土壤非饱和导水率模型中参数的敏感性分析

针对邵明安根据再分布过程得出的非饱和导水率模型,对其中参数的敏感性进行分析,通过实测资料计算非饱和导水率对不同参数的敏感度,对比参数对非饱和导水率的影响程度。研究表明采用线性关系表示土壤湿润剖面的平均湿度和湿润锋处湿度之间的关系时,非饱和导水率对参数的敏感性比其他参数高得多。

不同土壤转换函数预测砂土非饱和导水率的对比分析

以现有的4种土壤转换函数(Pedotransfer Functions,PTFs)(包括ROSETTA、RAWLS、CAMPBELL和VAUCLIN)为例,将其用于土壤水力性质数据库UNSODA中56个典型砂土样本的非饱和导水率预测,对4种PTFs的预测结果进行了误差分析,探讨了饱和导水率对非饱和导水率预测的影响。结果表明,当同种PTFs预测的饱和导水率作为输入时,在4种PTFs中VAUCLIN的预测精度最高,其次为ROSETTA和RAWLS,CAMPBELL的误差最大;当实测饱和导水率作为输入时,RAWLS、CAMPBELL和ROSETTA的预测精度有了不同程度提高,但VAUCLIN的预测误差反而有所增大;饱和导水率对非饱和导水率预测的影响较大,实测饱和导水率作为输入时CAMPBELL预测的非饱和导水率与实测值最为接近。

多孔介质非饱和导水率预测的分形模型

多孔介质非饱和导水率是地下水污染预测与评价的重要参数。根据分形几何的基本原理和方法,推导出了与Campbell经验公式在形式上完全一致的多孔介质非饱和导水率的预测公式。公式中的幂指数为介质孔隙分维和随机行走分维的函数,分别体现了多孔介质的静态性质与动态性质对其中水分运动的影响,但静态性质的影响是主要的,即导水率主要受多孔介质的结构控制。根据文献中报道的大量数据,利用笔者推导的预测公式计算得到的幂指数的统计值与试验测定的幂指数的统计值基本一致,说明推导的理论公式预测多孔介质非饱和导水率是较为可靠的。

大孔隙对土壤比水容重及非饱和导水率影响的实验研究

以南京市栖霞区东阳镇的粉砂壤土为例,用土壤水分特征曲线(van Genuchten模型)拟合包含大孔隙原状土、不包含大孔隙扰动土的实测数据,得到了模型参数,进而得到比水容重和非饱和导水率与土壤含水量之间关系的表达式,在此基础上对比分析了原状土与扰动土水分运动参数之间的异同,并着重分析了土壤大孔隙对其影响。结果表明,受土壤大孔隙的影响,在同一含水量的情况下,扰动土的比水容重比原状土大1～2个数量级,并且随着吸力的增大,二者的差值逐渐减小;扰动土的非饱和导水率小于原状土,最大可相差2～3个数量级。

滨海盐渍土非饱和导水率的研究

采用结壳法对三种滨海盐渍土的非饱和导水率进行了研究。结果表明：非饱和导水率与负压水头呈指数曲线关系，当负压水头达１０ｋＰａ时，三种滨海盐渍土的非饱和导水率渐趋一致；在质地基本相同的情况下，土壤盐分、容重、孔隙度以及有机质含量均对非他和导水率有很大的影响；结壳层的组成不同对测定非饱和导水率也有一定的影响，但结壳法完全能运用于滨海盐渍土非饱和导水率的研究。

非饱和土壤导水率试验计算与模拟分析

以非饱和土壤导水率作为研究对象,用瞬时剖面法计算两种土壤非饱和土壤导水率,并与RETC中不同模型的模拟结果进行对比,研究瞬时剖面法计算结果的可靠性。结果表明:两种土壤的K-h与lgK-h模拟曲线和实测值均吻合较好,实测值和不同模型的模拟值均属于高度性相关,且K-θ实测曲线与各模型的模拟曲线变化规律相似,处于各模拟曲线之间。综上所述,瞬时剖面法计算结果与模拟结果相似,具有一定的准确性,可以直接使用在实际生产运用过程中。

Mualem模型中的饱和导水率修正研究

[目的]提高Mualem模型计算非饱和导水率的准确性。[方法]采用理论推导结合数据统计的方法研究该模型中的饱和导水率ks修正问题。基于Brooks—Corey土壤水分特征曲线模型,建立修正导水率ko与土壤水分特征曲线之间的理论关系式;通过回归分析得到ko与土壤水分特征曲线之间的理论关系式中相关参数。[结果]利用原状黄土的非饱和渗透试验数据,对考虑修正导水率ko的Mualem模型的准确性进行了验证,得到了比较满意的结果。[结论]研究成果可用于依据土壤水分特征曲线直接确定非饱和土导水率,对非饱和导水率预测研究具有一定参考价值。

两种非饱和导水参数推求方法在紫色土上的应用

土壤非饱和导水参数的难于获取,限制了非饱和水流数值模拟技术的实际应用。本研究选择颇具代表性的土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法两种方法,分别推求不同质地紫色土导水参数,并进行了分析比较。结果显示,土壤水分特征曲线推求法和简单入渗法,推求的非饱和导水率与计算值均具有较好的一致性。鉴于土壤水分特征曲线的易测优势和简单入渗法实验简便省时特点,采用这两种方法进行紫色土非饱和导水参数的推求或预报是可行的。

非饱和土壤导水参数的推求 Ⅰ:理论

本文根据—维非饱和土壤水分的垂直入渗再分布和水平扩散再分布,采用土壤湿润剖面平均湿度和湿润锋湿度之间函数关系的三种形式,分别推导出非饱和土壤导水率,水分扩散率,比水容量的解析表达式,解析表达式中仅有四个独立参数,均可通过实验数据的简单拟合而得到。与其它方法相比,这种新的推求方法具有花费少、准确度高和测定范围大等特点。

压实黄土非饱和渗透系数试验研究

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样,采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测,得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明:渗透系数随吸力的增大而成非线性减小,随干密度的减小而增大;在低吸力时,干密度对渗透系数的影响较大;在较高吸力时,干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析,得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系,建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。

非饱和土壤特性参数获取方法

土壤水分特征曲线和非饱和导水率是研究包气带中水分贮存和运动的基本内容，也是确定放射性核素在饱气带中迁移规律的重要参数。本文介绍了在ＣＩＲＰ某野外试验场从地表到潜水位２８ｍ范围内４６个土样的土壤水分特征曲线的测量方法和其它土壤特性参数获取方法。

非饱和土壤水分运动参数的确定——以昆明红壤土为例

应用数学物理方法对降雨入渗、产流等水量转化关系模拟时,土壤水分运动参数即土壤水分特征曲线、扩散率、导水率是必不可少的数据,影响和控制着水及溶质在土壤和地下水中的分布和运移速度,是描述和研究土壤水运移的关键参数.以昆明地区红壤为例,利用离心机测定土壤水分特征曲线、水平土柱测定扩散率并计算出导水率,利用VG公式拟合土壤水分特征曲线,通过指数经验公式拟合土壤水体积分数与扩散率、导水率的关系,结果表明具有显著的相关性.在参数确定过程中,充分考虑了颗粒粒径、干容重等影响,得到了最优的土壤水分运动参数,为相关研究提供一定的参考.

温度对非饱和土壤水分运动的影响

研究了不同温度下 ,土壤水势 ( ψ)和土壤含水量对土壤水分运动的影响。结果表明 ,在相同温度下 ,提高 ψ(或增加土壤含水量 )可提高非饱和土壤导水率 ( K) ,并有黄绵土 >土娄土的趋势。根据 K的对数值与 ψ拟合出线性方程 ,在生产实践中测定 ψ值 ,用此方程可计算出 K值 ,随着土壤含水量增加 ,K也提高 ,且呈正相关 ,在同一土壤含水量条件下 ,增加温度可提高 K,增加幅度土娄土 >黄绵土。由 K对数值与温度 ( t)回归出线性方程可看出 ,土娄土和黄绵土的水势温度效应 ( dψ/dt)与 K温度效应 ( dln K/dt)随 ψ增加而降低。

混合型缓冲回填材料非饱和水分扩散试验研究

设计了专门的浸水试验装置,测定了膨润土-石英砂混合物在非膨胀条件下吸水引起的水分分布及膨胀应力变化,研究了混合型缓冲回填材料非饱和水力学性质。试验结果表明,干密度约1.70 g/cmP3、掺砂率为30%的GMZ001膨润土-砂混合物的水分扩散系数与含水率的关系呈U型变化,即随着含水率增加,汽态水分扩散系数减小,液态水分扩散系数增大。根据理论推导建立非饱和导水率估算方程。计算发现,混合物的非饱和导水率随含水率的增大而增大。其中,汽态水分非饱和导水率先增大后略有减小,液态水非饱和导水率始终增大。试验发现,试样吸水后干密度趋于均匀化,试样内部不同位置的应力发展与水分迁移过程密切相关:渗入端的应力在入渗初期增长很快,随后减慢;渗出端的应力持续稳定增长;入渗96 h后,两端应力趋于一致。估算出的水分扩散系数及非饱和导水率,可用于评价混合型缓冲回填材料阻隔核素迁移安全性。

从土壤持水数据估算导水率方法的比较分析

根据一些常用的土壤持水经验模型 (VG模型、BC模型和 CP模型 )推求用于估算非饱和导水率函数的表达式 ,并采用田间实测的导水率数据与模拟估值进行对比。结果表明这些估算模型适宜用来描述细质地以上土壤的非饱和导水特性 ,且 VG模型的估值效果要好于其他模型。当满足使用条件时 ,间接估值法可获得较好的模拟估值精度。

温度对简化蒸发法测定土壤水分特征曲线和导水率曲线的影响

根据Schindler(1980)提出的简化蒸发法,在微型土柱的两个高度安装张力计测定土壤吸力,并采用称重法得到土壤含水率,通过公式再计算土壤水分特征曲线和导水率曲线。结果表明:温度的差异影响土壤水分特征曲线和导水率曲线。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的水分特征曲线上,当吸力小于10 kPa时,同一吸力时25℃曲线的含水率均小于16℃曲线的含水率;当吸力大于10 kPa时,砂土和砂壤土-2在同一吸力时25℃曲线的含水率均大于16℃曲线的含水率,而砂壤土-1无此变化。在砂土、砂壤土-1和砂壤土-2的导水率曲线上,砂土在10kPa以下时25℃导水率值低于16℃导水率值,其他情况下,在同一吸力时,三种土样的25℃导水率值均高于16℃导水率值。

非饱和状态土遗址水盐运移特征研究

使用Ku-pF非饱和导水率测定系统,测量了交河生土原状样与重塑样的土水特征曲线和非饱和导水率,从非饱和土力学理论出发分析了土遗址的盐害机理。试验结果表明,土遗址非饱和导水率随基质吸力的增大呈指数衰减,当交河生土的体积含水率小于渗透系数为6×10-8cm/s所对应的含水率时,水分及孔隙盐溶液向土体表面的相对运移速率明显减慢,易溶盐可能发生结晶作用。根据实测的非饱和导水率,由一维渗流的盐分运移方程可以描述土遗址中的盐分迁移趋势。

崩岗土壤水分特征曲线与非饱和渗透系数分析

为探究崩岗土壤宽吸力范围(0~10 MPa)土壤水力学特性,以崩壁红土层、砂土层和碎屑层土壤为研究对象,采用压力膜仪法和滤纸法测定崩壁不同土层土壤的持水能力,用传统Van Genuchten-Mualem模型(传统VG模型)和修正Van Genuchten-Mualem模型(修正VG模型)对土壤水分特征曲线进行拟合分析。结果表明:采用压力膜仪法和滤纸法测定的持水曲线存在交点,相交后两种方法的持水曲线趋于重合,联合两种测定方法可以获得宽吸力范围的土壤水分特征曲线。在宽吸力范围内,低吸力阶段(h<0.1 MPa),砂土层土壤的持水能力高于红土层和碎屑层土壤,而在高吸力阶段(h≥0.1 MPa),红土层土壤持水能力最高。崩壁各土层土壤水分特征曲线采用传统VG模型和修正VG模型拟合程度均较高,均方根误差均低于0.0215,纳什效率系数值和相关系数分别大于0.9266和0.8991,且修正VG模型更适合描述宽吸力范围崩壁土壤水分特征曲线。红土层、砂土层和碎屑层土壤水分特征曲线的残余值分别为:378 kPa(对应含水率为18.82%)、173 kPa(对应含水率为18.95%)和92 kPa(对应含水率为18.41%)。相对于传统VG模型,采用分段函数的形式(以残余值为拐点)更适合描述宽吸力范围崩岗土壤的非饱和导水率。

小碎石与细土混合介质的导水特性

含碎石土壤的导水性质研究有利于这种多孔介质水分运动的模拟。本文采用室内定水头法和离心机法分别测定两种质地土壤（壤土、黏壤土）和三种岩性小粒径（2~10 mm）碎石构成的土石混合介质的饱和导水率和水分特征曲线,采用van Genuchten-Mualem模型计算各土石介质的非饱和导水率,分析碎石对土壤导水能力的影响。试验结果显示,风化程度低的碎石对黏壤土具有明显的增大饱和导水率的作用,且碎石含量愈高,增加的效果愈明显;而风化程度高的碎石对土壤结构无明显的改善作用,且对黏壤土具有减小饱和导水率的作用。风化程度低碎石介质的非饱和导水率随土壤水吸力的增加呈现了先大于土壤和土石介质的后迅速减小到低于土壤和土石介质的变化过程。风化程度低的河卵石和风化程度高的粉泥页岩碎屑分别构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的低,而风化程度中等的片麻状花岗岩碎块构成的土石介质的非饱和导水率较土壤的高。近饱和状态下,碎石含量高的土石介质的非饱和导水率也相应的高,而较大的土壤水吸力下,土石介质的非饱和导水率呈现随碎石含量的增大而减小变化趋势。试验结论可为含碎石土壤水分平衡研究提供参考。

黑河上游山区土壤非饱和导水率测定及其估算——以排露沟流域为例

黑河上游山区土壤水分表现为非饱和特征,准确估算该区域表层土壤非饱和导水率(K10)可提高山区生态水文模型的可靠性。本研究野外测定了黑河上游排露沟流域的K10,并利用土壤传递函数(PTFs)以土壤机械组成、容重及土壤平均粒径作为分析因子进行模拟估算,结果表明:排露沟流域森林、草地、退耕裸地的K10均值分别为(0.21±0.20)、(0.20±0.16)、(0.93±0.63)cm.h-1,其空间变异性森林>草地>退耕裸地;K10对土壤机械组成及容重等土壤因子表现敏感,导致不同区域的土壤传递函数估算模型的形式与预测效果差异显著,因此,应用已有PTFs估算模型时需要对其进行可适性检验。本文推导了排露沟K10的土壤传递函数估算模型,判定系数R2=0.76,检验结果样本误差比几何平均数(GMER)为1.77,故在黑河上游具有实际应用价值。