季节冻土区水盐迁移及土体变形特性模型试验研究

为研究盐渍化冻土水分、盐分迁移规律以及变形特性,探索寒区旱区土壤盐渍化机制,配制了不同含盐量的粉质黏土进行模型试验。试验结果表明,温度、水分、盐分和土体变形之间相互耦合。温度降低有利于盐晶体析出和未冻水结冰;反之,温度升高易于晶体溶解和冰融化。水盐相变过程中伴随能量的释放或吸收,影响土体温度。盐分改变了流体的动力黏度和土体冻结温度,并且盐分结晶使土体产生较大的吸力,加剧了未冻水含量的变化。水分是盐分迁移的介质,盐分以离子形式随未冻水迁移。降温期水分盐分向上迁移,升温期迁移方向相反。迁移速率与吸力有关,冻结缘附近吸力最大,速率最快。盐渍化冻土的变形是盐分和水分共同作用的结果,含盐量较低时冻胀和融沉是土体变形的主要因素;当含盐量较高时盐胀和溶陷占主导作用。     

冻融期土壤水盐变化特征分析——以黑河上游祁连县阿柔草场为例

冻融作用是土地盐碱化的形成机制之一,对冻融区春季积盐有明显的控制作用.在冻融过程中,土壤剖面结构发生变异,形成冻结层、似冻结层和非冻结层.以祁连山黑河上游阿柔草场为例,研究了解冻期土壤水盐运移变化特征.阿柔草场隶属青海祁连山地区,地处西北高寒地区,为季节性冻土区,大面积土壤经历冬冻春融的冻融循环.这种循环引起了土壤中水分和盐分运移的特殊规律,即冻结时土壤中的水分和盐分向冻层迁移,使得冻层的土壤含盐量明显增加;而融化时,由于地表蒸发,土壤中的水分和盐分又向地表强烈迁移,从而造成盐分在地表积聚,诱发盐分两次抬升.     

基于遗传人工神经网络的土壤盐渍化敏感性分析模型

本文以疏勒河流域的昌马灌区为例,运用遗传人工神经网络模型方法探讨各影响因子对土壤盐渍化的敏感程度。模型考虑了降水量、蒸发量、地下水埋深、地下水矿化度、地面坡度、粘土层顶板埋深、土壤质地和土地利用等因子。结果表明:地下水矿化度的变化对土壤积盐影响最大,是最灵敏的因子,其次分别是地下水埋深和蒸发量。粘土层埋深对积盐过程起到较大的作用,其影响仅次于蒸发量,降水量和地形坡度的灵敏程度基本相当。分析结果可以为灌区土壤盐渍化预测及防治提供科学依据。     

天津滨海地区土壤剖面盐渍化特征及其影响因素

土壤盐渍化是由自然或人类活动引起的一种环境风险,对工农业生产具有重要影响。本次研究在天津滨海地区布置了6条具有代表性的土壤盐渍化剖面,选取其中4个剖面进行了为期两年的按月采样监测。研究发现,除了BHY6土壤剖面由于长年耕种,表现为平衡型土壤剖面形态之外,其余基本表现为底聚型土壤盐渍化剖面形态;从剖面中下部直到底部浅层地下水位附近,土壤中阳离子以Na+为主,阴离子以Cl-或Cl-+HCO-3为主,尤其在浅层地下水矿化度显著偏高(达盐水程度)的地区,土壤中Na+、Cl-所占比例具有绝对优势,具有滨海盐土的基本发生特征;气候因素、浅层地下水矿化度及埋深、表层土壤植被都是滨海地区土壤盐渍化的重要影响因素。表层土壤表现出春季积盐、夏季脱盐、秋冬季缓慢积盐的特征,浅层地下水矿化度越高、埋深越浅,其土壤剖面含盐量越高;果林地和长期耕种的土地可以降低土壤盐分的活性,有效抑制盐分的累积,降低滨海地区土壤盐渍化程度,保护和改良土壤。     

旱区湿地周边盐渍化农田生态水位阈值与“水位-水量”双控技术

西北旱区湿地周边农田易盐渍化,合理实时控制和降低地下水水位是实现湿地保护及其周边农田盐渍化防控“双赢”的有效途径。选取西北石羊河流域邓马营湖湿地与农田之间过渡带为示范研究区,通过分析地下水埋深变化特征及其与表层土壤盐分的协同关系,确定生态水位阈值,并基于该阈值研发了由虹吸辐射井群为支撑的地下水“水位-水量”智能双控技术,其关键点是:采用一井虹吸联通多个辐射井,用于增大弱透水层区单井涌水量,实现水位面状控制;利用电系统、信号系统和控制器集成智能控制子系统,实现地下水水位和水量的实时控制。该技术示范应用结果表明:随地下水埋深增大,农田盐渍化风险和湿地植被芦苇覆盖率均降低,农田盐渍化防控和湿地保护的地下水埋深阈值为1.9～3.0 m;每年7—8月的潜水蒸发阶段是表层土壤主要积盐时段,期间智能双控系统可将地下水埋深调控在水位阈限范围;该双控作用不仅能够控降灌溉引起的表层土壤电导率的增大幅度,而且还能有效降低表层土壤的积盐速率;相对微咸水,淡水灌溉条件下智能双控技术的淋盐和控盐效果更明显。因此,这项技术能够实现地下水水位精准调控,对旱区湿地保护及其周边农田盐渍化防控具有重要的现实意义。     

疏勒河流域中游地区盐渍形成条件及改良措施

疏勒河中游地区气候干旱,而灌区及周边地区范围地下水埋藏较浅(大部分地区2 m左右),强烈的蒸发积盐作用形成了大面积的土壤盐渍化。分析疏勒河流域中游昌马及双塔两灌区盐渍化形成的条件、盐渍土类型及分布规律,根据前人试验成果和实际调查结果,提出灌区内土壤盐渍化改良的具体措施。     

吉林省松嫩平原土壤盐渍化过程中的地下水作用

吉林省松嫩平原从补给区到排泄区，地下水盐度逐渐增高，土壤盐渍化程度逐渐加重。作者采用3个模型(区域地下水流系统模型、风化—溶滤模型和蒸发—沉积模型)来模拟盐渍化的发生发展过程，这些模型与区内的地下水运移、土壤岩石的风化和沉积地质过程相一致，其中地下水是盐的迁移、聚积和排泄的主要地质载体。     

吉林省松嫩平原土壤盐渍化过程中的地下水作用

吉林省松嫩平原从补给区到排泄区，地下水盐度逐渐增高，土壤盐渍化程度逐渐加重。作者采用3个模型（区域地下水流系统模型，风化－溶滤模型和蒸发－沉积模型）来模拟盐渍化的发生发展过程，这些模型与区内的地下水运移，土壤岩石的风化和沉积地质过程相一致，其中地下水是盐的迁移，聚积和排泄的主要地质载体。     

冻融季节苏打盐渍土的水盐变化规律

通过野外定位观测和室内分析,探讨了冻融季节的微域尺度(32 m长的横剖面)苏打盐渍土的水分和盐分的变化规律.结果表明:冻结期大量地下水迁移并储存在盐化草甸土的冻层中,同时地下水位埋深迅速从1.2 m下降到2.5 m以下;苏打盐化草甸土冻结层的含水率明显增加,其中30~40 cm土层的含水率变化最明显(从冻结前的20%增加到50%).苏打碱土冻层的含水率增量不明显,但盐分显著增加,其中白盖苏打碱土表层的盐分增量幅度达80%.盐分变化主要表现为苏打盐渍土表层HCO₃-、CO₃2-、SO₄2-以及Na+的增加,大量盐分表聚使消融期土壤的盐渍化程度不断加重.     

地下水浅埋条件下越冬期土壤水热迁移的数值模拟

应用土壤冻融过程中水热耦合迁移模型,对内蒙古河套灌区地下水浅埋条件下整个土壤冻融过程进行了模拟,分析了越冬期土壤水热迁移规律．结果表明,快速冻结阶段土壤冻结速度随深度线性减小．冻结过程中某一深度处的含水量增量与冻结速度呈双曲线型相关关系．提出了土壤冻融过程中的特征含水量概念,以描述土壤含水量的动态变化特征．     

银北地区土壤盐渍化形成机理与模拟研究

银北地区位于干旱、半干旱气候带,降水稀少,蒸发强烈,导致本地区土壤盐渍化严重。近年来,由于黄河来水量的逐年减少,引黄灌溉不能满足农业灌溉需求,逐渐开始开采利用地下水。由于银北地区浅层地下水矿化度较高,利用地下水灌溉可能引起次生土壤盐渍化。本文运用PHREEQC模型软件模拟灌溉水与土壤之间的相互作用过程,探讨了土壤盐渍化的形成机理。通过模拟分析得到以下结论:(1)地表水和地下水联合运用是解决银北灌区土壤盐渍化的关键,不同地区采取不同的混合比例,可以实现水资源的高效利用。(2)银北地区灌溉淋洗期间存在蒸发浓缩叠代在2~4次,说明存在轻微蒸发。(3)INVERSE模拟结果说明,银北地区灌溉淋洗期间存在轻微蒸发,水相和固相的相互作用,石膏、白云岩和盐岩溶解,Na 、Ca2 和Mg2 吸附交换,渠水下渗转化为地下水;非灌水期地下水通过毛细管作用强烈蒸发,水相和固相的相互作用,石膏、白云岩和盐岩沉淀,Na 、Ca2 和Mg2 解吸附,使有害盐分氯化物、硫酸盐存留在土壤层中,形成土壤盐渍化。     

江苏沿海盐渍土盐渍化程度及其影响因素分析

盐渍土是江苏沿海地区开发建设需关注的地质环境问题之一。本文系统采集5 m以浅的土样,开展易溶盐试验,研究了江苏沿海盐渍土分布规律、盐渍化程度及影响因素。研究结果表明:全区盐渍土平行于海岸线分布;以中、弱盐渍土为主,强盐渍土零星分布。受沉积环境、气候、水文地质条件、人类活动等共同影响,盐渍化程度空间差异明显。平面上,盐渍化程度呈北强南弱、向海岸线方向延伸有逐渐增强的趋势,强盐渍土分布于连云港黏性土区,岩性、地下水矿化度为主导影响因素。垂向上,表层普遍积盐,连云港地区分带不明显,大丰和南通地区自地表而下可划分为三带,表层土蒸发积盐、中层盐动态变化、下层土饱水盐稳定,地下水位、土体结构为主导影响因素。随着沿海大开发的快速推进,为防止次生盐渍化问题,需关注地面沉降导致的地面高程损失诱发海水入侵加重表层土盐渍化,工程建设中可设置隔离层截断高矿化度地下水的毛细作用。     

伊犁河流域土壤盐渍化对地下水特征的响应

分析土壤盐渍化与地下水特征之间的关系对区域水土资源可持续利用具有重要意义,同时也为地下水资源管理的科学化和现代化提供技术支撑。利用136个土壤剖面的540个土壤样品及相应地下水观测数据,采用对数正态分布模型,对伊犁河流域地下水埋深、矿化度对土壤盐渍化的影响进行了研究,计算分析了防止土壤盐渍化的地下水临界深度。结果表明:研究区表层土壤含盐量随地下水矿化度的增加呈指数增加的趋势;各土层含盐量随地下水埋深的增加呈对数下降的趋势;当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,盐渍化土壤出现频率峰值所对应的地下水埋深分别为1.44 m、1.65m、1.83m与1.63m。为了防止土壤次生盐渍化,当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,地下水埋深分别控制在2.06m、2.49m、2.66m与2.24m以上。地下水矿化度越大,可在较大的地下水埋深范围内发生土壤盐渍化。对数正态分布模型分析结果与对数拟合曲线分析结果基本一致,说明研究结果是可靠的。地下水埋深2.5m可作为防止土壤盐渍化的临界地下水埋深。     

冻结作用下考虑补水层影响的水分迁移试验

冻融协同淋洗修复污染土壤的过程中,为了提高淋洗效率,须使土体在冻结过程中吸收更多的水分或淋洗液。因此,通过室内大尺寸单向冻结水分迁移试验,开展了开放系统下温度梯度、冻结速率及补水方式对水分迁移的影响研究。试验结果表明：冻结过程中土中水分迁移与温度梯度的变化速率有关,变化速率越大水分迁移量越大;可以通过边界温度控制冻结锋面推移速度进而影响土中水分的迁移,当冻结锋面推移速度为0.5 cm·d^-1左右时,补水速率最大;距离冻结锋面越近水分迁移量越大,当距离冻结锋面10 cm左右时,水分迁移量开始增大,可通过在土体中添加多层补水层的方式让土体吸收更多的水分;有外界水源的补给下土体含水量整体增加,但上层土体含水量增加较多,下层土体含水量增加较少。     

关于海河平原土壤水盐动态调控指标的探讨

半干旱地区土壤水盐动态的特征是：盐渍与旱涝相联系；旱季蒸发和盐与雨季淋溶脱盐两种过程交替发生；土壤与地下水水盐运动相互作有。防治土壤盐渍化，不仅要调控土壤根层盐渍度不超过作物耐盐国界值，而且要调控地下水埋深在临界动态；即旱季在防治盐渍化的临界深度（2－3m）；雨季前在防涝蓄雨深度（4－6m），雨季在作物抗湿深度（0．5－1．0m）。最大限度地把天然降雨转化为可利用的水资源，使旱涝盐渍得到综合治理。目前海河平原已有大面积盐渍土得到改良，但还存在潜在盐渍化土壤。土壤根层盐渍度已低于作物耐盐度，但有的心底土盐分重，或地下水矿化度高，一旦地下水位升高仍会发生盐渍化。这个地区又是引黄或引江灌区所在，调控地下水埋深在临界动态，是预防灌溉次生盐渍化发生地关键。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验: A组无地下水补给,土柱高度60cm;B组地下水维持在距土柱表层60cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深（0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,2.5m）情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

不同地下水补给条件下非饱和砂壤土冻结试验及模拟

为研究土壤冻融过程中不同地下水位对土壤的补给规律,在室内进行了两组不同地下水边界条件下的土柱冻结试验:A组无地下水补给,土柱高度60 cm;B组地下水维持在距土柱表层60 cm深度处。土壤在冻结过程中水分及盐分均呈向上运移趋势,稳定浅地下水补给会加剧水分及盐分向上运移,造成上层土壤盐分的聚积,影响土壤剖面的热量平衡,引起剖面温度的重新分布,从而减缓冻结锋的推进速度。运用HYDRUS-1D冻融模块对不同地下水埋深(0.5 m,1.0 m,1.5 m,2.0 m,2.5 m)情况下冻结过程中水分运移规律进行了模拟。模拟结果表明:累积补给量在埋深小于1.5 m时随埋深增加而有所增加,而当地下水埋深大于1.5 m时,累积补给量随着埋深增加而有所减小,甚至保持不变。     

天津市静海县土壤盐渍化现状及防治对策

基于静海县土壤中实测的C1和S元素含量推算其全盐量,并利用该指数探讨了县内土壤盐渍化类型、程度、分布特征、影响因素及其防治措施.结果表明:该县土壤全盐量最大值、最小值和平均值分别为1.365%、0.045%和0.183%;盐渍化土壤面积占全县总面积的44%,其中,轻度、中度和重度盐渍化面积分别是37%、6%和1%,且轻度及中度盐渍化面积均高于天津市平均水平.土壤盐渍化的形成受地形地貌、地下水矿化度及人工灌溉等因素的影响,通过合理开发使用地下水和完善灌排系统等措施可有效地综合治理盐渍土.     

单向冻结条件下非饱和土水分迁移规律研究北大核心CSCD

为了揭示路基冻结过程中地下水和土性对水分迁移规律的影响,针对开放体系和封闭体系的粉质黏土和砂土进行了单向冻结条件下的水分迁移试验。通过土柱上层位置设置碎石层,阻断液态水迁移路径,监测冻结过程中土柱的水热变化,结合土柱冻结深度、冻结速率曲线、含水率分布曲线和补水时程曲线,分析仅水汽补给时对土柱顶部水分聚集和冻结特征的影响。试验结果发现,无论是封闭体系还是开放体系,粉质黏土和砂土土柱都会在冻结区中形成两处水分聚集区:第一水分聚集区为控温板底部,以霜的形式聚集,主要是由土柱顶部土体的水汽迁移并凝华相变形成;第二水分聚集区为冻结区中液态水和气态水共同迁移形成,随着冻结锋面的向下推移,形成不连通孔隙的界面,液态水向0℃冰锋线迁移聚集并相变成冰,水汽迁移路径受阻而凝华成冰,致使该处含水率显著增加。相较于封闭体系,开放体系使两处水分聚集区产生更大的水分增量。相比于粉质黏土,砂土介质孔隙较大,在试验时间内水汽补给对水分聚集区的影响更明显,但由于砂土持水能力减弱,水汽补给速率随时间逐渐减小。     

222团灌区西部土壤盐碱化特征与治理措施

对兵团222团灌区西部为弃耕地和未开发耕地,通过对该区域进行土地盐碱化勘察,得出项目区土壤类型为亚粘土,主要积盐方式为洪积积盐;土壤盐渍化的等级为强盐渍土和盐土;项目区盐碱类型为钠盐型,属碱化-硫酸盐型和碱化-氯化物、硫酸盐混合盐渍化类型存在,针对项目区土壤盐渍化化学性质及其分布特点,提出对项目区土壤盐渍化的改良和治理措施。