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《华北水利水电大学》 2017年
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适合湿陷性黄土的入渗模型及入渗参数的变化情况研究

郑柏杨  
【摘要】:自然界中的水是一个循环的连续整体,其中降雨入渗是水循环中一个重要环节。降雨入渗后到达植物根系,再通过叶片的气孔扩散到静空气层,最后进入大气层,完成自然界水循环过程。在这个过程中,降雨入渗为植物生长和生存提供物质基础,也是植被吸收水分的唯一途径,同时降雨入渗过程也产生土壤水和地表径流。一直以来,土壤水是农业水土问题中重点研究对象之一,对植被种植、节水灌溉、土地荒漠化的治理等方面都起到重要的作用,特别是在黄土地区,湿陷性黄土的膨胀性使土壤水分特征参数发生变化,很大程度上影响着土壤水分入渗过程。本文在对国内外的土壤水入渗过程研究进展整理分析的基础上,设计了湿陷性黄土积水入渗和降雨入渗实验,验证了湿陷性黄土膨胀变形对土壤饱和含水量、饱和导水系数、饱和比容积等参数的影响,在此基础上研究了湿陷性黄土的膨胀变形对土壤水分入渗过程的影响,并采用Philip公式、Kostiakov公式和Horton公式等入渗经验模型拟合分析了土壤水分入渗过程中入渗速率的变化情况,得到了以下结论:(1)分析了湿陷性黄土膨胀后土壤饱和水分运动参数变化,得到了湿陷性黄土降雨入渗过程中相关物理参数的变化过程。入渗过程中,在膨胀力和自重应力作用下,土壤容重随深度增加逐渐增大,饱和含水量逐渐减小且减小速度先快后慢,土壤饱和导水系数也逐渐减小,同时实验结果也为土壤水分入渗模型的拟合提供有力的数据支撑。(2)可以描述湿陷性黄土降雨入渗过程中考虑体积变化的土壤水分入渗经验公式。以入渗速率随时间变化情况为对象,选取Philip公式、Kostiakov公式和Horton公式,拟合得到相关参数值及模型的相关系数,综合考虑拟合公式中参数的实际物理意义,总结出适合膨胀土的土壤水分入渗经验公式。拟合结果中,Philip公式的拟合得到的相关系数较小,因此不适用于湿陷性黄土的入渗过程。Kostiakov公式和Horton公式的相关系数均大于0.9,Kostiakov公式对饱和段拟合结果较为准确,Horton公式对初始入渗和稳定入渗的过程均可以较好拟合,综合考虑其它实际因素,Horton公式是拟合考虑膨胀土体积变化的土壤水分入渗经验公式较为理想的模型。(3)湿陷性黄土体积变化对土壤水分入渗过程的影响。通过分析降雨条件下湿陷性黄土入渗过程中的体积、自重应力、膨胀力和饱和导水系数四个变量随深度的变化关系,总结了体积变化对湿陷性黄土入渗参数的影响及其影响程度。入渗过程中,假设土壤各单位深度的膨胀力不变,自重应力随深度增加逐渐增大,但体积增大量逐渐减小,单位深度处土壤饱和导水系数随深度逐渐减小,因此,湿陷性黄土吸水后体积膨胀对入渗过程具有一定影响。本文阐明了膨胀性黄土体积变化对入渗过程相关参数的影响及其变化趋势,计算了入渗过中土壤孔隙度及饱和导水系数的变化情况,得出了考虑体积变化的膨胀土入渗经验模型,在土壤水分入渗模型的建立、优化及土壤饱和导水系数测量方面都有一定实际意义。
【学位授予单位】:华北水利水电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S152.7

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