浅层地温能岩土热物理性质及地温场特征——以山东省莒县为例

本文以山东莒县为例,采用野外调查、岩土样品热物理测试、水样测试、现场热响应试验、地温监测的方法,利用现场数据及实验室测试数据,总结了莒县浅层地温能不同岩土体热物理参数特征,岩土体的热扩散率、比热容与其密度呈负相关性,导热系数与其密度呈正相关性。浅层地热水与岩石之间的化学作用没有达到平衡状态,水-岩反应微弱。浅层地温空间分布特征为北部第四系厚度较大,地温较高,西南部以红土崖组和田家楼组为主则地温较低。对莒县浅层地温能换热方式适宜性评价及概算浅层地温能资源量提供了依据,对于地源热泵系统的设计和运行具有重要的参考价值。

PAM对银川城市绿地土壤水分运动及水力参数的影响

[目的]探究不同PAM施加比例下城市绿地土壤水分运动及水力参数的变化,为城市绿地建设和合理利用水资源提供理论参考。[方法]以银川城市绿地土壤为研究对象,采用垂直一维土柱试验,选取5种聚丙烯酰胺(PAM)施加比例(质量比)0%(CK),0.02%(T_(1)),0.04%(T_(2)),0.06%(T_(3)),0.08%(T_(4)),0.1%(T_(5)),研究湿润锋进程、累积入渗量和入渗速率等入渗特征参数,比较Philip模型、Horton模型、Kostiakov模型及通用经验模型在本研究中的适用性,分析PAM施加比例对土壤水力参数的影响。[结果]入渗历时300 min时,T_(1),T_(2),T_(3),T_(4)和T_(5)较CK相比,湿润锋进程分别减少了5.2%,12.0%,13.2%,15.4%和24.2%,累积入渗量分别减少5.9%,12.8%,14.7%,21.4%和31.5%。T_(1),T_(2),T_(3),T_(4)和T_(5)稳定入渗速率较CK分别减小10.1%,22.4%,23.3%,29.2%和41.6%;4种入渗模型中Horton模型最适合描述研究区不同PAM施加比例下的城市绿地土壤水分入渗过程(R 2>0.886)。滞留含水率θ_(r)、饱和含水率θ_(s)、形状系数n随PAM施加比例增大而增大,进气吸力倒数α、饱和导水率K_(s)随PAM施加比例增大而减小。[结论]研究表明PAM可以有效改善银川城市绿地土壤水分快速渗漏、持水性能差的状况,提高土壤保水能力。

田间非饱和土壤水分运动参数测定

在秦王川灌区利用双环入渗仪在现场进行了积水入渗试验，同时利用γ射线测定土壤水分剖面，进而根据室内外所测定的土壤水分特征曲线，推求了该灌区非饱和土壤水分运动参数，并对室内外所确定的结果进行了对比分析。

华北平原夏玉米农田生态系统蒸散规律研究

试验观测华北平原夏玉米全生育期农田蒸散日变化与季节变化特征结果表明 ,夏玉米农田蒸散量日变化规律明显 ,蒸散速率正午 13 :0 0达最大值 ,夏玉米日蒸散量随生育期的变化而变化 ,净辐射、土壤水分和叶面积指数影响夏玉米日蒸散量的变化。

微咸水入渗下施加PAM土壤水盐运移特性研究

土壤改良剂与微咸水灌溉相结合,对于合理开发利用微咸水、改善盐碱土结构及促进作物生长有着重要意义。基于一维垂直土柱积水入渗和水平土柱吸渗试验,研究了微咸水入渗条件下,不同聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM)施量(0、0.02%、0.04%和0.06%)对盐碱土水盐运移特性的影响。结果表明:(1)微咸水入渗条件下,施加PAM能够降低土壤入渗速率,增加土壤保水性能。(2)施加PAM对Philip及Kostiakov入渗模型参数有显著影响,在PAM施量0.04%时,吸渗率S和经验系数K最小,而经验指数β最大。(3)在PAM施量为0.04%时,土壤饱和体积含水量最大,BrooksCorey模型进气吸力hd增加了15.30%,土壤持水性能显著提高;土壤水分扩散率最小,水分分布最均匀。(4)施加PAM能够显著提高土层的持水效率和微咸水的淋洗效果,在PAM施量为0.04%时,土层持水效率最高,盐分淋洗量最大。

土壤盐渍化的监测和预报研究

本文采用田间观测和数值模拟相结合的方法，对改造后的重盐碱试验地的水盐动态连续三年进行了监测和预报研究。在田间，监测了地下水的水位和矿化度、土壤盐分和水分、降雨和农田蒸散量等参数，同时针对现场试验条件进行数值模拟。在土壤盐分输运模型中，考虑动水不动水概念和吸附作用，在解水分运动方程时采用了更合理的改进型Picard迭代差分法。研究表明，在当前的自然因素和农耕活动中，试验地土壤中的盐分达到动态平衡，不会发生土地重新盐渍化。

基于HYDRUS-1D模拟的变水头入渗条件下VG模型参数敏感性分析

采用单因素扰动分析法,分别对土壤水力参数残余含水量θr、饱和含水量θs、饱和导水率Ks、经验参数α和n进行扰动,选用HYDRUS-1D模型模拟南京市区2年一遇降雨条件下土壤水分入渗过程,分析变水头入渗条件下各土壤水力参数的敏感性,定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D输出变量土水势和累积入渗量的影响,简化后续模型率定工作,提高模型模拟精度。结果表明:在变水头入渗条件下,5个参数对土水势与累积入渗量敏感性排序均为n>Ks>θs>α>θr,其中α和n对于地表0～10 cm附近的土水势影响较大,Ks与θr,以及θs与α对土水势影响规律类似;±25%扰动情况下,θs、Ks与n三者对累积入渗量的影响均大于10%。因此,在进行变水头入渗条件下模拟计算中应保证Ks、θs、α和n参数的准确性。

非饱和土壤水分运动参数空间变异性研究进展与展望

非饱和土壤水分运动参数的空间特征是科学认识大尺度土壤水分动态变化的基础和先决条件。在参考国内外大量文献的基础上,对非饱和土壤水分运动参数的研究进展从模型研究到空间尺度研究进行了分析与评述,指出机理模型研究是未来土壤水分运动参数空间变异性研究的方向,而尺度研究目前研究的精度不够;在对土壤水分运动参数的空间变异性研究各类方法分析和归纳后,指出土壤水分运动参数变异性研究的方法包括直接测定方法和间接估计方法两种,并对各种方法的优缺点及适用条件进行了总结;最后指出土壤水分运动参数空间变异性研究存在的问题主要集中在土壤水分运动参数的空间变异性结果的标准化问题和不同尺度土壤水分运动参数的相互转化等问题。

基于紧密排列土柱模型的冻土热参数计算

为评估热参数对饱和冻土瞬态温度场的影响,分析冻土温度场的影响因素,提出一种最紧密排列的土柱几何模型,土柱外部被自由水充满.假定冻结在土柱围合区域的中心产生并呈柱状发展,根据任意时刻单元体内部土、水和冰的体积构成,依据Johansen的预估土体导热系数计算方法,建立未冻水含量与导热系数之间的计算关系.依据比热加权计算的原理,结合土体的相对密度及水和冰的密度,获取了土柱模型在不同冻结时刻各相的质量比,确定了未冻水含量与比热之间的计算关系.依据不同冻结时刻土柱模型中的未冻水含量,建立潜热随冻结时刻的变化关系.根据实测粉质黏土的导热系数,结合土柱模型获取其比热、潜热随温度的变化关系.将获取的不同温度下的导热系数、比热和潜热值代入数值计算软件ABAQUS,获取了冻土温度场的计算值.将该计算值与实测值进行对比,表明基于该模型获取的计算热参数值能够较好地预测冻土温度场.

设施土壤水分扩散率变化特征

为了观察设施栽培条件下土壤水分扩散率的变化,更好地实现设施土壤水肥管理以及有效地防治设施土壤次生盐渍化,采用水平土柱法及模拟分析方法,研究了设施土壤0～60 cm土层水分扩散率变化特征.结果表明:设施土壤的水分扩散率变化于0.02～3.78 cm2/min.水分扩散率存在一定的差异性,设施土壤在20 cm<h≤40 cm土层时最大,40 cm<h≤60 cm土层时最小;与同层次的露地土壤相比,设施土壤水分扩散率均较大;各层土壤水分扩散率与体积含水率之间呈指数关系,极具有统计学意义(P<0.01).波尔兹曼参数与体积含水率之间呈二次函数关系,在0<h≤20 cm土层,当体积含水率大于0.43 cm3/cm3时,设施土壤波尔兹曼参数小于露地土壤;当体积含水率小于0.43 cm3/cm3时,设施土壤波尔兹曼参数大于露地土壤.而在20 cm<h≤60 cm土层,设施土壤波尔兹曼参数均大于同层次露地土壤.

田间测定沙地水分运动参数初步研究

采用田间垂直入渗试验法测定了沙地水分运动参数，并得到经验拟合曲线。沙土水分特征曲线表明，当体积含水率θ＞５％时，吸力Ｓ随θ增加而缓慢下降，而θ＜５％时，Ｓ随θ的减小而趋于急剧上升。非饱和导水率Ｋ～θ关系表明，当θ＞１５％时，导水率Ｋ值急剧上升，而θ＜１５％时，导水率Ｋ变化缓慢．

热参数对冻土温度场的影响及敏感性分析

为评估热参数取值对冻土温度场的影响,将导热系数、比热、潜热作为冻土温度场的影响因素进行试验设计。通过室内试验测定了饱和粉质粘土在不同负温下的导热系数、比热及潜热值,并基于Johansen法提出了考虑冻土未冻水含量的热参数修正算法,按照变参数和常参数形式代入数值分析软件ABAQUS,获取了不同的温度场计算值。将不同负温下的热参数和某负温阶段的平均热参数代入数值分析软件,分析热参数变化对冻土温度场的影响。依据冻结试验获取了冻结150 h的模型箱温度场实测值,并将计算值与实测值进行了比较。结果表明:不同的热参数对冻结初期影响较大,随着冻结的深入各计算值间的差值逐渐缩小。采用一定负温阶段的平均热参数作为恒定热参数进行数值计算,从微观上不能满足精度要求。潜热是影响冻结温度场计算精度的主要因素,考虑不同负温土体导热系数、比热、潜热的计算更接近于实测值。研究成果为寒区水利工程设计和施工提供参考。

土石混合介质入渗模型及其参数影响因素研究

选取4种碎石含量、5种碎石粒径,将纯土作为对照,共进行20组一维积水入渗试验和20组实测饱和导水率试验,分析了碎石含量对土石混合介质水分运动参数的影响以及水分运动模型的适用性。结果表明：Green-Ampt入渗公式、Philip入渗公式、垂直一维代数模型中个别参数随碎石含量的增加呈先减小、再增大、后减小的趋势; 模型的适用性因碎石粒径而异,粒径在0.5-3 cm时,垂直一维代数模型可以相对准确地描述土石混合介质的饱和导水率,粒径为3-5 cm时,Green-Ampt公式所描述的饱和导水率精度较高。

土壤水分研究进展

论述了国内外在土壤水分入渗方程模拟、土壤水分运动参数和SPAC理论等方面的研究进展。文中指出沙地水分研究所采用的主要观点由形态学观点转到了能态学观点;土壤水分运动参数的测定方面做了大量的工作,取得了较好的成绩;随着计算机的迅速发展,数值模拟得以广泛的发展。

额济纳旗胡杨根区水分运动参数的确定——利用Richard方程和气象资料推算

利用Richard方程和气象资料相结合的办法,确定了中国典型的干旱内陆河流──黑河下游额济纳旗地区主要成林的干旱荒漠天然乔木树种──胡杨林地的水分运动参数,主要有导水系数K、比水容量C和水分扩散率D。

地下滴灌灌水设计参数对土壤水分分布影响的计算机模拟

利用能模拟地下滴灌系统水流二维运动的HYDRUS - 2D计算机模型在不同的地下滴灌灌水设计参数条件下 ,对土壤水分分布的影响进行了模拟分析。模拟简便、快速、灵活 ,不受试验条件限制。模拟结果表明 ,土壤质地、土壤初始含水率、滴头出流量。

土壤水分运动特征参数空间异质性:理论分析、取样与影响因素

通过对土壤水分运动特征参数异质性研究的理论分析和方法回顾与总结,概述土壤水分运动特征参数异质性研究的取样方法,并对土壤水分运动特征参数异质性的影响因素做简要分析。

甘肃黑方台黄土水分运动参数试验研究

灌溉渗透诱发型黄土崩滑灾害在黄土高原具有普遍性,其中以黑方台灌区最具典型性和代表性.从非饱和土力学角度看,黄土在灌溉后更易发生蠕变变形和破坏.黄土含水量这个土壤水分运动参数将对黄土自身的变形和破坏产生一定的影响,进而造成黄土崩滑灾害的可能.选取甘肃省临夏回族自治州永靖县盐锅峡镇黑方台原状黄土与扰动黄土作为试验介质,采用Ku-p F非饱和导水率测定系统测定其土壤水分特征曲线,并运用MATLAB软件拟合实测数据.结果表明:原状黄土中的大孔隙对土壤水分特征曲线具有显著的影响;原状黄土被扰动重塑后,失水率变大,持水性能变强;原状黄土特殊的结构性将随着水体的侵入而逐渐丧失;张力计法只适合测定低负压范围的水分特征曲线;采用Van方程参数拟合方法拟合渗透系数存在较大误差.

基于HYDRUS-2D的地下滴灌下水分运移数值模拟研究

利用HYDRUS-2D软件模拟了地下滴灌条件下滴头周围黏壤土的土壤水分动态,并与田间观测进行对比;通过分析不同滴头流量对试验地土壤湿润模式的影响,明确了最佳灌水技术参数。结果表明,HYDRUS-2D软件模拟结果与观测值一致,体积含水率均方根误差为1.2%~4.5%,湿润范围均方根误差变化范围为2.1~3.87cm。

鄂东南红壤水分运动参数与红壤性质的相关性

研究了鄂东南５种母质发育的红壤水分特征曲线、土壤水分扩散率，推导了土壤非饱和导水率。对试验资料进行了回归分析，得出了土壤水吸力（ ）与土壤含水量（θ）、土壤水分扩散率（Ｄ）与土壤水饱和度（Ｇ）、土壤非饱和导水率（Ｋ）与土壤水饱和度（Ｇ）的经验公式，并将参数与土壤性质进行了相关分析， －θ、Ｄ－Ｇ之间的参数与土壤性质关系很密切。实测的土壤饱和导水率与土壤通气孔隙度关系密切。