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1、第25卷第6期干旱地区农业研究Vol.25No.62007年11月AgriculturalResearchintheAridAreasNov.2007层状土壤指流实验研究121131李怀恩,拦继元,史文娟,张建丰,王智,李贺丽(1.西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;2.青海省环境科学研究设计院,青海西宁810007;3.加利福尼亚州立大学Fresno分校地学与环境科学系)摘要:为了解层状土条件下指流平均推进速度与上层土壤性状的关系,分别以西北地区三种典型土壤(西峰土、榆林土、新疆沙土)为上层土、粗沙为下层土,在室内进行充
2、分供水条件下层状土壤指流实验。实验结果表明,上层土的饱和导水率决定了下层沙土中指流的平均推进速度,且上层土的饱和导水率与指流平均速度呈线性关系。该结论对指流特征预测具有重要参考意义。关键词:指流;层状土;湿润锋;饱和导水率中图分类号:S157.1文献标识码:A文章编号:1000-7601(2007)06-0111-05层状土壤是土壤剖面中普遍存在的土壤结构,数之间的关系,以期用于指导实践。是土壤自然形成过程中的产物。如古河道地区沉积1实验设计与方法过程形成的盆地、冲积平原以及山前冲积扇、黄土地[1]区以风力搬运作用为主形成的平原区等。
3、指流1.1实验设计是优先流的一种,是指水分和污染物在土壤中迁移土壤的入渗实验装置主要由土箱和供水装置两[1]时,并非整齐均匀的向下入渗,而是绕过大部分土大部分组成。根据张建丰及本文作者的初步实[2][12]壤基质呈/指状0或/舌状0入渗的现象,其入渗速验结果,当实验土体厚度较大时,部分湿润锋将度很快,所以指流发生时会对地下水造成潜在的污不能从侧面被观察到,因此,为了充分了解水分入渗染威胁。显然,指流与传统的均匀流入渗完全不同,过程中的湿润锋变化情况,将田间三维入渗现象通迫切需要对指流的推进速度等特性进行深入的研过二维实验装置进行模拟,
4、采用了比较小的土箱厚究。国外对于指流的研究开展得相对较早,1972年度。将二块有机玻璃面板(高@宽@厚为0.6m@[3]Hillel和Parlange利用层状土(细质土覆盖于粗质0.5m@0.008m)固定于底座为工字型的钢板上,土之上)进行积水入渗实验时发现了指流现象,之后前后两块玻璃板间距固定为1.6cm(之所以选定指流研究才受到越来越多的关注。近年来王1.6cm是因为当板间距大于此距离时湿润锋在前[4~6]智对均质土和层状土的指流发生条件和机理后两块玻璃板上显示的位置不尽相同),即土箱的体进行了深入研究,取得了很多有价值的理论和
5、成果。积为定值。为了装土和取土的方便,土箱设计成可拆[1]相比之下国内对指流的研究开展得较晚,杨金卸式。土箱侧壁上标有刻度,最小刻度单位为mm,[7][8]忠、程竹华等均在野外实验中观察到了指流现供观测用。土箱底部设有排水口,以排出到达土箱底[9]象。刘亚平介绍了国外优先流的研究成果。黄部的水分。土箱实验装置示意图见图1。供水装置[10]智达根据在国外的研究成果,引用粘性驱替有关采用马氏瓶供水,并保持土表积水厚度为2cm。理论对层状结构多孔介质水分入渗湿润锋的稳定性1.2实验方法[11]进行了分析。史文娟等对非饱和土壤中的指流上层细质
6、土壤分别取自陕西榆林、甘肃西峰和[1]做过一些实验研究。张建丰对黄土地区层状结新疆石河子地区;下层粗沙土壤,取自自然河沙。三构土壤指流发生的条件进行了研究。但总的来说,种细质土样及粗沙土的机械组成见表1。土样取回以上研究基本是以指流运动特性和指流发生机理为后在自然条件下风干,过2mm筛,分别按设定容重主。本文结合西北地区三种典型土壤的特点,分别分层均匀装土,上层细质土厚8cm,下层沙土厚45对不同层状结构土壤的指流入渗规律进行实验研cm。三种细质土样的容重分别为1.55、1.40、1.5533究,并探讨指流平均推进速度与土壤水力学特性
7、参g/cm,粗沙土的容重为1.60g/cm。收稿日期:2007-06-06基金项目:陕西省重点实验室访问学者专项计划项目(05JF11);教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划项目(2001-282)作者简介:李怀恩(1960)),男,陕西商南人,教授,博士生导师,主要从事水文与水环境保护研究,E-mail:Lhuaien@mail.xaut.edu.cn.112干旱地区农业研究第25卷表记录时间,保持表层积水厚度为2cm。随后每隔一定时间,记录马氏瓶中水位变化并将湿润锋的位置在玻璃板上描绘出来,待实验结束后再进行详细测量。记录过
8、程持续到实验结束。[11]通过前期实验,测得西峰土、榆林土和新疆沙土的饱和导水率分别为0.815、1.02、1.83cm/min。2结果分析2.1不同层状结构土壤湿润锋运移特性以土表面为入渗深度的参考面,因此向下入渗[1
