含碎石土壤水分入渗试验研究 - 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点 .pdf

第 17 卷 第 5 期 水 科 学 进 展 Vol17 ,No5 2006 年 9 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Sep. , 2006 　 含碎石土壤水分入渗试验研究 王慧芳1 ,2 , 邵明安1 中国科学院 ( 1水 利 部水土保持研究所 , 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 , 陕西 杨凌　712100 ; 2 中国科学院研究生院, 北京　100101) 摘要 : 采用一维积水垂直入渗法测定含碎石土壤的入渗过程 , 分析碎石含量和碎石组成对土壤水分运动影响。对试 验数据采用 Kostiakov 入渗公式拟合 , 得出反映入渗速率的拟合参数比值与土石比成幂函数关系 ; 采用简略的 Philip 垂直入渗方程幂级数解拟合湿润峰随时间的变化 , 拟合精度高 , 并发现拟合参数与土石比仍成幂函数关系。采用简 单相关分析碎石粒径对入渗过程影响 , 得出粒径 2～3 mm 碎石与入渗过程成显著的负相关关系 , 而 25 mm 碎石有 利于入渗。研究结果可为含碎石土壤的水循环提供重要的基础。 关 　键 　词 : 碎石 ; 入渗率 ; 湿润峰 ; 土石比 ; 土壤水分 ( ) 中图分类号: S1527 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2006 入渗是水分进入土壤、在土壤中运动和存储的过程。它是大气降水、地表水、土壤水相互转化的一个重要 环节 , 影响入渗过程的任何因素将影响与水文循环相关的其它环节[1 ] 。国内学者已对颗粒组成小于2 mm 土壤 水分入渗进行了大量的研究 , 并取得了相应的成果 , 在对含碎石土壤的水分、溶质运移的研究中 , 即使土壤中 ( ) 碎石含量很高 , 常常忽略碎石的存在 , 由此得到的研究结果 水力参数 会因碎石的存在改变土壤水分运动通道 和过水断面而与客观实际不太相符。 含有大量碎石的土壤在自然界广泛分布。为了解碎石对土壤水文过程的影响 , 近 20 年来 , 国外学者对含 碎石土壤水分与溶质迁移及相关模型开展了相关的研究工作。学者们分别从碎石含量、大小、形状、岩性及与 土壤的结合方式、在土壤中的分布等方面考虑碎石对土壤水分、溶质运移的影响 , 结果是碎石可能增加或减少 土壤水分的入渗。Mehuys 等认为砾石可能阻碍土壤水分的运动 , 土壤中砾石减少了水流有效断面 , 增加了孔 隙弯曲程度 , 尤其在较小的土水势 , 水仅在细小的弯曲通道中运动 , 入渗进一步减缓 ; 并因砾石的形状、大小 及砾石在土壤中存在方位导致水流过水断面随土壤剖面位置的不同呈现变化[2 ] 。Bouwer 和 Rice 将砂土和大砾石 分层交替填装土柱 , 测得砂 - 砾介质水分扩散率较纯砂土要高得多[3 ] 。Munn 等得出 : 半干旱地区有限降水条 件下 , 含碎石土壤水分入渗深度更大 , 而且较低的土壤水分含量下有效水比重较高[4 ] 。Chow 和 Rees 分析模拟 降水条件下石含量和石砾大小对土壤产生径流和土壤侵蚀影响 , 发