均质土壤毛管水上升特性室内试验研究

针对西北地区因过量灌溉而引起的土壤盐渍化问题,通过室内模拟土柱试验,对地下水埋深较浅(仅为地面以下70 cm)的均质土上升毛管水运动特性进行了研究,分析了毛管水上升高度、地下水毛管补给量与时间之间的关系,以及毛管水上升高度与地下水补给量之间的关系,探明了地下水毛管上升的运动机理。结果表明,均质土壤毛管水上升高度和地下水补给量与时间之间均为幂函数关系,毛管水上升高度与地下水毛管补给量之间呈明显的线性关系。

层状土中毛管水上升的实验研究

一、前言土壤盐渍化的重要机制是地下水中可溶盐在蒸发作用下不断向表土聚集;次生盐渍土的形成则可能是由于人为抬高地下水位,土壤毛管水重新分配土中盐分所致。不管怎样,防止土壤盐渍化的积极而彻底的方法是消除地下水位抬高的因素。但是,全面而根本的措施,往往限于客观条件不易做到,因此大多数都采取治标措施。例如,利用耕耘增加毛管水上升的困难,以及洪淤压碱等等。肯定地说。

不同河渠水位条件下壤砂土上升毛管水运动特性——以叶尔羌河灌区为例

以叶尔羌河灌区为研究区域,采用垂直土柱试验模拟的方法,研究不同河渠水位条件下壤砂土上升毛管水的运动特性。结果表明:毛管水补给速率随时间推移呈降低趋势,明显分为快速下降、线性递减和稳定补给3个阶段;毛管水上升高度及上升速率均与时间之间呈幂函数关系;不同河渠水位条件下壤砂土毛管水补给量与毛管水上升高度呈正比关系,其斜率在数值上等于湿润区土壤平均含水率与初始含水率之差,改进Green Ampt模型可描述毛管水补给量与毛管水上升高度之间的线性关系;毛管水补给速率与毛管水上升高度的倒数呈线性关系。研究成果可为干旱区河渠两岸生态保护植物的恢复和重建及土壤盐渍化的防治提供理论依据。

玉米芯颗粒对风沙土毛管水运移和蒸发特性的影响

为探索玉米芯在干旱地区的有效利用方式、提高其利用率,通过土柱模拟的方法,将1.5~6.0 mm玉米芯颗粒与风沙土混合开展吸水与蒸发试验。以未添加玉米芯的土柱为对照,设置10种添加玉米芯处理,对不同处理土柱的吸水量、湿润锋、蒸发量、蒸发强度等进行测定,分析玉米芯及其用量对风沙土吸水、保水效果的影响。结果表明,混合土壤毛管水上升高度比对照低0.0%~76.3%,毛管水平均上升速率比对照低7.3%~78.7%,蒸发强度比对照低10.7%~64.2%。玉米芯添加量≤40%时,吸水量比对照高8.6%~16.2%;玉米芯添加量>40%时,吸水量比对照低1.1%~46.0%。毛管水上升高度与时间之间呈幂函数关系,水分补给量与时间之间呈幂函数关系,水分补给量与毛管水上升高度之间呈线性相关。吸水条件下的Green-Ampt模型调整后可用于模拟混合土壤的毛管水上升过程。Rose蒸发模型能很好地表达混合土壤累计蒸发量随时间的变化特征。研究结果为沙化土地治理、秸秆还田改良耕地等研究与实践提供理论依据。

沙土上升毛管水运动特性研究

为了研究地下水对土壤的补给和影响,通过室内试验研究恒定地下水位条件下,不同地下水质(钠吸附比SAR和盐分浓度C)对不同粒径沙土中的地下水补给以及水盐运移分布的影响。结果表明:毛管水上升高度随时间的增加而增加,二者之间存在明显的对数函数关系;毛管水上升速率随时间的增大不断减小最后趋于0;沙土含水率沿着毛管水上升方向不断减小;地下水补给总量随沙土粒径的增大而减小;沙土中盐分的分布情况与溶液的盐分浓度有关,当溶液的盐分浓度较小且取土点与地下水面距离h较小时,沙土各部分的盐分浓度相差不大,h较大时沙土盐分浓度随h的增大而增大;当溶液的盐分浓度较大时,沙土的盐分浓度随h的增大而减小。

不同土壤温度和容重下微咸水上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

为探索西北干旱地区不同质地土壤以及土壤温度和容重对微咸水上升毛管水运动特性的影响,通过模拟和室内试验,研究了土壤温度和容重对砂壤土和粉壤土上升毛管水运动特性的影响。分别建立了地下水补给量与土壤温度和容重之间的模型,毛管水上升高度与土壤温度和容重之间的模型,其中地下水补给量模型,砂壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于10.9%,粉壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.4%,毛管水上升高度模型,砂壤土的绝对系数均达到0.996以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.37%,粉壤土的绝对系数均达到0.997以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于11.9%,模型拟合程度较好,所建立方程符合实际情况。砂壤土盐分主要聚集在距地表1.70～2.20m处,粉壤土盐分主要聚集在距地表0.3～1.3m处,砂壤土土壤盐分分布受土壤温度和容重的影响较显著,而粉壤土土壤盐分分布受其影响并不显著。该研究结果可为盐碱化地区水盐管理提供科学依据。

层状土壤毛管水最大上升高度分析

针对目前层状土体剖面夹层土质对毛管水分最大上升高度的影响存在较大分歧,以沙土夹层为例,从土壤水动力学的角度,通过实验和理论分析,分不同情况对层状土壤的毛管水最大上升高度进行了系统研究。结果表明:层状土壤毛管水的最大上升高度取决于夹层土壤的质地、厚度、层位及其相互关系,同时也与土壤剖面中其它土壤的质地密切相关。当其它条件一定时,夹层土壤质地越粗、厚度越大或层位越高,毛管水最大上升高度受影响可能性越大;以沙土的有效粒径和不均匀系数为量化指标,提出了沙质夹层影响毛管水最大上升高度的条件。此结果对于研究层状土壤地区水盐运动以及土壤盐碱化治理有重要意义。

多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P<0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。

均质土壤上升毛管水运动特性试验

将Green-Ampt模型用于均质土壤毛管水上升过程分析中,通过室内土柱模拟试验,对均质土毛管水运动特性进行了研究。结果表明:均质土毛管水上升高度和地下水补给量均与时间之间为幂函数关系,毛管水上升速度和地下水补给速率也均与时间呈幂函数关系,毛管水上升高度与地下水补给量之间呈明显的线性关系,毛管水上升速度与地下水补给速率也呈线性关系;通过试验资料可以推求有关参数;说明入渗条件下的Green-Ampt模型用于模拟均质土的毛管水上升过程是可行的。

含砂层层位及厚度变化条件下层状土上升毛管水运动特性研究

【目的】解决我国西北地区土壤次生盐碱化问题。【方法】通过室内试验,对层状土上升毛管水运动特性进行了分析,并考虑了含砂层层位和厚度共同变化影响下的毛管水运动特性变化规律,建立了地下水补给量、毛管水上升高度随时间变化的函数关系,并进一步对其地下水补给量和毛管水上升高度等值线变化分布情况进行了对比分析。【结果】含砂层层位与体积常数和高度常数之间有明显的正相关关系;与达到稳定时的地下水补给速率和毛管水上升速率有明显的负相关关系,由于含砂层的作用,达到稳定时的地下水补给速率和上升速率与含砂层厚度有明显的负相关关系;当地下水补给的时间持续在0~4 d、含砂层层位在30~50 cm之间变化、厚度在0~15 cm变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显;当地下水补给的时间持续在4~12 d、含砂层层位在15~30 cm之间变化、厚度在15~30 cm之间变化时,地下水补给量和毛管水上升高度受二者的影响最为明显。【结论】函数中拟合参数体积常数v、稳定补给速率q*、地下水补给时间常数τQ决定了层状土地下水补给量的变化规律;毛管水上升高度υ、稳定上升速率μ*、上升高度时间常数τh决定了层状土毛管水上升高度的变化规律。

层状土壤上升毛管水运移特性试验研究

通过室内土柱模拟试验,进行了层状土与均质土的对比试验,对层状土壤毛管水运动特性进行了研究,分析了层状土壤毛管水上升高度、速率及地下水补给量与时间的关系,并研究了毛管水上升高度与地下水补给量之间的关系。结果表明,砂层对毛管水上升的高度、速率以及地下水补给量有明显影响,砂层对于水分有着明显的阻滞作用。

不同地下水埋深条件下均质土壤毛管上升水运动特性试验研究

不同地下水埋深是影响土壤毛管上升水的含量及运动特性的重要因素之一。本文通过室内土柱模拟试验,研究了在不同地下水埋深条件下均质土毛管上升水的运动机理。结果表明:不同地下水埋深均质土壤毛管水上升高度和地下水补给量与时间之间均为幂函数关系,毛管水上升高度与地下水补给量之间呈明显的线性关系;不同地下水埋深条件下毛管水上升过程以毛管水上升速率为依据可划分为上升和稳渗两个阶段,在上升阶段,毛管水上升高度、平均上升速率及时间均与地下水埋深成正相关关系,但差异并不明显。

西辽河平原地下水补给植被的临界埋深

许多地区地下水是生态稳定的重要支撑或补充,确定地下水补给地表植被的临界埋深对地下水管理和生态安全至关重要。以西辽河平原为例,主要研究成果如下:①根据地下水补给植被原理划分包气带水分运动结构,描述地下水补给植被的作用机理和物理过程,定义地下水补给植被的临界埋深及相关物理概念。②根据植被根系吸收潜水蒸发的物理机制,地下水面附近由毛管水上升形成的潜水影响层是临界埋深计算的关键。③推导土壤毛管有效孔径计算推理公式,通过构建土壤微结构模型求解推理公式中的孔隙特征参数,解决毛管水最大上升高度的精确计算难题;④结合不同群落植被根系层厚度,形成地下水补给植被的临界埋深计算模型。⑤通过野外调查和观测试验实证,表明计算结果可靠,研究成果在科尔沁草原得到了及时应用。

江巷水库库区浸没影响分析

为减少水库蓄水后造成的浸没损失,根据库区地质勘察和试验资料,分析土壤毛管水上升高度、农作物和建筑物基础安全超高,建立水文地质模型和数学模型,对水库蓄水后不同工况条件下,库岸地下水位的壅高进行了模拟计算,并预测了水库浸没高程和范围,分析了对农作物和居民建筑物基础的影响,确定水库征地、移民范围。

长江某水电站库区HP村浸没问题研究

长江某水电站库区HP村处于长江Ⅰ级阶地平台,地势低平,分布大量耕地和民房,水库蓄水后浸没问题突出.通过研究该岸段水文地质结构及天然地下水流场、土层毛管水上升带高度、耕植层厚度、房屋基础类型、埋深、地基土体天然、饱和状态下力学特性并分析地下水位上升对地基安全影响深度等,综合确定浸没临界地下水埋深标准值;采用有限元法分析预测水库蓄水后稳定、非稳定流地下水回水特征.以此为基础进行浸没判别,确定浸没影响区范围和影响程度,为水库影响区范围界定提供可靠依据.此浸没研究方法和技术成果可供类似工程参考.

永泰大樟溪界竹口电站库区汤埕村浸没评价

阐述了永泰大樟溪界竹口电站库区汤埕村的工程地质与文水地质条件,通过室内土工试验及现场挖坑试验对上部土层毛管水上升高度综合确定,结合水库正常蓄水后水位壅高,对汤埕村防护区浸没情况作出比较符合实际的评价,建议采取综合排涝治理措施。

论巴州中低产田改造途径

全州现有耕地156.86万亩,其中中低产田面积101.89万亩,占64.8％,而低产田64.24万亩,又占中低产田面积的63.1％。改造中低产田是一项十分艰巨的任务,必须花大力气去搞的持久的工程。州委、州人民政府已制定了中低产田改造的中长期规划:“八五”期间改造中低产田50万亩,“九五”期间40万亩,即到2000年,全州完成中低产田改造90万亩。

秸秆深埋对土壤返盐的抑制作用

本文以松嫩平原典型苏打盐渍土为对象,采用室内土柱实验方法,分析了稻草秸秆深埋覆盖防止土壤返盐的效果,结果表明:秸秆深埋能有效阻断土壤毛细管作用,切断地下水盐分向地表输送的通道;与实验前相比,对照土壤表层盐度由3.12 d S·m–1增加至3.57 d S·m–1,而秸秆深埋处理土壤盐度并未发生变化,说明秸秆深埋能够有效防止土壤返盐。