黄土高原丘陵沟壑区包气带土壤水运移过程

包气带土壤水运移过程是黄土高原生态修复中亟需回答的关键科学问题。环境同位素方法可获取其他方法难以获取的水文过程信息。通过对黄土高原丘陵沟壑区羊圈沟小流域降水、包气带0~150 cm土壤水和绣线菊（Spiraea salicifolia）木质部水等样品的同位素δD和δ18O进行测定。结果表明:羊圈沟小流域降水同位素组成受蒸发作用影响较大,呈现明显分馏效应。包气带土壤水、降水与木质部水同位素组成存在明显月份变化特征。降水是土壤水的主要补给来源,灌丛的水分利用来源主要为降水和土壤水,符合降水-土壤水-植被水的运移特征。灌丛木质部水和20~40 cm土壤水δD和δ18O最为接近,20~40 cm土壤水是灌丛水分利用的主要来源。研究揭示了包气带土壤水运移过程及植物水分利用来源,为土壤水运移过程、模型结构与参数识别等提供科学依据。     

田间覆盖保墒技术措施的应用与研究

介绍了国内外的田间覆盖技术措施应用及理论研究现状。目前,研究土壤水热运移模型大致可分为等温模型和非等温模型两大类。分析和论述了两类模型代表模式及其特点;详细论述了地面覆盖对土壤表面水、汽、热状况的影响,以及不同覆盖材料,不同覆盖方式对土壤水热运移的影响;简述了二维土壤水热耦合模型及数值模拟计算。在总结已有研究成果基础上,提出了需进一步探讨的问题。     

干旱内陆灌区土壤水盐模型

研究干旱内陆区土壤水分运移规律以及土壤盐分运移规律,有助于合理利用水资源,减少潜水无效蒸发,防止土壤盐碱化。根据水量平衡和盐量平衡原理,建立了土壤水盐模型,计算土壤水盐迁移量,并对干旱内陆区土壤水盐运移规律做了初步研究。     

冻结-冻融过程中水分运移机理

为研究冻结-冻融过程中水分运移机理,在天山北麓平原通过人为控制潜水不同埋深条件下的模拟试验和田间土壤水分运移观测试验,分析了土壤水势分布和土壤含水量分布特征,发现冻结过程不同潜水埋深条件下的土壤水分运移机理、土壤水与潜水之间的相互转化关系有明显差异.在冻结过程中,潜水浅埋条件下,冻结层下界面与潜水面之间土壤水分运移状态呈上渗型,土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时引起潜水蒸发损耗使潜水位下降,表现出地下水向土壤水转化的基本特征.潜水深埋区,土壤水分运移状态呈上渗-入渗型,同样土壤水向冻结层下界面处运移、积累,同时潜水得到一定的入渗补给并使潜水位上升,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融过程中对于不同潜水埋深,由原来各自的土壤水分运移状态均逐渐转变为入渗型,形成潜水入渗补给,表现为土壤水向地下水转化的特征.冻融期是土壤水资源、地下水资源形成的重要时期,对于干旱少雨的西北地区而言,冻融水的形成、运移和入渗补给地下水具有重要的生态环境意义.     

GIS与遥感支持下基于层次分析法的土壤水资源分布研究——以石家庄市为例

开发了一个在GIS与遥感支持下基于层次分析法获得区域土壤水资源分布的新方法。本方法首先根据待研究区的特征选取土壤水影响因子,用层次分析法确定因子权重,建立土壤水资源评价模型,以2000年石家庄市为例,选取6个土壤水影响因子,分别是降水、蒸发、海拔、坡度、土壤孔隙度、土地利用方式,最后基于GIS的空间分析功能实现了石家庄市土壤水资源分级。该方法可为快速获取区域土壤水资源分布提供新的途径。     

土壤水资源的特性及若干指标

在分析作物生长条件下土壤水均衡要素的基础上，探讨了土壤水资源的概念，深入分析了土壤水资源的特性（对降水的依赖性与相关性、不易保存性、不可开采性、就地利用性和可调控性）。提出了土壤水理论无效库容、土壤水最大次调节量、土壤水可利用量等指标，并初步探讨了河北王瞳试验场土壤水资源的特征。王瞳试验场土壤水理论无效库容为３５５ｎｍ，土壤水最大次调节量为３１４ｍｍ；土壤水储存量和土壤水可利用量随气象条件、灌溉以     

水势理论在四水转化研究中应用时代特征与趋势:纪念ZFP方法引进我国30周年

20世纪80年代零通量面方法在我国应用中解决了"四水"转化研究中参数不确定性带来的问题,发现在降水入渗补给地下水过程中土壤总水势梯度大于1.0cm H2O/cm,且逐渐降低,流入、流出被监测土层的水量相等时土壤总水势梯度趋近于1.0cm H2O/cm。20世纪90年代,利用土壤水势与含水量之间量化关系,指导了农业节水灌溉,提出在灌溉过程中土壤水势梯度等于1.0cm H2O/cm的时间持续愈长,表明过剩灌溉而浪费的水量愈多的认识。进入21世纪以来,水势理论较广泛地用来解决土壤水盐分运移数值模拟与入渗模型中水文地质参数问题和降水入渗土壤水势运移微观机理研究,并发现表聚型、中聚型和底聚型土壤盐分剖面的水动力学特征。通过土壤水动力场调控改变土壤水盐(养分或污染物)运移是未来重要研究方向。     

土壤水研究在流域生态—水文过程中的作用、现状与方向

阐述了土壤水在生态系统和人类社会发展中的作用,论述了土壤水研究由形态学向能量学转变发展的历程、土壤水资源近几年研究的现状以及土壤水研究测定的方法及存在的问题,提出今后几年流域土壤水研究的重点领域应为:流域土壤水含量测定与动态监测;土壤水循环与水平衡;土壤水与生态系统关系的研究和流域土壤水预测模型的建立与完善等方面。     

基于DRAINMOD-S模型的滨海盐碱地农田暗管排水模拟

在分析农田暗管排水饱和-非饱和土壤水、盐运移数学模型的基础上,对DRAINMOD-S模型的基本原理和参数输入要求进行了详细描述,利用典型滨海盐碱地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型对不同排水暗管布置方案的地下水埋深进行了长序列模拟,在模拟率定参数的基础上,用DRAINMOD-S模型对0~80 cm土壤层剖面含盐量进行了模拟,结果表明:模型具有良好的水文模拟性能,地下水位及土壤含盐量模拟值与实测值拟合精度较高;可用于预测盐碱地地下水埋深、土壤层剖面中盐分含量,是改良盐碱地农田暗管排水工程设计和水管理的有效工具。     

土壤-水混合实验同位素变化研究

土壤是一个复杂的系统,研究土壤对输入水分中氢氧稳定同位素组成的影响对了解水分在土壤中的运移机理及流域径流分割等具有重要作用。通过两种不同土壤与同一种输入水之间和同一种土壤与两种不同输入水之间的两组混合实验,研究土壤水与输入水达到同位素平衡的时间和引起二者同位素变化的原因。实验结果表明,土壤水与输入水之间同位素变化主要由混合作用引起;土壤对输入水氢氧同位素的吸附现象较难观测到,易被氢氧同位素测样误差掩盖,有待进一步研究;土壤水和输入水在混合搅拌条件下最快能在0.5～1h达到同位素平衡。     

土壤侵蚀模型研究现状与展望

土壤侵蚀已成为极为严峻的环境问题之一,对它进行准确的预报具有重要的实践意义.本文对国内外土壤侵蚀模型的研究现状进行了详细的回顾,并对我国土壤侵蚀模型研究中相对薄弱的环节进行了深入的分析.旨在借鉴国外研究经验,促进我国土壤侵蚀模型研究的进展.     

土壤质量评价国外研究进展

土壤是人类赖以生存的根本资源。土壤质量涉及到动植物生产力,大气、水的质量和人类的健康,随着人们对自然资源和环境保护意识的增强,越来越多的国家和地区已将土壤质量评价工作作为实现可持续发展的一个重要方面。通过土壤质量评价,了解土壤管理和利用的现状,为土壤质量的改善及可持续利用提供理论依据和技术支撑。根据国外近10年的研究,总结了主要的评价指标体系和评价方法。评价指标主要包括土壤物理、化学和生物性质3个方面的指标。评价方法分为定性和定量评价,定量评价应用较广,包括土壤质量指数、土壤质量模型、多元线性回归、相对土壤质量法等。掌握和了解国外相关研究的动态,对于开展土地质量地球化学评估及土地的分等定级工作有着重要的意义。     

回顾中国土壤分类历史,缅怀一代宗师李连捷教授

李连捷先生是著名的土壤学家。因为有地质学的背景,他的土壤发生与分类研究特别注重地学因素,其中包括成土母质的影响。1932年他在燕京大学毕业后,跟随J.Thorp开始了他的土壤学专业生涯。J.Thorp1936的中国土壤分类系统即基于李连捷与他的同事们累积的土壤调查资料。李先生毕生从事土壤地理与土地资源研究,走遍中国许多地区,对揭示中国土壤的特性、发生和分布做出了突出贡献。解放前,李先生的土壤调查工作主要是建立土类和土系。解放后,他参加和领导了许多重大的服务于农业发展的土壤综合考察工作。通过土壤调查和教学活动,他为我国的土壤分类发展做出了突出贡献。他总是追求土壤分类的革新。他在晚年引入和介绍了美国土壤系统分类,支持建立“中国土壤系统分类”。     

吉林省南部地区生态环境地质调查中土壤环境地球化学研究

土壤环境是人类生态环境重要组成部分。通过土壤Ａ、Ｂ层元素含量特征参数对比,表层土壤环境地球化学分布特征、异常特征、环境容量状况评价,认为研究区内土壤环境状况良好,但土壤污染已从城区开始,向广大农村地区扩展,农作物所需的有机质及微量元素亏损严重,因此保护和改善土壤环境,已刻不容缓。     

饱和粉土振动液化分析

液化是造成场地地震破坏的首要原因之一。自Casagrande的经典工作以来,对地震液化的研究已经取得了很大的进展。然而这些研究大多是针对于砂土而进行的,对于粉土液化研究的相对较少,且粉土的液化特性也有别于砂土。因此,在已有研究的基础之上利用粉土液化试验得出的结果,分析了粉土液化的机理、影响因素以及在振动过程中粉土中孔隙水压力的增长规律,认为粉土中的粘粒含量、密实度以及土的结构性对其抗液化能力有较大的影响。考虑到试验中振动次数的离散性,引入了时间参数的概念,根据动三轴试验结果提出了孔隙水压力增长的经验公式,可以比较方便地应用于计算液化的有限元程序中去。     

Numerical analysis of thermal fracturing in subsurface cold water injection by finite element methods

Integration of poromechanics and fracture mechanics plays an important role in understanding a series of thermal fracturing phenomena in subsurface porous media such as cold water flooding for enhanced oil recovery, produced‐water reinjection for waste disposal, cold water injection for geothermal energy extraction, and CO₂ injection for geosequestration. Thermal fracturing modeling is important to prevent the potential risks when fractures propagate into undesired zones, and it involves the coupling of heat transfer, mass transport, and stress change as well as the fracture propagation. Analytical method, finite element method, and finite difference method as well as boundary element method have been used to perform the thermal fracturing modeling considering different degrees and combinations of coupling. In this paper, extended finite element method is employed for the thermal fracturing modeling in a fully coupled fashion with remeshing avoided, and the stabilized finite element method is employed to account for the convection‐dominated heat transfer in the fracturing process with numerical oscillation circumvented. With the thermal fracturing model, a hypothetical numerical experiment on cold water injection into a deep warm aquifer is conducted. Results show that parameters such as injection rate, injection temperature, aquifer stiffness, and permeability can affect the fracture development in different ways and extended finite element method and stabilized finite element method provide effective tools for thermal fracturing simulation. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

带相变瞬态温度场问题的扩展有限元解析

带相变瞬态传热问题是寒区工程多场耦合问题求解的关键.在剖析常规有限元法在求解带相变瞬态温度场问题的不足的基础上,结合冻土冻融温度变化的特点,提出采用扩展有限元法求解冻土工程带相变瞬态传热问题的新方法,以四边形单元为例推导了冻土工程温度场的求解格式,详细剖析了瞬态传热过程中移动界面水平集函数的构造、单元刚度矩阵的形成及高斯积分的求解.据此编写了相应的扩展有限元程序,通过经典Stefan问题全面验证了程序的正确性与合理性.     

挤密条件下U型地埋管换热器换热效率的理论分析及数值模拟

土层的导热系数是影响地源热泵地埋管换热器换热效率的重要因素之一,与土样的密度密切相关。为了提高地源热泵换热器换热效率,本文基于柱热源理论,建立了挤密钻进条件下换热器的传热理论模型,对换热器的换热效率进行了计算,并利用Ansys有限元软件对土层挤密条件下换热器的换热效果进行了数值分析。结果表明,与传统方法相比,土层挤密可有效降低钻孔周围的热阻,U型管换热器的换热效率可提高17%~20%。     

简化接触模型的月壤离散元数值分析

根据月壤其颗粒级配可归类于粉质砂土。针对真实月壤所处的环境（无水、低重力场、低气压等）,将Perko等2001年提出的月壤颗粒间的范德华力植入离散元分析软件PFC2D中,模拟了刚性边界下加入该模型与未加该模型试样的双轴压缩试验,研究了颗粒间范德华力对试样的宏观力学特性与微观颗粒接触的影响。结果表明,颗粒间的范德华力对试样的抗剪强度、体应变以及颗粒平均配位数都有显著的影响     

土壤水取样技术应用基础研究——土壤水提取量与土壤含水量关系

土壤水取样技术在环境地质研究领域，特别是包气带污染质迁移，集聚研究，浅层地下水的污染预测与防治，盐渍土改良及农业生态研究等方面具有重要的应用价值。因而，以实验资料为依据。研究了土壤水取样技术某些重要应用基础问题，重点描述了土壤水取样器在4种不同岩性中的土壤水提取量与土壤含水量的关系，岩性中的土壤水提取量与土壤吸力的关系，并建立了相应的相关方程，以及对影响土壤水取样速率和取样量主要因素等问题进行了分析。