不同供水条件下紫色土入渗影响因素研究

论文摘要

土壤入渗过程是流域水文循环的重要组成部分,与土壤水分再分配、土壤侵蚀、养分随水分的迁移、农业面源污染等问题密切相关。紫色土是川中丘陵区主要的耕地资源,它是由紫色页岩发育而成的土壤,孔隙度大、入渗能力强、土层浅,而且下伏透水性极弱的泥页岩。独特的岩土结构,加之该地区降雨在时空分布上具有极大的不均匀性,致使紫色土坡耕地同时成为长江上游地区水土流失最为严重的土壤类型,其带来的河流的非点源污染问题成为当前水体污染控制的难点和重点。本研究结合室内物理化学试验等研究手段,主要针对紫色土中的粘壤土进行不同供水条件下入渗特性及影响因素的研究分析,分别探讨了积水条件下不同容重、初始含水率及积水深度对紫色土入渗性能的影响,人工模拟降雨条件下降雨强度、地面坡度及聚丙烯酰胺（PAM）加入量对紫色土坡耕地降雨入渗性能的影响,以及间歇入渗条件下周期时间及循环率对紫色土入渗性能的影响,研究结果表明:1)积水条件下,积水深度、土壤初始含水率及土壤容重对于紫色土入渗性能均有影响。实验发现,在紫色土容重为1.20 g.cm-3,初始含水率为10%,积水深度分别为1cm、3cm、6cm、10cm条件下,同一入渗时间,紫色土入渗量及入渗率变化不大,一般情况下可忽略;在紫色土容重为1.36 g.cm-3,积水深度为6cm的条件下,当初始含水率由5%增加到20%时,初始入渗率由258mm/h减少到207mm/h,入渗衰减速度加快,达到稳定入渗速率的时间缩短,最终达到的稳定入渗率由15.6mm/h减少到8.4mm/h,在同一入渗时间内达到的累积入渗量也有所减小;研究还发现,土壤容重对于紫色土入渗性能的影响最为显著,紫色土土壤容重与累积入渗量及入渗率均呈显著负相关关系,即随着容重的增加,同一时刻紫色土累积入渗量及入渗率均呈减小的趋势,试验条件下,当紫色土容重由1.20g.cm-3增加到1.60g.cm-3时,紫色土稳定入渗率由21.6mm/h减小到3.6mm/h。2)人工模拟降雨条件下,降雨强度,地面坡度及PAM加入量对于紫色土坡耕地入渗性能均有影响。实验发现,随着降雨强度的增大,土壤开始产流的时间提前,累积入渗量增加,紫色土稳定入渗率也呈增大趋势,降雨强度为60 mm/h、96mm/h及180 mm/h时所对应的稳定入渗率依次为26mm/h、40mm/h及48mm/h;对于紫色土而言,因其具有土层浅薄,下层为极弱透水层等结构特点,随着坡度的不断增大,紫色土稳定入渗率不断增大,在雨强为1.0 mm/min,不添加PAM的条件下,当坡度由0°增加到10°时,紫色土稳定入渗率由13mm/h增加到45mm/h;聚丙烯酰胺通过影响土壤的孔隙度,容重及水稳性团聚体含量等基本物理性质能有效提高紫色土的入渗能力,但并不是加入量越多越好,本实验在加入量为5g/m2的条件下入渗效果最好。3)间歇供水条件下紫色土入渗特性不同于连续供水,入渗特性更为复杂。间歇供水条件下紫色土入渗曲线为间断的非连续曲线,第一周期的积水入渗阶段与连续积水入渗过程一致,从第二周期开始,相同净入渗历时条件下,间歇入渗累积入渗量及入渗率均比同条件下的连续积水入渗要大。紫色土间歇入渗性能与周期时间及循环率密切相关。设置循环率为0.5时,周期时间越长,相同净入渗时间的入渗率及累积入渗量越大;设置周期时间为20min时,循环率越大,相同净入渗时间的入渗率及累积入渗量越大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究现状及存在问题
• 1.2.1 土壤入渗理论研究
• 1.2.2 土壤入渗影响因素研究
• 1.2.3 关于聚丙烯酰胺在农业中的应用研究
• 1.2.4 紫色土入渗研究现状
• 1.2.5 存在的主要问题
• 1.3 课题研究的目的、内容和技术线路
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容与技术路线
• 1.4 课题研究的创新之处
• 2 紫色土坡耕地入渗影响因素的实验研究
• 2.1 实验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 积水入渗实验设计
• 2.2.2 降雨入渗实验设计
• 2.2.3 间歇入渗实验设计
• 2.3 试验结果
• 2.3.1 积水入渗实验数据
• 2.3.2 降雨入渗实验数据
• 2.3.3 间歇入渗实验数据
• 3 试验结果分析与讨论
• 3.1 积水条件下紫色土入渗特性与影响因素分析
• 3.1.1 不同土壤质地条件下紫色土入渗特性分析
• 3.1.2 不同积水深度条件下紫色土入渗特性分析
• 3.1.3 不同土壤初始含水率条件下紫色土入渗特性分析
• 3.1.4 不同土壤容重条件下紫色土入渗特性分析
• 3.2 人工模拟降雨条件下紫色土坡耕地入渗特性及影响因素分析
• 3.2.1 不同降雨强度条件下紫色土坡耕地入渗特性分析
• 3.2.2 不同地面坡度条件下紫色土坡耕地入渗特性分析
• 3.2.3 不同PAM 加入量条件下紫色土坡耕地入渗特性分析
• 3.3 间歇供水条件下紫色土入渗特性及影响因素分析
• 3.3.1 不同周期时间条件下紫色土间歇入渗特性分析
• 3.3.2 不同循环率条件下紫色土间歇入渗特性分析
• 3.3.3 紫色土间歇入渗与连续入渗规律对比分析
• 4 结论与展望
• 4.1 研究结论
• 4.2 研究的不足之处
• 4.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目