌丛至乔灌恢复阶段,土壤综合水文效应显著提高(P<0.05)。此研究结果将丰富该地区植物生态学与恢复生态学的内容,并为衡阳紫色土丘陵坡地生态系统的恢复与重建提供重要依据。