季节冻土对包气带水分迁移的影响

采用智能化土壤墒情监测仪,对东北吉林集安季节冻土带进行地温和含水率观测,历时一个水文年。通过分析不同深度地温、含水率随时间的变化,研究地温场变化、降水入渗等因素对水分迁移的影响。寒季,气温急剧下降,地温随深度增加而增高,气态水在包气带上部的低温带凝结,当凝结速率大于渗透速率时,含水率不断增加,水分蓄积。季节冻土形成后,孔隙水以固态水的形式储存,是包气带上部水分主要的聚集期。暖季,地温随深度增加而降低,气态水向下运移凝结,即使降水入渗量很大也不会引起水分蓄积。因此,温度场控制着气态水凝结方向,是引起包气带内水分运移的重要影响因素之一。     

基于原位监测的浅层黄土斜坡水分运移规律分析

降雨诱发的浅层黄土滑坡是黄土高原重要的地质灾害类型之一.斜坡水分空间分布和变化趋势是导致斜坡失稳的重要因素,但基于此的剖面监测数据较少.依托延安黄土地质灾害野外观测基地,选择典型黄土斜坡,在坡面布设两条5 m深的水分探测纵剖面,观测在降雨过程中斜坡水分的空间特征.监测结果显示：1）降雨引起的土壤含水率变化深度有限,与降雨量成正相关关系;2）土壤含水率随时间变化表现出周期性特征,随深度增加,周期逐渐变长;3）斜坡水分在空间分布上存在明显的各向异性——垂向上表现为含水率的不均匀性与阶段性,而在斜坡的不同部位,受降雨影响坡顶-坡腰-坡脚含水率大致呈递减趋势,其中坡顶、坡脚的水分波动程度最大,坡脚的入渗深度最大.     

黄土中水分迁移规律现场试验研究

黄土地区降雨诱发滑坡是不争的事实,但黄土地区地下水位很深,降雨入渗地面后如何运移,与地下水有无直接联系,目前还不是很清楚。为此设计了人工滴水试验模拟天然降雨条件,通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计,观测人工滴水入渗过程中不同深度土体含水率随时间的变化情况,以确定其入渗影响深度。监测结果显示：降雨量为3.82 mm/d (小雨)时,0.5 m内土体含水率变化明显,0.5 m以下土层含水率几乎没有变化;降雨量为10.31 mm/d(中雨)时,1 m内土体含水率有所增加;降雨量达25.21 mm/d(大雨)时,1 m内土体含水率增长明显,1.0～1.6 m范围内有微弱增长;随着深度增加,土体含水率变化逐渐滞后,增幅逐渐减小。这说明在干旱的黄土地区,若无明显入水通道,短期内降雨的入渗深度有限,很难到达地下水位;但深部古土壤层的观测结果表明,即使在其上部黄土中含水率变化极其微弱的情况下,古土壤中的含水率上升明显,表明黄土中非饱和渗流或水汽迁移是存在的。通过试验还表明,陇东黄土高原地区土壤中水分循环主要发生在浅层0.7 m以内的蒸发带。降雨入渗到蒸发带以内,若无后续降雨补给,则向上蒸发排泄;若入渗至蒸发带以下,则不受蒸发影响,得以继续向下迁移;当遇到不透水面时,会在层面附近富集,有限元模拟也较好地反映了这一规律。     

表层岩溶带土壤温度和体积含水率对夏季暴雨事件的响应

为揭示表层岩溶带土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应机制,利用HOBO土壤温度和体积含水率监测仪,连续监测2014年7-8月20 cm和70 cm土壤温度与体积含水率。结果表明:研究区域20 cm土壤温度呈日变化,这种日变化格局主要受到大气温度日变化的影响,70 cm土壤温度总体上呈上升趋势,主要受到夏季大气环流使气温升高的影响。夏季暴雨事件降低了20 cm深度的土壤温度、增加其土壤体积含水率,并且导致70 cm处土壤温度先增高后降低、土壤体积含水率升高。土壤体积含水率较低情况下,暴雨事件使得浅层较高温度土壤水快速向下移动引起升温,而后土壤体积含水率到达一定阈值后,便能够快速响应降水事件。研究表明,岩溶地区不同深度土壤温度和体积含水率受到夏季降水事件的影响存在差异。浅层土壤能够快速的响应暴雨事件,深层土壤温度和体积含水率对暴雨事件的响应不仅受到降水量阈值的影响,而且也受到表层土壤温度和体积含水率的制约。      

巴丹吉林沙漠包气带水垂向分布和下渗的Monte-Carlo模拟评估

包气带土壤性质具有强烈的空间变异性,显著影响包气带水的分布特征和运移过程,在巴丹吉林沙漠这种包气带巨厚而观测困难的地区尤其值得重视.通过收集包气带不同深度水分观测资料和水力参数测试成果,采用前人提出的水分特征曲线参数的对数正态分布模型和互相关模型,对巴丹吉林沙漠风积砂的变异特征进行了Monte-Carlo模拟,发现稳定下渗带能够自由流动的水分体积含量低于5%.在此基础上重建土水势的垂向分布,发现稳定下渗带的水力梯度接近于1,基本满足重力作用控制的自由下渗条件.以残余含水率为独立随机变量,基于Richards方程对不同下渗强度条件的包气带含水率分布进行了Monte-Carlo模拟,通过与观测统计特征对比得到下渗强度的合理取值范围.结果表明,包气带水下渗强度最有可能取值范围是30～41 mm/a,且低于10 mm/a和高于50 mm/a的可能性都很小.包气带水的随机模拟方法为研究巴丹吉林沙漠地下水补给提供了新的视角.     

西安地区黄土含水率变化特点

通过对西安地区黄土剖面的野外观察、颗粒分析和含水率的测定 ,系统地研究了黄土层含水率的变化特点 ,初步认识到在同一黄土剖面上 ,黄土含水率从上到下呈波动变化 ,其峰值位于古土壤层内 ,而波谷处于黄土层内 ,并呈波动增加的趋势。在具有结核层的黄土层中 ,其含水率从上部到下部呈由大变小再变大的趋势 ,其峰值位于结核层之上 ,CaCO3 结核层具有隔水作用 ;在古土壤层中 ,从上向下 ,其含水率呈由小变大再变小的规律 ,其峰值出现在古土壤的中、下部位 ,即粘土化最强的部位。土壤质地是决定含水率大小的重要因素 ,在包气带中 ,黄土含水率的变化与粘土颗粒含量具有明显的正相关关系。     

西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度

鉴于包气带蒸发的水分是从地表散失,故查明裸土蒸发规律对研究包气带水分蒸发、潜水蒸发问题具有重要意义。为了查明西北干旱内陆盆地区裸土蒸发强度规律,通过开展裸土含水率观测、包气带负压观测等野外原位试验,结合气象资料,对包气带剖面流场特征进行分析,采用有限差分法对裸土蒸发强度进行计算。结果表明：依据包气带水分在垂向上迁移的不同状态,将裸土区包气带剖面划分为水分向上传输带和水分向下迁移带2个带;西北内陆干旱盆地裸土包气带极限蒸发深度为1.2 m;受外界蒸发能力和包气带向上输水能力交替控制作用,盆地内裸土蒸发出现在4月下半月至9月下半月,其中4月下半月至5月裸土蒸发强度最大,平均蒸发强度达0.56 mm/d;裸土蒸发强度平均仅占水面蒸发强度的3.5%,最大达6.7%。     

包气带增厚区土壤水力参数及其对入渗补给的影响

为探讨包气带深部增厚区土壤水力参数变化对入渗补给过程的影响,采用压力膜仪对河北正定深部包气带(8.0~21.0 m)10个原状土样进行水分特征曲线测试,利用RETC软件中Mualem-van Genuchten导水率模型对其拟合,获取含水率与非饱和导水率的关系曲线,并根据达西法对其进行分析讨论.结果表明:场地包气带深埋区的非饱和导水率为25~240 mm/a.当某一埋深历史水位下降速度越快,该埋深处相同含水率情况下土壤非饱和导水率越大,说明对应土层的入渗补给强度越大;因包气带厚度增大使原来位于饱水带的层状非均质土层转变为包气带,潜水位波动下降过程中深部包气带土层因排水压密作用,使得土壤水力特性发生变化,进而影响垂向入渗补给过程.      

黄土震陷性深度特征的试验研究

黄土震陷是地震发生时黄土地区发生的一种灾害。以典型马兰黄土（Q3）作为研究对象,对5组不同深度的原状黄土试样进行室内动三轴震陷试验,研究了该场地黄土震陷性随深度的变化特征。研究结果表明,（1）在天然含水率或是增湿、减湿情况下,黄土震陷深度曲线随动应力的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷深度的发展过程;（2）黄土震陷深度曲线的发展阶段动应力区间不尽相同,随着含水率的增加,黄土震陷快速发展期的动应力区间在变窄,最小动应力值变小,含水率20%条件下比5%最小动应力值可降低30%;（3）典型马兰黄土存在一个最大震陷深度,其最大震陷深度不受动应力、含水率影响,含水率仅能够降低达到最大震陷深度时最小动应力,加速黄土震陷深度的发展进程。在动应力不断增加的情况下,最终的黄土震陷深度曲线收敛于最大震陷深度,本次实验黄土场地的最大震陷深度约为15.5 m。     

甘肃黑河中下游影响绿洲植被发育的某些因素

黑河下游额济纳绿洲区和中下游沿黑河干流河床附近的潜水位埋深较浅,是维系地表植被生长的重要因素。中游高台附近潜水位存在每年双峰值的变化,较之下游额济纳绿洲潜水位每年单峰值的变化更有利于植被的生长。在包气带剖面中,同一时刻水土势、含水量、含盐量随深度的变化趋势基本相同。采样点包气带土壤中易溶离子含量相对较低,全盐量小于5%,中游采样点土壤中以HCO3-为主,下游以SO42-为主,由SO42-、Cl-和Na+、Ca2+组成的盐类构成了包气带土壤中的主要盐分。土壤中易溶离子含量自地表至潜水面之间随深度总体上呈减小趋势。植被的根系分布对包气带土壤含水量、水土势和易溶离子含量随深度的分布有着重要的影响,在植物根系发育带的土壤中含水量、水土势和易溶离子含量升高。     

甘肃黑河中下游影响绿洲植被发育的某些因素

黑河下游额济纳绿洲区和中下游沿黑河干流河床附近的潜水位埋深较浅,是维系地表植被生长的重要因素.中游高台附近潜水位存在每年双峰值的变化,较之下游额济纳绿洲潜水位每年单峰值的变化更有利于植被的生长.在包气带剖面中,同一时刻水土势、含水量、含盐量随深度的变化趋势基本相同.采样点包气带土壤中易溶离子含量相对较低,全盐量小于5%,中游采样点土壤中以HCO3-为主,下游以SO24-为主,由SO24-、C1-和Na 、Ca2 组成的盐类构成了包气带土壤中的主要盐分.土壤中易溶离子含量自地表至潜水面之间随深度总体上呈减小趋势.植被的根系分布对包气带土壤含水量、水土势和易溶离子含量随深度的分布有着重要的影响,在植物根系发育带的土壤中含水量、水土势和易溶离子含量升高.     

甘肃黑河中下游影响绿洲植被发育的某些因素

黑河下游额济纳绿洲区和中下游沿黑河干流河床附近的潜水位埋深较浅,是维系地表植被生长的重要因素.中游高台附近潜水位存在每年双峰值的变化,较之下游额济纳绿洲潜水位每年单峰值的变化更有利于植被的生长.在包气带剖面中,同一时刻水土势、含水量、含盐量随深度的变化趋势基本相同.采样点包气带土壤中易溶离子含量相对较低,全盐量小于5%,中游采样点土壤中以HCO3-为主,下游以SO24-为主,由SO24-、C1-和Na 、Ca2 组成的盐类构成了包气带土壤中的主要盐分.土壤中易溶离子含量自地表至潜水面之间随深度总体上呈减小趋势.植被的根系分布对包气带土壤含水量、水土势和易溶离子含量随深度的分布有着重要的影响,在植物根系发育带的土壤中含水量、水土势和易溶离子含量升高.     

黄土地区抽水过程中土壤水分运动的初步分析

文中主要介绍在黄土地区进行抽水试验过程中,利用中子水分仪观测潜水面以上非饱和带土壤含水率的变化状况。通过对试验结果的初步分析与讨论可知,在黄土地区进行抽水过程时,潜水面以上的土壤释水过程主要受潜水面的变化控制,土壤含水率的变化也是在较短的时间完成的。这一初步进一步研究黄土地区潜水含 水层的给水度将具有重要意义。     

大气作用下浅层非饱和黄土温度变化及其影响因素研究

为了研究大气作用下西北地区浅层非饱和黄土温度场的变化规律及其影响因素。填筑一维土柱模型,在室外自然条件中做大气循环作用下的蒸发模型试验。试验结果表明:在0~10 cm深度范围内,土体温度随深度的增加而降低,在土样表层5~10 cm处温度最低;在相同的外界条件下,土体初始体积含水率越高、压实度越大,导热系数越大,温度变化幅度越大。随着深度增加和蒸发时间增长,压实度和含水率引起的导热差异叠加,使得同一深度处不同压实度和不同含水率土体的温差增大;土体初始体积含水率和压实度均对温度的迁移产生影响,相对于随压实度的变化,土体体积含水率的改变对土体温度迁移影响更显著;随着蒸发时间的增加,温度由表及里逐渐升高,在深度方向上温度先减小后增大。不同深度处土体温度增长曲线大致为"S"型递增曲线,可分为蒸发3阶段。     

黄土潜水补给周期的探讨

西北黄土高原,由黄土塬、梁、峁及黄土台塬组成。黄土分布面积二十七万余平方公里。第四系黄土最大厚度近300米,一般80—150米左右。黄土潜水主要分布于六万余平方公里的黄土塬和台塬区。 黄土潜水埋藏深度5—120米,一般30—80米,大气降水通过包气带予以补给的周期是以日、月、年来     

原位非饱和黄土渗透系数研究

非饱和渗透系数为非饱和黄土分析中的关键参数,是基质吸力或体积含水率的函数,具体为何种函数关系尚难有定论,且非饱和渗透系数测定较为困难,运用土-水特征曲线间接推导具有较大随机性,稳态法及室内瞬态剖面法需考虑土体扰动影响。为此用原位瞬态剖面法处理黄土地区降雨入渗监测数据,得到黄土的非饱和渗透系数与体积含水率之间的关系,同时引入了田间测定非饱和渗透系数的θ法,二者计算结果具有较高的吻合度,证明了θ法的适用性。此外,基于不同时间体积含水率对深度的变化,提出用对数曲线拟合体积含水率与深度的关系,并应用到瞬态剖面法数据处理中,用此关系对θ法的一个基本假定进行了修正,得到了更接近实际的结果。     

包气带土壤DOM三维荧光表征及对砷污染的指示意义

为了解包气带土壤DOM组成特征, 探索其对砷向地下水中迁移的影响, 对江汉平原高砷区土壤DOM进行了三维荧光光谱分析.结果表明DOM主要为类腐殖质成分, 芳香性官能团的减少导致荧光强度随包气带深度增加而变小, 局部深度荧光信号不规则变化指示非均质土壤剖面上DOM组分或主导官能团的变化.平行因子分析表明, DOM组分可更细致地分解为4种组分, 与微生物源的还原、氧化醌类和陆生的腐殖质富里酸类等相似.砷很可能在DOM腐殖质成分络合作用下与之随水体一起向下迁移, 砷的迁移也可能与微生物源的醌类作用过程有关.三维荧光光谱分析准确、快速地刻画了包气带土壤DOM的组分类别及空间变化特征, 初步揭示了DOM影响砷迁移的可能作用方式, 为进一步的地下水砷污染机制的研究提供了重要的参考信息.      

不同雨强下黄土边坡降雨入渗测试与分析

黄土边坡的失稳问题是岩土工程中迫切需要解决的工程难题之一。首先,选取陕北黄土边坡为研究对象,开展4种雨强条件下的野外人工模拟降雨试验,通过测试边坡两侧开挖隔离槽并埋设隔离布从而改进测试边坡两侧的边界条件,实测不同雨强条件下边坡浸水深度以及土体含水率变化;然后分析不同雨强条件下降雨入渗过程和边坡应力变化特征,并比较不同雨强条件下入渗规律之间的差异。试验结果表明,不同雨强条件下的黄土边坡入渗深度均呈现坡脚最深、坡顶次之、坡中最浅的规律,入渗速率则是坡顶最快,其次是坡脚,最后是坡中;且随着深度的增加,雨水入渗能力逐渐减弱。随着雨强的增大,同一埋深处测点的体积含水率及土压力变化幅值变大,且含水率及土压力突变时间相应缩短,边坡的冲刷效果愈加明显。最后基于Geo-studio软件进行渗流分析,验证了现场试验结果的正确性,明晰了雨强对黄土边坡降雨入渗的影响。     

兰州地区黄土水平冻胀力分析

为研究不同含水率黄土在一维冻结融化过程中温度场和水平冻胀力的变化特征规律,选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的一维冻结融化试验。研究结果表明:土体的降温过程分为四个阶段,降温冻结初期各深度土体的温度下降速率较快;土体温度下降到0.4 ℃时降温曲线出现转折点,土层各深度降温速曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段;冻结后期各深度土体的温度下降速率较慢。最大水平冻胀力沿着土体深度先是稳定变化较为小,然后增大到最大值最后减小。水平冻胀力最大值随含水率有很明显的变化,含水率越高水平冻胀力越大,而其他值的大小受含水率的影响较小,水平冻胀力最大值出现在相对深度0.6～0.8处。     

试论洛川黄土塬区包气带水分的赋存与运移

当前在开发利用地下水的同时,包气带水分的赋存与运移问题及其对地下水的形成与补给作用,引起了人们的关注。大家知道,饱和带与包气带是地下水同一连续系统中的两个部分,二者不可分割。包气带中水分下渗,其数量与速率决定了地下水的储量与动态,反之,地下水的变化影响着包气带水分剖面及其运移条件。尤其是黄土地区特定的自然地理条件下,