城区与郊区土体湿度监测与对比分析——以南京市为例

由城市化进程改变的城市空间热环境对城区土体湿度产生了重要影响。为了了解城区与郊区土体湿度的差异,以南京市为例,分别在城区、郊区建立了土体湿度监测站,分析2009年6月1日至2010年6月7日南京城区、郊区地下1 m范围内裸土、草地及混凝土覆盖环境下土体湿度的时空演化特征。研究结果表明,南京城区土体湿度总体上小于郊区,存在显著的城市土体"干岛效应",年平均干岛强度为-7.4%。在时间尺度上,1月的干岛强度最小,为-2.1%;7月最大,达到-20.5%。在空间尺度上,郊区土体湿度随深度增加而增大,城区土体则无明显规律。在不同地面覆盖环境下,城区、郊区土体湿度变化规律不同:城区裸土环境下土体湿度日变化明显,而草地及混凝土下的土体湿度日变化相对较小,3种地面覆盖环境的年均土体湿度变化规律为草地(19.0%)<混凝土(26.4%)<裸土(29.5%);郊区3种地面覆盖环境下土体湿度日变化区间及变化频率均比城区大,且年均土体湿度为混凝土(27.4%)<草地(34.7%)<裸土(36.2%)。最后,分析了造成城区、郊区土体湿度差异的原因。     

不同地面覆盖层下土体温湿度场长期观测数据分析

本文通过建立一个不同地面覆盖层土体温湿度监测试验场,对沥青、水泥、多孔砖、草地和裸土5种覆盖层条件下的土体进行了为期2a的观测。观测结果表明:不同覆盖层介质对于下覆土体温湿度场的影响是不同的。在混凝土、沥青、多孔砖、草地和裸土5种地面覆盖层中,混凝土、沥青和多孔砖等硬质地面所对应的土体温度场明显高于裸土和草地,而在3种硬质地面覆盖层中,沥青地面的土体温度场最高,多孔砖最低。在湿度场观测中,多孔砖覆盖层下的土体湿度最大,其次是混凝土和沥青,草地和裸土的湿度最小。因此,多孔砖硬化地面具有很好的保湿性和降低地温场的效果,在城市建设中,应大力推广铺设这类多孔介质硬化地面,以提高城市的生态功能,减少城市热岛效应。     

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。     

地表移动土体受力规律及其对土体强度影响

地表移动分为初始移动过程和土体固结过程,用有限元分析了厚松散土层初始移动过程中地表土体的孔隙水压和横向有效应力的变化规律、有效应力路径和横向有效应力随深度的变化;对比了初始移动结束时和土体固结后横向有效应力随沉降量和下沉影响半径的变化规律,基于横向有效应力和土体强度的关系分析了土体强度的变化.     

渭河流域西部季节冻融对浅层非饱和土壤水热变化的影响

以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区为研究区域,建立了野外观测场地,对该区域浅层非饱和土体冻融过程及水热运移规律对气候作用的响应过程进行了研究与分析。结果表明：气温对地温及地温变幅的影响随深度增加而迅速衰减,地温振幅随深度增加按指数规律衰减且温度波的相位随深度的增加而滞后,地表下200 cm深度以内地温振幅受气温影响较大。该区域裸露地表土壤的最大冻结深度在20～50 cm之间。在土壤冻结过程中,深层土壤未冻水逐渐向冻结层运移,导致深层含水量逐渐减少。不同深度土壤冻结系数随土壤深度的增加而减小,融化系数则相反。地表下50 cm深度以内的土体含水量受降水影响波动显著。土壤含水量与温度呈相似变化,地温峰值出现的时间总滞后于土壤水分,其变异程度均随土壤深度的增加而减小。     

冻融循环作用下土体冻结锋面移动规律试验研究

冻融循环作用改变了土体结构及热物理性质,进而影响了土体温度变化过程,土体冻结锋面的稳定位置也随之变化。为研究冻融循环作用下土体冻结锋面的移动规律,进行了开放系统下的兰州黄土冻融循环试验。试验结果表明：冻结初期冻结锋面迅速下移,冷端温度稳定后其下移速度降低,当土体温度达到平衡时,冻结锋面位置趋于稳定;冻结锋面稳定深度随冻融循环次数的增加而增加.为阐述黄土冻结锋面随着时间变化规律,采用时间比拟法得到了冻融循环次数与冻融时间相似比拟曲线。由拟合曲线得第6次冻融循环后土体冻结锋面稳定在土样高度24.4mm处,实测稳定在24.3mm处,相对误差为0.4%。     

广州地铁超长水平冻结多参量监测分析

广州地铁3号线天河客运站折返线工程是目前国内最长、开挖断面最大的水平冻结隧道工程。文中根据不同施工阶段中对盐水温度、土层温度、地表变形、冻土压力、隧道衬砌变形等多个参量的现场监测数据,从时间和空间上分析了冻结帷幕演化过程、冻结帷幕发展速度等;探讨了土层温度变化规律以及冻土压力与土体温度间的相互关系,得出了在积极冻结期,沿测温孔深度方向土体温度的变化梯度随冻结时间增加不断减小,土体温度变化速率随时间增加而降低的特征;对比研究了冻结阶段、隧道开挖阶段和融沉阶段地表变形特征,并提出了缩短积极冻结期的建议和方法。     

黑方台台缘剖面土体的物理力学性质分析

黑方台台缘频繁发生的黄土滑坡,作为农业引水灌溉诱发的地质环境破坏问题备受关注。台缘剖面的地质结构及土体的物理力学性质是决定斜坡变形破坏的基本条件。通过野外调查,选择典型的台缘边坡剖面,系统采集样品,进行土体的基本物理力学性质试验,获得了土体物理力学指标随深度的变化规律,探讨了剖面上土体性质差异对滑坡形成发育的影响。结果表明：垂向上各土层性质差异及其耦合作用决定了滑坡剪出口及泉水的出露位置,进而影响到斜坡的变形破坏过程和滑坡的有关特征。     

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。     

软土地区超深圆形竖井的坑底隆起特性与机制

依托上海某超深圆形竖井工程,收集了施工期坑底土体隆起的实测数据,总结了坑底土体隆起的竖向分布模式、演变规律和主要影响因素;建立并验证了轴对称数值模型,探讨了开挖卸荷、降水、地下连续墙和土体力学特性对坑底土体隆起的影响规律,探明了坑底土体的隆起机制。土体隆起是开挖卸荷、降水和地下连续墙约束作用下土体力学响应的综合结果,其中开挖卸荷和墙体挤压会引起隆起,降水和墙体的负摩阻力会抑制隆起。开挖卸荷存在主要影响深度,卸荷回弹主导了该深度范围内土体的隆起,而土体剪切变形则控制了该深度范围外的土体隆起。土体流变以及负孔隙水压的消散共同导致了土体隆起的时间依赖性。软土地区小直径超深竖井的坑底隆起沿深度方向减小近似线性,最大值位于开挖面中心处;土体隆起随开挖先缓慢增加后近似线性快速增大,而在非开挖阶段,土体隆起随时间有缓慢增大趋势。     

Research on the effect of straw mulching on the soil moisture by field experiment in the piedmont plain of the Taihang Mountains

To reveal the influencing effect of the long-term straw mulching on the soil moisture, this paper employed the field experiment data in 2010 of a typical area of Taihang Mountains plain, observed the soil moisture dynamic regularities under different mulching patterns by virtue of depressimeter and neutron probe, analyzed the characteristics of soil water content and storage in different depths and seasons under the long-term straw mulching. The results showed that the long-term straw mulching can keep the soil moisture conservation of the deep, while decreased the shallow. (1) The long-term straw mulching can changed the type of soil water movement. If no straw mulching, the type is mainly evaporation-infiltration. And with straw mantle the type would change into infiltration. The number of zero flux plane would be reduced or absent. (2) The long-term straw mulching can increase the soil water reserves of the whole soil profile with the depth between 0 cm and 220 cm. But the soil water content of the layer from 30 cm to 80 cm decreased and the soil water content of the layer from 80 cm to 220 cm increased instead., The effect of soil moisture conservation on winter wheat is not obvious; (3) With no straw mulching, the depth of infiltration recharge by rainfall or irrigation is shallower than 80 cm. In a straw mulching, the influence depth is can extend to 120 cm; (4) With no straw mulching , there is a deep layer on the depth of 220 cm between March and June, while this layer will disappear with a long-term straw mulching.     

容许土壤流失量的研究现状及其设想

成土速率、土地生产力和沟蚀的控制程度是容许土壤流失量（[WTBX]T值）制定中必不可少的因素。国际上现有的T值标准主要是从土层厚度和成土速率出发,并结合实际应用的可能而定。详述了T[WTBZ]值的研究历史其主要影响因素,介绍了利用Barth模型和基于风险评价理论的[WTBX]T值的估算方法,对现有T值研究方法和研究结果中存在的问题进行了分析,提出了T[WTBZ]值应该从土壤形成速率特性（自然属性）、合理的生产力水平持续性（社会属性）、水土环境的长久安全性（自然和社会属性）几方面属性进行相应的研究。     

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

Observation and analysis of the urban heat island effect on soil in Nanjing, China

The heat island effect in urban meteorology has received significant attention in the recent years. In order to investigate the heat island effect on urban soil, two observation stations were built, respectively, in an urban area and a rural area of Nanjing city, China. The temperatures of underground soil (0?C300?cm depth) were recorded continuously for 1?year from June 2009 to June 2010. The data show that the urban soil temperature is generally higher than the rural soil temperature, and reveal an obvious heat island effect in urban soil with average intensity of 2.02°C over the 1-year period. The intensity varies between days, months and seasons: the daily urban heat island intensity (UHII) of soil ranges from 0.37°C to 3.98°C; the monthly UHII of soil ranges from 1.34°C (November) to 3.05°C (July); the order of seasonal UHII is summer (2.45°C)?>?winter (2.03°C)?>?spring (1.63°C)?>?autumn (1.53°C). The temperature data indicate that the maximum influence depth of daily synoptic events on the subsurface temperature is approximately 60?cm; the UHII generally increases with increasing depth. In addition to soil temperature, the temporal?Cspatial variation of soil moisture in a 100?cm profile depth was also investigated in this study. It is found that the moisture content of urban soil is generally lower than that of rural soil, which reveals an obvious dry island effect with average intensity of ?7.2% over the 1-year period; the maximum single-day urban dry island intensity (UDII) in soil is ?28.0%; the maximum average monthly UDII is ?19.1%, observed in July; the seasonal UDII shows a tendency of summer (?13.8%)?>?spring (?6.3%)?>?autumn (?5.2%)?>?winter (?3.7%). In profile, soil moisture content generally increases with increasing depth, and the maximum UDII is ?25.8% at 40?cm depth. In addition, the large-scale measurement results of 600 general points also confirm that the heat island and dry island effects are exist in urban soil.     

北京地区典型土壤剖面分子标志物分布特征

对北京地区具代表性的环境功能区土壤剖面中的藿烷、甾烷、芳香甾烷类分子标志物含量及组成变化进行了分析。在10个土壤剖面中都检测到了不同浓度的藿烷与甾烷系列化合物,其中水稻田（B9）和城区绿地（B7）这些化合物的含量最高,在农田（B6、B9）和城区绿地（B7）表层土壤中还检测到了少量的三芳甾烷。土壤剖面中藿烷和甾烷含量随深度的增大而降低,在表层30 cm深度范围内的变化较大,30 cm以下其含量波动甚微,但不同深度土层中藿烷和甾烷化合物的指纹特征相近。表明表层土壤均不同程度受到了化石燃料及其衍生物的影响,并且土壤剖面不同深度土壤中藿烷和甾烷具有相关性,受石油类燃烧污染源的影响较大,煤燃烧污染影响的比重相对较小,而且深部土壤的藿烷与甾烷主要来源于表层土壤。     

Metal retention in a thin karstic soil, Christian County, Missouri

 The response of a Wilderness cherty loam series soil to repeated dosages of metals (as sewage sludge) using a two-step sequential extraction procedure was investigated. Variations in metal content between amended and control soils were related to organic matter, clay content, and clay mineralogy. Of the four metals investigated, Cu was found to accumulate in the top 20 cm of amended soils; Pb and Zn were present in even smaller amounts with respect to the control soils, and Cr concentrations were unaffected with respect to both depth and amendment. None of the metals indicated accumulation in deeper (>20 cm) parts of the soil profile. Overall, results suggest that the metals remobilize in the top 20 cm, being readily uptaken by the fescue grass growing in this lot. Precipitation of insoluble forms of metal into deeper parts of the soil profile was proven unlikely based on the distribution of metal concentrations throughout the profile. Received: 15 December 1997 · Accepted: 23 March 1998     

科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律

为掌握科尔沁草甸地冻融期土壤水、热、盐迁移规律,以科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站2013年10月—2014年5月土壤冻融期实测气象、土壤等数据为基础,用统计分析法对研究区草甸地冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律进行了分析。结果表明:气温对土壤剖面温度的影响随着土壤深度的增加而降低,土壤剖面温度变化滞后于气温变化的时间取决于气温升降幅度,且没有显著的规律;由于气温回升速度大于降温速度,导致土壤消融速度比冻结速度快;土壤冻结过程由表层向下进行,冻结温度与土壤含盐量呈负相关关系,用温度的线性内插法准确确定草甸地于2014年3月9日达到最大冻深104 cm;土壤消融时受地下暖土层热流和地表温度双重影响,由底部向地表和由地表向冻结层进行双向消融;地下水位埋深较浅,受土壤冻融作用影响,升降趋势显著;草甸地土壤冻结期盐分向地表积聚,并于2月达到最大,后经消融及雨水淋润作用开始下降;冻融期盐分变异性大于水分变异性,说明盐分的运移过程更为复杂。     

冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中的应用

基于冲击压实技术在某高速公路工程中处理湿陷性黄土地基的应用实践,通过土工试验和现场沉降观测试验,对冲击压实前后地基土的湿陷性、干密度、孔隙比、压缩模量及路基的沉降变形随土层深度、碾压遍数的变化规律进行了系统的研究。研究表明,冲击压实能使土的物理力学性质得到很大改善,路基的整体强度得到均匀提高,使得地基产生很大的沉降,是传统压实机械所达不到的。因此,冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中是有效的和实用的,而且生产效率高,有很好的发展和应用前景。     

基于SNTHERM雪热力模型的东北地区季节冻土温度模拟

冬季土壤温度在土壤肥力、植被安全越冬、土壤微生物活动中扮演着重要角色。雪盖的反照与隔热作用对冬季土壤温度变化及冻融过程具有一定影响,深入探究积雪覆盖对土壤温度的影响机制有十分重要的意义。雪热力模型（Snow Thermal Model,SNTHERM）是用来模拟和预测积雪演化和冻土温度的一维质能平衡模型。基于该模型,结合积雪下冻土温度的观测试验,通过模型模拟结果与实测数据的统计特征参数分析,进行了积雪覆盖下冻融土壤温度变化过程模拟的有效性和精度评价。结果表明,在积雪覆盖条件下,SNTHERM模型能够有效地模拟雪盖下浅层（5 cm、10 cm、15 cm深度）冻土日平均温度的变化过程,模拟值与观测值具有很好的一致性。通过改进模型中土壤层水分迁移等因素,能够提高冻土温度的模拟精度,为研究积雪各参数演化过程与下垫面温度的相互作用奠定理论基础,有助于提高积雪参量空间遥感的反演精度。