蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究

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1、西安理工大学博士学位论文蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究姓名：史文娟申请学位级别：博士专业：水文学及水资源指导教师：沈冰;汪志荣20050301摘要蒸发条件下夹砂层土壤水盐运移实验研究学科名称：水文学及水资源作者姓名：史文娟签名：导师姓名：沈冰教授签名：汪志荣教授签名：答辩日期：2005.3摘要由于涉及水资源、农业、环境等诸多方面的问题，土壤中水和溶质运移的研究历来为人们所重视。本文针对我国西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点，以室内土柱模拟实验为主，研究同一潜水位和矿化度（3g/l）条件下不同大气蒸发能力时夹砂层强化

2、盐渍土壤的水盐运动规律及其迁移机制。实验分毛管水上升和水分蒸发两个阶段进行，主要分析了砂土层厚度、层位、质地等因素对水盐运动的影响及作用机制，所得主要结论如下：1.均质土壤毛管水上升速度和地下水补给速率均与时间呈非线性幂函数关系，而二者之间可近似为线性关系。Green-Ampt模型可用于模拟地下水埋深较浅时均质土壤毛管水分运动特性。2.与均质土相比，砂层对毛管水的上升既有促进也有抑制作用。水分运动由促进到被抑制的转折点为砂土和壤土导水率的相对大小发生变化之时。本实验中以5cm的层位为转折点。砂层对水分的抑制作用随砂层层位的升高、厚度的增加以及级配的变差

3、而增大。不同层位夹砂层土壤毛管水上升速度和地下水补给速率可用砂层的相对层位来表征；不同质地夹砂层土壤则可用砂层的有效粒径和不均匀系数表征，但有效粒径的精度更高一些。3.夹砂层土壤毛管水最大上升高度以及各层土壤含水量的分布是否会受到影响主要取决于砂层的质地、层位、厚度及其相互间的关系，同时还与同剖面中其它土壤的质地有关。其它土壤质地一定时，若砂层的有效粒径或不均匀系数满足I西安理工大学博士学位论文−1.462D≥14.063z101.261µ≤0.068z则毛管水的最大上升高度以及各层土壤含水量的分布均会被抑制。4.对于盐渍土的蒸发来说，由于盐壳形成后对

4、水分蒸发的抑制，不同大气蒸发能力条件下地下水埋深为50cm时，短历时（15d）的潜水蒸发为稳定蒸发，而长历时（30d）则为非稳定蒸发。5.阿维里扬诺夫公式不适宜于盐渍土的潜水稳定蒸发强度计算。清华雷志栋公式可较好的预测其稳定蒸发强度，且在精度要求不很高的情况下，可用于估算不同大气蒸发能力条件下各历时的非稳定蒸发强度，但两种情况下模型中参数β的下限值均比规定值小。6.砂层对潜水蒸发强度、土表返盐量以及盐溶液浓度的影响与砂层对毛管水上升速度的影响规律基本相同，当砂层层位大于35cm（相对层位为0.7）时，砂层对水盐的抑制作用可达70~80％。同时盐分在土砂

5、上下界面均有滞留现象，且砂层层位越高或有效粒径越大，其滞留量越大。因而砂层对盐分的抑制率大于对水分的抑制率。这对于盐碱地的改良和作物的生长非常有利。7.以均质土壤潜水稳定蒸发强度计算模型为基础，建立了适用于不同蒸发能力条件下各层位夹砂层土壤以及同层位不同质地夹砂层土壤稳定蒸发强度计算的雷志栋公式，并提出其非稳定蒸发强度计算的方法及条件。砂层的相对层位和相对有效粒径可分别作为预测不同层位和质地夹砂层稳定蒸发强度的重要参数。8.不同大气蒸发能力时各层位夹砂层土壤以及不同质地夹砂层土壤土表2cm和10cm的累积蒸发量与全盐量呈明显的线性关系，但层位大于35c

6、m（相对层位为0.7）的夹砂层土壤应与小于35cm的夹砂层土壤分别进行处理。＋-9.砂层对不同离子运动的影响不同。对地下水和土壤中均存在的Na和Cl而＋言，其表聚情况最为强烈，同时受砂层的影响也最大，且在蒸发后期砂层对Na-2-2+-的抑制作用大于Cl。对于仅土壤中存在的SO4、Ca和HCO3三种离子来说，随2-2+2+水分向上迁移的主要是SO4和Ca，且砂层层位的变化对Ca的影响更大一些；--而HCO3则不随水分而运动，即砂层对HCO3无明显影响，但不同处理在接近地下-水位处出现了次生碱化的现象（即HCO3含量明显增大），且随蒸发历时的延长以及大气蒸

7、发能力的增加而加重。外界大气蒸发强度越大，砂层对离子的抑制作用越大。-+10.均质土壤剖面Cl和全盐量之间呈线性关系，而Na与全盐量则呈对数函数II摘要关系，且离子与全盐量的关系不受大气蒸发能力影响；不同层位夹砂层土壤剖面全-盐量和两种离子的关系与均质土相同；不同质地夹砂层土壤剖面全盐量与Cl呈指+数型关系曲线，而与Na呈直线关系。同一大气蒸发能力条件下离子与全盐量的关系不受砂层层位以及砂层质地的影响。11.对于盐渍土来说，由于盐壳的影响，理论计算的潜水极限蒸发强度均比实测值大。同时无论是对于层状土还是均质土，忽略参数b将使得计算值更为偏大，且土壤质地

8、越轻，忽略参数b时所计算的潜水极限蒸发强度越大；同一质地时，则参数b的大小对潜水极限蒸发强度的