六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中，它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响，是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义，在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系，并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明，土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著，特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著，虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％，但可解释稳定出流速率变异的67．4％；作为综合反映大孔隙半径与密度的参数，土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化，稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加，线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂，在0～60cm土层内，石砾含量〈15％时，稳定出流速率随石砾含量增大而增加，之后转而减少；但在60～80cm土层，则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大，特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大，但对较小半径的大孔隙密度影响较弱，说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化，在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低，在〉60cm土层则随土壤加深而提高，这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响，在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。

岷江上游森林土壤大孔隙特征及其对水分出流速率的影响

大孔隙是森林土壤中常见的现象 ,对土壤壤中流的产生有重要的影响。但由于大孔隙研究方法的不成熟 ,各种方法得到的大孔隙半径范围并不一致。一般认为田间持水量和饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙 ,利用水分穿透曲线和 Poiseuille方程研究了岷江上游不同植被下土壤的大孔隙状况 ,这种方法一方面与传统的研究方法相衔接 ,另一方面所得到的大孔隙与土壤水分运动有关 ,反映了土壤大孔隙的研究目的 ,因而是一种相对合理的研究方法。岷江上游几种主要植被下土壤大孔隙半径主要集中于 0 .3～ 2 .4 mm之间 ,平均在 0 .4 8～ 1.17mm之间 ,均值为 0 .84 mm,均方差为 0 .2 2 6 ;且随着剖面的发育表现出上部土层多 ,下部土层少的特点。同时 ,半径在 2 .4～ 1.4 m m之间的特大孔隙较少 ,<1.0 m m的小孔隙较多。大孔隙的平均半径对于水分出流速率有重要的影响 ,特别是半径 >1.4 mm的孔隙数量影响最大 ,虽然其数量仅占大孔隙数量的 5 %以下 ,但决定了稳定出流速率 70 %的变异。大孔隙所占过水断面的最高比例为 2 1.2 2 % ,最低为 2 .6 % ;在大孔隙所占过水断面的比例小于 2 0 %的条件下 。

辽西北风沙地不同林龄樟子松土壤大孔隙特征

土壤大孔隙是土壤水分、空气、化学物质及污染物优先运移的主要通道,与地表径流及土壤渗透性之间具有密切关系。为明晰不同林龄樟子松土壤大孔隙特征,以辽西北风沙地不同林龄(对照样地、24 a、38 a和49 a)、不同土层(0~50 cm)樟子松人工林为研究对象,采用野外染色示踪试验,基于室内水分穿透曲线和Poiseulle方程,分析不同林龄樟子松土壤大孔隙特征及其影响因素。结果表明:不同林龄樟子松染色和非染色区渗透速率存在较明显差异性,染色区水分渗透速率较非染色区提高近60%;土壤大孔隙半径分布在0.52~3.66 mm之间,其孔隙半径均值为0.69 mm,并随土层的加深而减少;樟子松土壤大孔隙与林龄、土层深度的变化存在显著差异,在不同林龄中,樟子松大孔隙半径与出流速率的关系具有显著线性相关性。研究结果可为深入理解辽西北风沙地樟子松土壤大孔隙特征及其对土壤水分运动的影响机理提供理论依据。

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。

亮蓝示踪土壤水分运移的适宜浓度研究

尽管亮蓝是一种广泛用于研究土壤水分运移的染色剂,但其自身的吸附作用是否影响水分自由运移、如何选择适宜的染色浓度等尚需研究。此次使用5种浓度的亮蓝溶液在3种土壤中进行土柱入渗试验,对比不同亮蓝浓度下的稳定出流速率、水分穿透时间、湿润锋与染色峰偏离情况,寻求亮蓝染色剂在土壤水分运移示踪研究中的适宜浓度。结果表明:(1)在0~2.0g/L浓度范围内,亮蓝染色剂的添加未影响到水向土体入渗行为,即亮蓝染色剂示踪土壤入渗是可行的。(2)染色剂浓度为1.5g/L时,水分穿透土柱的时间、稳定出流速率最接近对照(0.0g/L),但各浓度之间差异很小;而以染色锋面与水的湿润锋面之差计算的迟滞系数值判断,黑垆土适宜的亮蓝溶液为1.5g/L,黄绵土1.5~2.0g/L和砂土2.0g/L浓度。(3)迟滞系数与土壤黏粒含量存在极显著正相关关系,有一定吸附能力的亮蓝溶液更适合黏粒含量低的土壤。综合考虑,三类土壤采用1.5~2.0g/L染色浓度研究土壤水分运移是可行的。

人工回灌物理堵塞特征试验及渗滤经验公式推导

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施,然而回灌过程中的堵塞问题会影响入渗效率和入渗工程的使用寿命。为了深入研究堵塞的机理,以控制堵塞问题,通过砂柱试验模拟了地下水人工回灌物理堵塞过程,通过测定含水率的变化分析了由堵塞引起的砂柱饱和非饱和状态的转化。试验中出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,即:仅经过72h的回灌,砂柱的出流速率减小为2.18m/d;72h后砂样出流速率的减小明显放缓;192h时,砂样出流速率为0.81m/d,约为出流速率最大值的1/10。试验结果表明:回灌水悬浮物颗粒进入砂样空隙中引起渗透性减弱,和逐渐沉积在砂柱顶部形成的淤泥层是造成堵塞的直接原因,而淤泥层的形成是造成渗滤速率迅速下降的关键因素;淤泥层的弱透水性使砂样由上至下含水率发生了变化,导致了砂样导水率和水力梯度都降低,促使回灌渗滤速率迅速减小;回灌时间越长,淤泥层厚度越大,出流速率越小。由10组对比试验的结果,综合考虑引起雨洪渗滤系统堵塞的各种因素,建立了无砾石滤料雨洪水回灌过程计算渗滤速率变化的经验模型,拟合结果决定性系数为0.932。

地下水人工回灌物理堵塞特征及机理试验分析

通过砂柱试验模拟了填砾石滤料雨洪水地下水人工回灌过程,通过3组对比试验分析了砾石滤料的厚度和砾石的粒径对物理堵塞控制效果的影响。试验结果表明,砾石反滤层能够在很大程度上去除回灌水中的悬浮物,进而起到控制堵塞,提高补给效率的作用。砾石反滤层的厚度和粒径选择对堵塞的控制效果起到关键作用,反滤层厚度越大,对堵塞的控制效果越好。反滤层对回灌水悬浮物的去除作用是有限的,而且随着时间的延长,到达反滤层和砂样界面的悬浮物浓度变大,因此反滤层并不能完全避免堵塞的发生,必须定期对反滤层底部的淤泥层进行处理。