利用Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线

利用Van Genuchten模型对用砂性漏斗测量中砂的吸湿过程和脱湿过程土壤水分特征曲线进行拟合,结果表明实测曲线和拟合曲线吻合很好,并得出Van Genuchten模型中的残余含水量、特性参数α和n,模拟计算表明,中砂有αw=1.69αd的关系,为研究水分和污染物在非饱和土壤中运移问题提供土壤水分运动键参数.     

土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展

土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题.将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法.在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望.     

干旱区包气带土壤水分运移及其对地下水补给研究进展

包气带是指地表到地下水之间垂直剖面中土壤孔隙没有被水充满、水分处于非饱和状态的区域,是地表水进入地下水的通道。包气带土壤水分运移过程不仅影响到地下水补给,而且与相邻景观之间存在水力联系。评述了干旱区包气带土壤水分运移模拟、地球化学示踪技术、地球物理技术在包气带土壤水分运移研究中的应用、影响包气带土壤水分运移及对地下水补给的因素、包气带水分运移对景观间水分交换的影响等方面的研究进展,提出在未来的研究中,应加强包气带土壤水分运移参数的试验观测及数据库建立、加强包气带土壤水分运移及其对地下水补给的研究,应借鉴地球关键带研究的思路,开展包气带土壤水分运移、溶质运移、地下水补给耦合研究。     

非饱和土壤水分运动参数的确定——以河南驻马店亚粘土为例

土壤水分运动参数的选取和确定是研究包气带中水分贮存和运动的基础.本文以河南驻马店亚粘土为例,进行了非饱和土壤水分运动参数的测定.通过将实测数据与经验模型拟合,将实验结果、计算结果和拟合结果进行了对比分析,发现所用的经验模型与实际数据吻合较好.研究结果表明选用的经验模型是可靠的,从而确定了土壤水分运动最优参数.     

温度对土壤水分运动基本参数的影响

为探讨土壤温度变化对土壤中水分运动过程和运动参数影响机理,在室内实验的基础上结合理论探讨,对不同温度条件下实验土壤的水分特征曲线、导水率、扩散率和比水容量等土壤水分运动基本参数的温度效应进行了研究分析.结果表明:土壤温度对土壤水分性质及土壤结构性质影响显著,二者共同作用使得土壤水分运动过程发生改变,且其影响效应可通过土...     

沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型

为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型.     

宏观水力传导度及弥散度的确定方法

根据非饱和水力传导率野外试验的统计数据,利用由随机理论推求的宏观水力传导率、宏观水分特征曲线、宏观弥散度的计算公式,计算了介质的宏观参数,为区域非饱和水分运动和溶质运移问题的分析和预测奠定了基础.     

邯郸地区土壤水入渗规律实验及数值模拟方法研究

在对土壤入渗理论进行总结和分析的基础上,依据邯郸市平原区的水文水情的基本特点,选定2~3处地点进行实验,完成了静态数据的收集和动态数据的观测,确定了实验区土壤质地类型、土壤容重等物理特性,结合实验测定的饱和导水率K、土壤水分特征曲线θ（ h）推算非饱和导水率K（θ）、扩散率 D（θ）等土壤水分运动参数。运用上述数据对Van Genuchten模型加以改进,并运用改进后的模型对实验中的水分变化过程进行数值模拟。结合实测成果和数值模拟成果,对邯郸市平原区已选定实验点土壤水入渗规律进行分析。     

旱区不同层状结构土壤的水分运移过程与模拟

针对位于干旱-半干旱气候带的我国西北部矿区生态修复过程中重构层状土壤水分运移规律不清等问题,通过设置不同层状结构土壤进行水分运移入渗试验,监测土壤剖面水分变化,采用Hydrus-1D模拟降雨入渗过程,从土壤水分、水势和水通量3个方面揭示层状土壤水分运移特征,并基于优化后的模型进行情景模拟,探究夹层特征对浅层土壤水分运移的影响。研究结果表明,夹层明显改变了土壤水分的分配与运移过程,土壤水势在夹层界面连续分布,而土壤水分在夹层界面发生突变;虽然黄土夹层和风化砂岩夹层都阻滞了土壤水分的下渗,但其阻滞原理不同,前者表现为黏质夹层渗透性能差导致夹层以上土壤水分滞留,后者归因于粗质夹层土壤基质势小造成水分持留在上部黏质土壤中;根据不同夹层属性的情景模拟结果,提出在风积沙40 cm深度处设置20 cm厚的黄土夹层有利于提高夹层以上土壤水分以供植被利用。研究探明了风积沙区充填黄土对土壤水分运动的影响,并为土壤类型以风积沙和黄土为主的我国西北部矿区在生态修复中的土壤重构方式提供了参考依据。     

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。     

基于非饱和模拟的海绵体土壤蓄渗能力评价

在武汉市长江新城起步区开展了海绵体土壤蓄渗能力评价,基于10个双环入渗试验和土壤颗分资料,利用HYDRUS-1D构建了非饱和水流数值模拟模型,对2018年降雨蒸发条件下海绵体土壤中的水分运移过程进行模拟,定量计算了海绵体土壤的蓄水容量和入渗水量。结果显示：非饱和数值模拟很好的仿真了降雨入渗过程,可准确计算海绵体土壤的蓄水容量和入渗能力。     

基于分形理论研究土壤结构及其水分特征关系

为定量获得土壤结构对其水力性质的指示作用,室内实验选用华北平原子牙河流域原状土样为研究对象,用张力计法和激光粒度分析仪分别测定土壤水分特征曲线和样品粒度分布,基于分形理论计算土壤粒度分布的分形维数,采用实验测定与模型验证相结合的方法对水分特征曲线进行分析.结果表明,土壤颗粒粒度分布在[10 μm,50 μm]区间内的分段分维值是表征土壤粒度累积分布显著上升段特征的关键参数,与0~80 kPa吸力范围内的土壤水分特征曲线幂函数模型拟合参数(a、b)有极显著相关关系.研究区内土壤水分特征曲线以分形形式表达的幂函数模型为:θ=100.78×(3-D)S(D-3)/3,利用土壤结构分形特征能够有效指示其水力性质.      

北京市永定河冲洪积扇砂砾层非饱和水力学参数估算

文章通过测定北京市永定河冲洪积扇砂砾层水分特征曲线,采用VG模型估算砂砾层的非饱和导水系数、比水容量和扩散率等水力学参数,建立了基质势(吸力)和各参数之间的关系。实测含水量和计算含水量的比较验证结果表明,所建立的计算公式可以用来估算永定河冲洪积扇砂砾层的非饱和水力学参数。这些参数是北京市地下水运动和污染物质运移模拟的基础数据。     

基于室内土柱穿透实验的优先流定量评价

土壤优先流对包气带水流和污染物运移的影响已引起广泛关注,但大多数研究还停留在定性描述上,缺乏对优先流定量评价的标准。基于室内土柱实验获取的穿透曲线,分析了饱和条件下土壤溶质优先运移的一般规律,采用解析法模拟软件CX-TFIT拟合了溶质优先运移的参数,同时结合时间矩方法计算了定量评价优先流的指标PFSP。研究结果表明:时间矩方法中的一阶标准矩μ′1、二阶中间矩μ2以及偏态系数S可以定量刻画穿透曲线的特征,从而指示优先流的程度;PFSP能很好地刻画优先流作用的大小。该研究对优先流的定量评价具有重要指导意义。     

夏玉米田土壤水分-养分-盐分剖面二维数值模拟

以衡水试验场夏玉米田为例，建立了田间沟垄地形条件下土壤剖面的二维饱和－非饱和水流及溶质运移数学模型，对夏玉米生长条件下土壤剖面水分、养分和盐分（以下简称水养盐）的动态进行了模拟，揭示了典型时刻土壤水流动系统特征及其与土壤水分、养分和盐分的关系。结果表明：①所建立的数学模型以及模型中的参数可较好地描述和模拟土壤剖面水养盐的运移过程和变化规律；②土壤剖面水养盐的分布明显受土壤沟垄地形的影响；③在夏玉米生长期，土壤处于“耗养”和“脱盐”状态。     

土壤水分特征曲线模型模拟性能评价

土壤水分特征曲线模型作为实验测定土壤水分特征数据的一种替代方法,因其具有计算方便快捷和便于嵌入数值模拟程序的优点,开始受到越来越广泛的关注。虽然文献中存在众多的土壤水分特征曲线模型,但是这些模型的适用范围及拟合性能尚不明确。为了获得更加准确适用的土壤水分特征曲线,在实际应用中通常需要花费大量时间和精力去测试各种模型。为了解决上述问题,在国内外研究成果的基础上收集整理了12种典型的土壤水分特征曲线模型,并利用包含不同质地、有机质含量及容重的8种土壤的实测土壤水分特征数据来评估比较这些模型的模拟性能。模型性能通过均方根误差（RMSE）、平均偏差（AD）、AIC准则（Akaike Information Criterion）和纳什效率系数（NSE）4个指标评估。研究结果表明：大部分的模型能够提供比较接近于实际的拟合结果,评价指标值也比较相近。其中,KCGS2006（包含3个参数）和K1999模型（包含2个参数）拟合效果最好,而Gregson1987（包含1个参数）的拟合效果最差。该研究可以深入了解各种土壤水分特征曲线模型的适用性与局限性,更好地为生态环境建设和农业可持续发展研究中土壤水力参数的选取提供依据和参考。     

基于SWCC试验数据的坝体非饱和非稳态渗流与稳定性研究

饱和-非饱和状态是土存在于自然界的真实状态,描述和解释这种状态的非饱和土力学理论在土石坝渗流、污染物传输、冻土渗流相变、边坡和路基稳定性分析等领域有着广泛的应用。非饱和土的土水特征曲线(SWCC)是非饱和土力学研究的基本内容之一,对非饱和土体渗流和稳定性分析至关重要。采用Python语言开发了非饱和渗流与稳定性分析软件包USSA和非饱和土土水特征曲线试验数据处理和模型拟合界面。对非饱和土的土水特征曲线数据进行处理,以模型拟合参数作为基本输入进行非饱和渗流场的模拟,再到非饱和土的稳定性分析,详细呈现了非饱和土渗流与稳定性分析及软件开发的全过程。基于SWCC模型的拟合参数对坝体渗流稳定性进行了分析,分析结果表明水位变化过程中坝体两侧斜坡具有明显不同的稳定性演化规律。当采用有限元强度折减法进行非饱和土斜坡稳定性分析时,最终安全系数为所有边坡安全系数演化曲线的最低包络线。     

充填结构包气带水分运动参数试验研究

煤炭开采引起大面积沉陷,利用粉煤灰或煤矸石作为充填介质,并覆盖一定厚度土壤的方法进行土地复垦是一种重要的充填模式。以粘质土壤、粉煤灰、煤矸石为研究对象,采用室内试验方法分别测定其物质的水分特征曲线、非饱和导水率曲线、容水度、水分扩散度等充填结构包气带的水分运动参数,为研究土壤-粉煤灰、土壤-煤矸石充填结构包气带水分运动规律提供参考依据。     

离心实验在污染物迁移研究中的应用

离心实验模拟以其可以获得与原型一致的应力水平并且能够大大缩短原型历时而被应用于污染物迁移实验研究。在离心相似理论及离心实验模拟的相似基础上,重点回顾了离心机在饱和带水分、非饱和带水分、保守性溶质、NAPLs、重金属、核素迁移以及污染场地修复方面的实验应用。最后讨论了离心模拟中土壤预制和加速度选择的问题,并简单介绍了离心监测方法。可以得出结论:离心机能够成功用于各类物质迁移的实验研究中,离心实验模拟能够为理论和数值等分析方法快速提供真实可靠的参数依据,但离心实验的理论基础和监测方法需要进一步完善,此外也应积极开展更接近实际情况下的离心实验模拟研究。     

半导体多点式土壤湿度计的研制

在非饱和土壤水运动的实验研究中,为获得非饱和土壤水分运动与土壤水势能的关系,常用张力计(负压计)来测量土壤水势能与土壤含水量的变化。近年来日本已采用一个压力传感器与一个陶土管相接,来测试土壤含水量,已获得良好效果。美国用一个传感器与扫描阀