紫色土典型三角形层状剖面入渗模拟-水科学进展.pdf

第 2 1卷 第 3期 水 科 学 进 展 Vol2 1,No3 20 10年 5月 　　 ADVANCES IN WA TER SC IENCE 　 M ay, 2010　 紫色土典型三角形层状剖面入渗模拟 1 1 1 2 程冬兵 , 张平仓 , 李亚龙 , 蔡崇法 ( 1长江科学院水土保持研究所 , 湖北 武汉 　4300 10; 2 华中农业大学资源与环境学院 , 湖北 武汉 　430070) 摘要 : 通过室内特制的土壤水分入渗试验装置 , 分别设置上粗下细和上细下粗两种典型不同质地紫色土三角形层 状剖面 , 探讨典型不规则层次结构的土壤入渗特性 。结果显示 , 同一三角形层状剖面入渗 , 粗质土半剖面的垂直湿 润锋随时间推进速度快于细质土 。对于粗质土 , 上细下粗剖面设置下其半剖面的垂直湿润锋随时间推进速度快于 上粗下细 , 但对于细质土 , 两种层状剖面设置下其垂直湿润锋随时间推进速度差异不明显 。无论上粗下细 , 还是上 细下粗 , 两种层状剖面对斜面湿润锋变化曲线影响不大 。两种层状剖面入渗 , 湿润锋 、入渗速率与时间均呈极显著 幂函数关系 。建立的紫色土典型三角形层状剖面入渗模型 , 经验证 , 模拟值与实测值具有非常好的一致性 , 且可与 经验模型相互转换 , 模型参数也具有一定的物理意义 。 关键词 : 土力学 ; 紫色土 ; 三角形层状剖面 ; 土壤入渗 中图分类号 : S152 7　　　文献标志码 : A 　　　文章编号 : 100 1679 1 (20 10) 土壤大都呈现层状结构 , 这些层状结构都以不同的方式影响着土壤的入渗特性 , 近几年随 “指流 ”和 “漏斗流 ”问题研究的深入 , 使人们认识到层状土入渗机制研究的重要性 [ 12 ] 。规则的层状结构土壤 , 土体 不同质地的土壤呈水平 (或近似水平 ) 层次覆盖 , 即通常人们所说的层状土 。自 1945 年科尔曼等人研究发 现 [ 3 ] , 无论细质土覆盖粗质土 , 还是粗质土覆盖细质土 , 土壤都可看成是均质土 , 并且入渗过程由细质土 来控制 。后来许多学者 [ 1, 48 ] 通过不同模式和方法对层状土的入渗机制和模拟技术进行了专门的研究 , 并取 得了不少成果 。不规则的层状结构土壤是指土体不同质地的土壤呈不规则形状层次覆盖 , 如在地形地凹处 、 坡脚处 、或其它拦挡作用 , 坡上流失土壤不断淤积形成的沿原坡面覆盖的层状土 。然而 , 目前对于不规则的 层状结构土壤入渗特性的研究非常有限。 本研究通过室内特制的土壤水分入渗试验装置 , 分别设置上粗下细和上细下粗两层两种不同质地紫色土 三角形层状剖面 , 探讨典型不规则的层次结构的土壤入渗特性 , 以期为不规则的层状结构土壤水分管理提供 科学依据 , 为研究不规则的层状结构土壤水分运动提供理论参考 [ 9 ] 。 1　模型建立 由于层状土的入渗特性较为复杂 , 人们一般从定性角度对某些现象进行解释或利用经验模式进行计算 , 很难利用达西定理或 R ichard s方程进行计算 。而 GreenAmp t入渗模式成为人们揭示层状土入渗机制和模拟 计算的有力工具 , 并得到了广泛应用 。本研究参考 GreenAmp t模式思路 [ 10 ] , 提出紫色土典型不规则层状剖 面入渗模型 。 (