Philip公式确定吸渗率时间尺度研究

选用直径5 cm和10 cm的盘式吸渗仪,对杨凌土（粘土）和神木砂黄土（砂壤土）两种质地的土壤在1 cm、3 cm6、cm9、cm和12 cm水头5种负压下进行了室内盘式吸渗仪三维吸渗实验,选取Vandervaere公式作为参考模型,对Philip公式确定吸渗率的时间尺度选取进行了分析。结果表明,对两种质地的土壤,在相同盘径下,随着负压的降低,吸渗率随之减小;在相同负压下,盘径越小,吸渗率越大;质地较砂的砂黄土吸渗率明显大于质地较粘的土的吸渗率。从相对误差来看,两种质地土壤吸渗率均被高估;在同一盘径下,随着负压的减小,误差值逐渐降低;即在选取的时间范围内,负压越低,计算吸渗率的准确性越高。对土而言,5 cm盘径下-12 cm水头1、0 cm盘径下-9 cm水头和-12 cm水头时确定吸渗率的适宜时间分别为30-40 s和40-50 s;其余确定吸渗率的适宜时间均应小于30 s;对砂黄土而言,10 cm盘径下-9 cm水头和-12 cm水头时确定吸渗率的适宜时间分别为30-40 s和40-50 s,其余确定吸渗率的适宜时间也均应小于30 s。对于质地较砂的土壤推荐使用大盘径进行盘式吸渗仪实验。

盘式吸渗仪吸渗率计算方法比较

选用盘径为5 cm和15 cm的盘式吸渗仪,对杨凌土(粘土)和神木砂黄土(砂壤土)两种质地的土壤在0、-3、-6、-9-、12 cm水头5种负压下进行了室内吸渗实验,分析了不同盘径和负压对累积吸渗量的影响;并选用4种吸渗率公式对这两种质地土壤吸渗率进行了计算,以Vandervaere法为参考方法对该4种方法的适用性进行了分析。结果表明,在相同的时间内,两种土壤5 cm盘径下的累积吸渗量均大于15 cm盘径下的累积吸渗量,砂黄土累积吸渗量大于相同负压下土累积吸渗量;在4种吸渗率计算方法中,无论土还是砂黄土,Haverkamp公式所得吸渗率值与参考方法最接近。

用毛细吸渗原理快速测量土壤田间持水量的研究

田间持水量是衡量田间土壤保持水分能力的重要指标,视为对作物有效的土壤水分的上限,对农田灌溉和作物水分管理具有十分重要意义。该研究提出了能快速测量土壤田间持水量的新型毛细吸渗法。该方法以田间持水量为无地下水影响下土壤基质所能吸持的最大含水量为物理基础,设计了一套满足田间持水量要求的实验方法、装置和程序,采用5种不同土壤测量了其田间持水量,并与用威尔科克斯法测量得到的田间持水量进行了对比。结果表明:所提出的新型测量方法,无论是基本原理还是室内试验均可行。与威尔科克斯法相比,其测量值略微偏小;两种测量值相关性很好,相差约为9%,产生这种现象的原因主要是土壤的吸湿过程与脱湿过程中土壤含水率的滞后所致。与传统的测量方法相比,该方法可大大缩短测量时间,具有利用前景。

盘式吸渗仪测定土壤导水率的两种新方法

应用盘式吸渗仪测定田间土壤导水率具有快速简单的优点,但是测定结果的计算处理比较繁琐,寻求简单的计算方法是广泛应用盘式吸渗仪的关键问题。该文改变盘式吸渗仪测定土壤导水率的三维入渗过程为一维入渗过程,简化了测定结果的计算处理。结果显示:两种不同的一维入渗过程达到的稳定入渗率和导水率之间有很好的线性关系,但是三维过程计算的导水率大于一维过程。双套盘吸渗仪一维过程计算导水率与稳定入渗率一致性较好,但是和三维稳态、瞬态方法计算结果之间差异明显,因此在应用这些方法时需要适当调整参数,建议使用双套盘吸渗仪快速测定田间土壤导水率。

负水头条件下的水平一维土壤吸渗特征

该文分析了不同负水头条件下土壤水分运动特征,并通过室内模拟试验研究了不同负水头条件下水平一维土壤的吸渗特征,根据Brooks-corey模型推求了描述负水头条件下土壤吸渗公式,并分析了各参量间的函数关系。分析了Philip吸渗公式在负水头条件下的适用性,并对所建立的公式进行检验。研究结果表明:上述理论关系可以很好描述负水头条件下水平一维土壤吸渗过程。

干缩开裂黄褐土非饱和水平吸渗特征研究

通过室内水平吸渗试验,结合Matlab数字图像处理与形态学算法,在黄褐土土壤中添加秸秆模拟不同生长期作物根系密度,对干缩开裂黄褐土中的非饱和水平吸渗及湿润锋推移特征进行研究。结果表明:不同秸秆密度处理裂缝稳定形态面积密度和裂缝平均宽度差异显著(p<0.05),当秸秆密度由0 cm/cm^3增加到1.5 cm/cm^3时裂缝面积密度和裂缝平均宽度分别减小为1.73%、0.071 cm,随着秸秆密度增大土壤稳定形态裂缝面积密度与裂缝平均宽度显著减小。秸秆添加间接影响入渗过程历时,但土壤最终累积入渗量无显著差异。裂缝的存在导致入渗率发生波动现象,且在入渗前中期尤为明显;未开裂土和开裂土累积入渗量随时间的变化关系均符合Kostiakov经验入渗模型,其经验参数与秸秆密度有关,拟合方程达到显著水平。引入湿润锋均匀系数对水平吸渗不均匀性进行评价,土壤裂缝面积密度及裂缝平均宽度越大入渗初期的水分不均匀性特征越明显,均匀系数随着时间推移逐渐减小;根据湿润锋推进速率随时间的变化特征,开裂黄褐土土壤的水平吸渗过程可以分为3个阶段,即初始裂隙流阶段、稳渗基质流阶段和吸渗末期阶段。

利用圆盘入渗仪测定不同土地利用类型土壤吸渗率

探讨利用圆盘入渗仪测定不同利用类型土壤吸渗率的适用性,该文选用盘径分别为10和20 cm的圆盘入渗仪对3种利用土壤(菜地、草地和茶园)在0、-3、-6、-9 cm 4个压力水头下的吸渗过程进行测定。研究以Vandervaere法为参考方法,对Philip法、Haverkamp三维吸渗法、Haverkamp三维吸渗改进法的适用性进行比较分析。结果表明:吸渗率的不同计算公式所适应的吸渗过程时间尺度不同,且Haverkamp三维吸渗法所得吸渗率值与参考方法最接近。盘径对吸渗率测定差异的影响不显著。除0 cm压力水头外,不同利用类型土壤吸渗率差异显著,且不同压力水头下测得3种土壤吸渗率大小排序不同。当压力水头为-9和-6 cm时,菜地吸渗率(0.0104和0.0119 cm/s0.5)显著高于茶园(0.0017和0.0025 cm/s0.5)(P<0.05);当压力水头为-3 cm时,茶园吸渗率(0.0370 cm/s0.5)显著高于菜地和草地(0.0147和0.0132 cm/s0.5)(P<0.05)。该研究可为南方丘陵区土壤水力参数的测定提供理论依据。

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。

洗砂柱一维毛细吸渗过程数值模拟和试验研究

砂类材料中较大的孔隙特征决定了其内部的水分传递方式。通过Micro-CT断层扫描确定了砂的分形维数和孔隙率,根据饱和导水率和介质的孔径参数获得了Brooks-Corey模型的拟合关系,利用数值方法对垂直一维砂柱的吸渗过程进行了模拟计算,求出了毛细上升过程中的湿度分布和高度与时间的关系。在室内搭建毛细高度测定试验台,以4种粒径范围的筛分洗砂为研究对象,记录了砂中不同时刻的水分上升高度。结果表明:结合砂的扫描结构参数、进气值倒数和孔径分布指数,可较为准确地模拟砂中毛细水的吸渗过程,使得预测砂类路基材料中毛细水的运移过程具有可行性。

低渗透油田吸渗驱油微观机理

方法应用理想变管径毛管和数理分析方法，研究了低渗透油层水自发吸渗驱油的微观机理。目的改善低渗透油田注水开发效果。结果吸渗驱油采出程度与时间是指数函数关系，研究结果与他人实验结果一致。结论低渗透油田注水开发时，应考虑吸渗驱的影响因素。

考虑吸渗的双重介质中垂直裂缝井两相渗流

建立了双重介质油藏中垂直裂缝井两相流体渗流数学模型 ,提出将水驱油运动的前沿作为活动边界处理的新思想 ,用有限差分和外推法求解带初边条件的积分 -微分方程。结果表明 :垂直裂缝井开发双重介质油藏时 ,吸渗作用对含水饱和度分布的影响较大 ,使水驱油运动前沿推进速度变慢 ,从而油井见水时间延长。见水前注入率不能太大 ,以充分发挥吸渗驱油的作用 。

不同土地利用方式下盘式吸渗仪测定土壤导水率方法比较

为了对比分析土地利用方式计算导水率方法适用性,利用盘式吸渗仪在林地、农地、苜蓿地进行了不同盘径和负压下土壤吸渗试验,并利用不同公式计算了土壤导水率。结果表明,有机质含量和容重较大的林地以及人为因素影响较大的农地,采用稳态流方法计算导水率比较合适,而对于土质较为均一的苜蓿地来说,采用瞬态流计算会省时省力,并得到较好的结果。因此,不同的土地利用方式应该采用不同的计算方法。

用自动盘式吸渗仪测定土壤导水率

盘式吸渗仪已成为测定田间土壤水力参数的重要工具之一,自动监测装置的应用将进一步提高试验的精确度并加快试验进程。该文介绍了一种试验装置,通过连接在储水管上下两端的传感器实时压差监测,以此确定入渗水量的变化过程,并通过一系列试验,对试验装置的可靠性进行了验证,将试验装置应用到实际测定土壤水力参数中。试验结果表明:自动监测装置通过测定储水管的压差,并通过相应关系代换为储水管水位变化来采集试验数据的方法是可靠的。通过与人工读数方法测定的结果对比表明,其精度可以达到试验要求;对于本试验土壤,用自动监测装置采集的数据来确定吸渗率的时间可以控制在30 s^4 min之间。

润湿程度、渗透率对吸渗排油作用的影响

利用美国ＳＳＩ公司的ＣＯＭＰ模拟软件，考察了润湿性、基质渗透率和裂缝渗透率对吸渗排油过程的影响，岩石的润湿程度对基质吸渗速度有显著影响，一般亲水性越强，吸渗排油速度越快，适宜于采用较大的采油速度开采。基质渗透率同样影响吸渗速度，其值越高，吸渗排油越快；如果基质渗透率较低，因其吸渗排油速度低，不宜采用较高的采油速度。裂缝渗透率对整个基质－裂缝系统的驱替过程有显著影响，当裂缝渗透率过高时，整个系统的驱替过程很短，但基质的吸渗排油过程可能还未完毕，从而导致采收率不高。

斥水土壤的水力参数及水平吸渗规律

为了对不同斥水程度土壤的水力性质进行分析,对比了van Genuchten和Brooks-Corey模型对于不同斥水程度下的塿土、砂姜黑土、盐碱土和砂土的适用性;进行了一维水平吸渗试验,分别运用Philip模型和Kostiakov公式对入渗规律进行了模拟,并分析了吸渗率和斥水持续时间的关系;采用水平吸渗法推求了土壤非饱和扩散率,并用指数函数拟合了非饱和扩散率和体积含水率的关系.结果表明:van Genuchten和Brooks-Corey模型对亲水和斥水土壤均具有较好的适用性;斥水性土壤的累积入渗量随时间变化曲线在一定时刻发生转折,未转折前Kostiakov公式的模拟结果比Philip模型好;当斥水时间大于40 s时,吸渗率的变化趋于稳定并在0~0.1 cm/min0.5内变化;非饱和扩散率和体积含水率关系的模拟可采用指数关系,且其对亲水性土壤的模拟效果优于斥水性土壤.斥水土壤的水力参数与亲水土壤的有明显差别,且表现出特殊性.

浆液的吸渗性在化学灌浆中的作用研究

对于低渗透性的岩土,浆液难以通过压力的方式注入。在这种情况下,浆液与岩土间的润湿性在化学灌浆中起着重要的作用,浆液正是通过与岩土间的润湿性以吸渗的方式进入到岩土夹泥孔隙中。讨论了吸渗产生的条件以及在化学灌浆中所起到的作用,推导了吸渗速率计算式。通过对柱形介质中水渗出速度的推导发现,在化学灌浆中难以压渗的夹泥成分却是容易吸渗的,同时推导了浆液的吸渗速度与渗透系数的平方根成正比的关系,具有积极的指导意义。

双重孔隙介质油藏中的吸渗排油作用

利用美国SSI公司研制的COMPⅣ模拟软件对双重孔隙介质油藏一种重要的开采机理－吸渗排油－进行了模拟研究，考察了一个基质岩块为四周裂缝所包围时，在驱动压力和毛管压力的不同平衡（驱动压力和毛管压力的相对大小）关系下的水驱油采收率和水驱油效率的变化规律。

基于水平吸渗确定土壤水分扩散率的解析-修正法

准确测试土壤水分扩散率是研究水分在土壤中运移的关键之一。针对水平吸渗法测试土壤水分扩散率易受边界效应影响的问题,该研究构建解析-修正法,以提高测试结果的精度。假设第一类边界条件下,一维水平入渗Richards方程解的形式与其对应线性化方程的解析解相似,结合常数变易法,推导了一维水平入渗Richards方程的近似解析解。将有限长土柱中测点含水率随时间的变化数据分为受边界影响和不受边界影响两部分,采用近似解析解修正受边界影响的数据,再采用水平吸渗法确定土壤水分扩散率,以此建立测试土壤水分扩散率的解析-修正法,并通过数值模拟试验和室内试验讨论方法的合理性。结果表明,采用解析-修正法得到的土壤水分扩散率与真实值的决定系数均在0.900以上,室内试验不同测点间测试结果的决定系数均大于0.950。由此可见,该方法可以准确地确定土壤水分扩散率。研究可为土壤水运动的模拟提供可靠参数。

黑钙土不同土层在两种材质负压渗水器下的吸渗特性

基于–5 k Pa负压灌水条件下的一维垂直水分吸渗试验,分析了陶土和聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料(PVFM)两种材质负压渗水器在黑钙土A、B层的渗水性能,测定累计吸渗量、吸渗率、湿润峰及土壤含水率等指标,并利用它们考察了Kostiakov,Horton、Philip 3种常用的土壤水分吸渗模型及垂直一维非饱和土壤水分运动代数模式描述负压吸渗过程的适用性,进一步比较了不同处理下的模型参数。结果表明:(1)–5 k Pa灌水条件下,PVFM渗水器和陶土渗水器的累计吸渗量没有明显差异,前者能有效替代后者作为负压渗水器;(2)黑钙土B层土壤水分吸渗特性比A层差,同时间内累计吸渗量较少,吸渗率降低速度更快;(3)短时间负压灌溉条件下,不同土层的累计吸渗量与湿润峰、吸渗率与湿润峰倒数、湿润峰平方与时间均存在明显的线性关系;(4)负压灌溉后距离渗水器上下各15 cm范围内,土壤含水率维持于20%~33%范围内,变异系数均在10%左右;(5)拟合结果表明,Kostiakov与Philip模型能很好地描述–5 k Pa负压灌溉下不同处理的水分吸渗特性,而Horton模型描述黑钙土A、B层较长时间的吸渗效果较差。

低渗透裂缝性油藏自发渗吸渗流作用

裂缝和基质中流体渗吸作用是低渗透裂缝性油藏注水开采依据的重要机理。通过自发渗吸实验研究低渗透裂缝性油藏在不同渗透率级别下岩心的渗吸驱油机理,结果表明,该类油藏的油层渗吸体系因毛细管力较高,其渗吸过程为毛细管力支配下的逆向渗吸,毛细管力在吸渗过程中可作为驱油的动力;渗吸早期产油量高,约50 h后产油量明显降低,最后基本不产油。低渗透裂缝性油藏岩心自发渗吸采出程度平均为12%,其自发渗吸采出程度随渗透率的增大而增大,当渗透率大于2×10-3μm2时,自发渗吸采出程度的增加并不明显,孔隙结构越好越有利于自发渗吸作用发生。由于岩心和油藏储层尺寸存在差异,因此对实验结果进行等比例关系处理,使实验值可以用来预测实际油田开发指标。