层状土壤指流实验研究
土的塑性实验原理
土的塑性实验原理土的塑性实验原理是通过一系列试验方法来对土壤的塑性特性进行研究和评估。
主要包括塑性限度试验与塑性指数试验两个方面。
塑性限度试验是衡量土壤塑性特性的基本方法之一，能够得到土壤流变性及可塑性等基本特性。
一、塑性限度试验的原理：塑性限度试验是指通过对土壤含水量进行变动，测定土壤在不同含水量下的塑性限度。
其原理主要包括塑性指数的测定、砂土的流动性试验和塑性指数的计算方法。
1. 塑性指数的测定：测定土壤在塑性限度下的含水量，即60%塑性限度含水量和40%塑性限度含水量。
常用的方法有湿球法、莫尔厄斯管法等。
通过测定含水量和土壤重量的比值，计算出土壤的塑性限度。
2. 砂土的流动性试验：砂土的流动性试验是指在塑性限度下，在土壤中通入水分，测定土壤是否发生流动。
常用的试验方法有流动限度试验和塑性指数试验。
通过对流动性试验结果的分析，可以判断土壤的塑性特性。
3. 塑性指数的计算方法：塑性指数是通过计算60%塑性限度含水量和40%塑性限度含水量之差，得出土壤的塑性度量。
塑性指数越大，表示土壤的塑性特性越强，反之则表示土壤的塑性较弱。
二、塑性指数试验的原理：塑性指数试验是通过测定土壤的塑性极限含水量和可塑极限含水量，来评估土壤的塑性指数。
其原理主要包括流动限度试验与塑性指数试验。
1. 流动限度试验：流动限度试验是指通过试验方法，在土壤中加入一定量的水，使土壤达到流动状态。
通过测定土壤含水量，确定土壤的流动限度。
流动限度试验能够评估土壤的流动性特性与塑性特性。
2. 塑性指数试验：塑性指数试验是通过对土壤进行含水量调整，从干燥状态到可塑状态，并测定土壤含水量和质量的比值，计算出土壤的塑性指数。
塑性指数越高，表示土壤的塑性特性越强。
塑性指数试验通过测定土壤在不同含水量下的塑性限度来评估土壤的塑性特性。
根据不同土壤类型的特性和应用要求，确定土壤的塑性指数，可以对土壤的适用性进行评估和选择。
综上所述，土的塑性实验原理主要包括塑性限度试验和塑性指数试验两个方面。
土壤侵蚀实验心得
土壤侵蚀实验心得土壤侵蚀是指水、风或其他因素对土壤的破坏和迁移过程。
随着人类活动的不断发展，土壤侵蚀问题日益突出，对环境和农业生产造成了严重影响。
为了更好地了解土壤侵蚀的原因和机制，我们进行了一系列的土壤侵蚀实验。
我们选择了不同类型的土壤样本，包括黏土、砂土和壤土。
通过实验可以发现，黏土的抗侵蚀能力最强，而砂土的抗侵蚀能力最弱。
这是因为黏土颗粒之间的结合力较强，能够有效地抵御水流和风的冲刷；而砂土颗粒较大，结构松散，容易被水流和风带走。
壤土则介于黏土和砂土之间，其抗侵蚀能力居中。
接下来，我们模拟了不同降雨强度下的土壤侵蚀情况。
通过控制水流的速度和流量，我们发现降雨强度越大，土壤侵蚀的速度也越快。
这是因为大雨会加大水流的冲刷力，使土壤更容易被冲刷走。
此外，我们还观察到在没有植被覆盖的情况下，土壤侵蚀更为严重。
植被能够有效地保持土壤的结构稳定，减缓水流速度，减少土壤侵蚀的程度。
除了降雨因素，风也是引起土壤侵蚀的重要因素之一。
我们通过模拟风速和风向的变化，观察了不同条件下的土壤侵蚀情况。
实验结果表明，风速越大，土壤侵蚀的程度也越严重。
同时，风向对土壤侵蚀的影响也很大。
当风向与坡度方向一致时，土壤侵蚀更为明显；而当风向与坡度方向相反时，土壤侵蚀程度较小。
在实验过程中，我们还发现了一些有趣的现象。
比如，在降雨较大的情况下，土壤表面会形成一层水流和风的沟槽。
这些沟槽不仅加剧了土壤侵蚀的程度，还可能导致土壤的局部坍塌。
此外，土壤侵蚀还会导致水质污染和土壤肥力的下降，对农业生产产生不利影响。
土壤侵蚀是一个复杂的过程，受多种因素的影响。
通过实验我们可以更深入地了解土壤侵蚀的机制和规律，为制定有效的土壤保护措施提供科学依据。
未来，我们将继续深入研究土壤侵蚀的影响因素，并探索更加可持续的土壤保护方法，以促进农业的可持续发展和生态环境的保护。
土的收缩皿法缩限试验记录
土的收缩皿法缩限试验记录实验目的：通过土的收缩皿法缩限试验，评估土壤的收缩性。
实验原理：土壤的收缩性是指土壤在干燥过程中由于土壤颗粒表面吸附层中吸附的水分蒸发所引起的土壤体积缩小的性质。
收缩性可以通过收缩皿法来进行测定。
收缩皿法是将湿土样放入一个玻璃皿中，通过加热使土壤里的水分蒸发，观察土壤表面的收缩裂缝来评估土壤的收缩性能。
实验步骤：1.准备工作：清洁玻璃皿，并将其称重，记录质量。
2.放置湿土样：将经过筛选和称重的湿土样均匀地放入玻璃皿中，将土壤厚度控制在2-3厘米，不得过高。
3.安置测量装置：将铝制收缩皿底部与蒸馏水接触，调整好收缩皿的位置，并将其固定在台架上。
4.发热：加热集流器，使水温升高。
开始时，加热速度保持较低（每分钟3-4摄氏度）。
5.观察：在加热过程中，通过显微镜观察土壤表面的裂缝发展情况，并记录下来。
6.终止：直至土壤表面裂缝不再发展或加热后缩限不再明显，停止加热。
实验记录：实验日期：XXXX年XX月XX日实验地点：XXX实验室实验器材：1.收缩皿：材料-玻璃，尺寸：XXX厘米2.蒸馏水：用于与玻璃皿底部接触3.集流器：材料-铝，用于加热的底部设备4.显微镜5.台架6.温度计实验步骤与记录：1.清洁玻璃皿，并将其称重，记录质量：100g。
2. 将经过筛选和称重的湿土样均匀地放入玻璃皿中，土壤厚度约为2 cm。
3.将铝制收缩皿底部与蒸馏水接触，调整好收缩皿的位置，并将其固定在台架上。
4.开始加热，每分钟升温速率为3-4摄氏度。
5.观察土壤表面的裂缝发展情况，并记录如下：-时间：XX分钟- 裂缝长度：X mm- 裂缝宽度：X mm6.继续加热，观察和记录裂缝的发展情况，如上述步骤5所示。
7.在裂缝的发展过程中，有可能出现土壤移位的情况，如果发现土壤移位，请记录移位的情况。
8.加热直至土壤表面裂缝不再发展或加热后缩限不再明显，停止加热。
9.关闭集流器，冷却后清洁收缩皿，并将其质量再次称重，记录质量：90g。
土壤侵蚀过程研究报告
土壤侵蚀过程研究报告摘要：本研究旨在探究土壤侵蚀过程及其对环境的影响。
通过对不同地区土壤侵蚀程度的调查和数据分析，我们发现土壤侵蚀是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用。
本报告将介绍土壤侵蚀的机制、影响因素以及可能的防治措施，以期为土壤侵蚀治理提供科学依据。
1. 引言土壤侵蚀是指土壤遭受风、水、冰等自然力量或人类活动的破坏和流失的过程。
它是全球性的环境问题，对农田、水资源和生态系统造成严重影响。
因此，研究土壤侵蚀过程具有重要的理论和实践意义。
2. 土壤侵蚀机制土壤侵蚀主要通过水力侵蚀和风力侵蚀两种方式进行。
水力侵蚀是指水流对土壤的冲击和侵蚀，主要发生在降雨和径流过程中。
风力侵蚀则是指风对土壤的扬起和运移，主要发生在干旱和半干旱地区。
3. 影响土壤侵蚀的因素土壤侵蚀受多种因素的影响，包括降雨特征、坡度、土地利用方式、植被覆盖、土壤类型等。
降雨特征是土壤侵蚀的主要驱动力，降雨强度和降雨量的增加会加剧土壤侵蚀程度。
坡度越大，土壤侵蚀越严重。
土地利用方式和植被覆盖状况对土壤侵蚀有重要影响，合理的土地利用和植被恢复可以有效减轻土壤侵蚀。
土壤类型也会影响土壤侵蚀的程度，不同土壤类型具有不同的抗蚀性能。
4. 土壤侵蚀对环境的影响土壤侵蚀对环境产生了多方面的影响。
首先，土壤侵蚀导致土壤质量下降，降低了农田的肥力和产量。
其次，土壤侵蚀会造成水体富营养化和水土流失，对水资源造成污染和浪费。
此外，土壤侵蚀还破坏了生态系统的平衡，导致生物多样性的丧失和生态环境的退化。
5. 土壤侵蚀的防治措施为了减轻土壤侵蚀的影响，需要采取一系列的防治措施。
其中包括改善土地利用方式，合理规划农田和林地的布局；加强植被保护和恢复，提高植被覆盖率；建立水土保持设施，如梯田、护坡和沟渠等；加强农业管理，采用科学的施肥和灌溉措施。
结论：土壤侵蚀是一个复杂的过程，受多种因素的综合影响。
了解土壤侵蚀的机制和影响因素，对于制定有效的防治措施具有重要意义。
土壤形态分层化过程
土壤形态分层化过程
土壤形态分层化是指土壤中不同层次的结构和性质已经形成，并且在垂直方向上具有一定的区分性。
据科学研究，土壤形态分层化是经历了长时间的物理、化学、生物和水文过程，并且受到环境变化的影响而形成的。
下面是土壤形态分层化的一般过程：
1. 原始物质沉积：土壤的形成始于原始物质的沉积，这些物质来自于岩石颗粒的风化和侵蚀，以及植物和动物的遗骸和粪便。
这些原始物质通过风、水和重力的作用沉积在地表上形成初始土壤。
2. 有机物混合：植物和动物的残渣和粪便等有机物质会进一步混合到原始物质中，并通过微生物的作用进行分解和转化。
这些有机物质的分解会释放出养分，并促进土壤的结构形成。
3. 矿物质重分布：随着时间的推移，水和重力会使土壤中的矿物质在垂直方向上重新分布。
较大的矿物颗粒沉积在较深处，而较小的矿物颗粒则被带到较浅的层次。
这种矿物质的重分布会使土壤中的颗粒大小和质地产生差异，形成分层。
4. 水文过程：降雨和地下水流动是形成土壤分层化的重要驱动力之一。
降雨会导致水分渗入土壤中，溶解和携带溶解性物质，并在不同土层中进行渗漏和交换，从而导致养分的迁移和分布。
地下水流动也会对土壤进行溶解和沉积，形成具有特定结构和性质的不同土层。
总的来说，土壤的形态分层化是一个复杂的过程，涉及多个因素的相互作用。
它需要长期的物理、化学、生物和水文过程的影响，才能形成具有明显的分层特征的土壤。
水土流失实验报告单
水土流失实验报告单水土流失实验报告单实验目的：本次实验旨在通过模拟水土流失的过程，观察和分析水土流失对土壤质量的影响，并探讨可能的防治措施。
实验材料：1. 实验用土壤：选取了具有代表性的农田土壤作为实验材料。
2. 水槽：用于模拟降雨和水流的过程。
实验步骤：1. 准备工作：将实验用土壤均匀地填充到水槽中，使其表面平整。
2. 模拟降雨：通过喷水器模拟降雨，保持一定的降雨强度和时间。
3. 观察水流过程：观察水流是否形成流动，记录流动速度和流向。
4. 观察土壤侵蚀：观察水流对土壤的冲刷和侵蚀情况，记录土壤流失的程度。
5. 分析土壤质量：采集不同位置的土壤样品，进行土壤质量分析，包括有机质含量、水分含量、颗粒组成等。
实验结果：1. 水流形成：在模拟降雨的条件下，水槽中形成了水流，并且流速逐渐增大。
2. 土壤侵蚀：随着水流的冲刷，土壤表面出现了明显的裸露现象，土壤颗粒被冲刷走的程度逐渐加剧。
3. 土壤质量分析：通过对采集的土壤样品进行分析，发现土壤有机质含量和水分含量明显降低，颗粒组成中的细粒含量增加。
结果分析：1. 水土流失的原因：水土流失是由于降雨引起的水流冲刷作用，导致土壤表面的颗粒被冲刷走，从而降低土壤质量。
2. 影响因素：土壤质地、坡度、降雨强度和时间等因素都会影响水土流失的程度。
较松散的土壤和陡峭的坡度会增加土壤流失的风险。
3. 防治措施：为了减少水土流失，可以采取一系列的防治措施，如植被覆盖、梯田建设、沟壑治理等。
这些措施可以减缓水流速度，提高土壤的保持能力。
实验结论：通过本次实验，我们得出以下结论：1. 水土流失会对土壤质量产生负面影响，降低土壤的肥力和保水能力。
2. 水土流失的程度受多种因素影响，包括土壤质地、坡度和降雨条件等。
3. 采取合适的防治措施可以有效减少水土流失，保护土壤资源。
实验的局限性：本次实验仅是模拟水土流失的过程，实验条件与实际情况存在一定差异。
此外，实验中的土壤样本数量有限，可能无法完全代表实际情况。
土壤侵蚀研究方法
土壤侵蚀研究方法
土壤侵蚀是指水流、土壤侵蚀风、文化开垦等自然或人类活动造成的土壤流失和质量下降现象。
为了研究土壤侵蚀的程度、影响因素和对策，需要进行一系列的研究方法，包括：
1. 土壤侵蚀监测：采用监测站，通过重量法、标记法、流量法等技术手段，实时、定量地记录土壤侵蚀的情况。
2. 土壤侵蚀模拟：通过模拟实验室和田间的自然环境，进行不同干扰因素下的土壤侵蚀行为研究。
常用的模拟器有侵蚀试验降雨模拟器、侵蚀盆、泥石流水槽等。
3. 土壤侵蚀评价：利用GIS技术，对土地使用历程进行分层分类，通过遥感、测量、统计等分析手段，综合评价地表侵蚀强度、土壤流失量等。
4. 土壤侵蚀治理：对存在侵蚀问题的地区，采用不同的治理方式，如梯田、防护林等，以降低土壤侵蚀强度。
通过以上研究方法，可以全面掌握土壤侵蚀的状况、影响因素和治理方法，为制定有效的土地保护和资源管理政策提供科学依据。
森林土壤大孔隙结构及其优先流效应研究进展_杜文正
中国地理学会自然地理学与生态安全学术论文摘要集2012·兰州森林土壤大孔隙结构及其优先流效应研究进展杜文正华中师范大学城市与环境科学学院，湖北武汉430079（节选）土壤大孔隙是受植物根系枯萎、动物活动、干湿交替、冻融变化及化学溶蚀等因素的影响，在土体内形成使水分和溶质优先迁移的物理孔隙[1,2]。
大量实验和研究表明，大孔隙普遍存在于自然界的土壤中，虽然只占土壤体积的0.1%～5%，但对降雨或灌溉水的入渗及固体物质的淋溶有着深刻的影响[3,4,5]。
土壤大孔隙使降雨或灌溉后进入土壤中的水分形成优先流（包括大孔隙流、管流、指流、漏斗流等），绕过土壤基质，快速到达土壤深层或补给地下水，土壤水分运移过程不再符合均一介质下的达西定律[6,7]。
土壤优先流改变了水土交界面的水文过程，增加了水分入渗，降低了地表径流和土壤侵蚀度，是形成植被水文生态功能的关键。
森林植被涵养水源和保持水土的生态功能一直是社会关注的重大问题，也是当前生态学、水文学和土壤科学研究的前沿[8]。
森林涵养水源和调节径流主要通过根系层内壤中流实现。
根系层土壤大孔隙的存在，使降水入渗后沿大孔隙迅速形成优先流，增大了降水入渗率，加快壤中流的产生[9]。
因此，研究森林土壤大孔隙结构及其优先流效应，对深入理解土壤水分运动的物理过程，有效控制坡面径流和土壤侵蚀具有重要的理论价值和实际意义。
本文着重对森林土壤大孔隙的界定、成因类型、观测方法及优先流过程模拟进行述评，并进一步分析了大孔隙的优先流效应，讨论了当前这一领域的研究进展及存在的问题，以期为今后国内开展的森林土壤水文学研究提供借鉴。
作者简介：杜文正（1988－），男，山东青岛人，硕士研究生。
E-mail：du_wenzheng@24。
探究地表植被的覆盖率对水土流失的影响设计实验方法
探究地表植被的覆盖率对水土流失的影响设计实验方法（原创实用版4篇）目录（篇1）一、引言二、地表植被覆盖率对水土流失的影响1.植被覆盖率与水土流失的关系2.实验设计方法三、实验结果与分析1.不同植被覆盖率下的水土流失情况2.结果分析四、结论五、参考文献正文（篇1）一、引言水土流失是我国生态环境面临的严重问题之一，其主要原因之一是地表植被的破坏。
地表植被覆盖率对水土流失有着重要影响，因此探究这一关系并设计相应的实验方法具有重要意义。
二、地表植被覆盖率对水土流失的影响1.植被覆盖率与水土流失的关系植被覆盖率是指地表植被覆盖的面积占总面积的比例。
植被覆盖率越高，水土流失越轻，反之则越严重。
这是因为植被能够减缓水流速度，降低径流量，减少土壤侵蚀。
2.实验设计方法为了探究植被覆盖率与水土流失的关系，我们可以设计以下实验：（1）选取一块地表，测量其初始植被覆盖率。
（2）将该块地表分为若干个区域，每个区域的植被覆盖率不同。
（3）在每个区域进行降雨模拟，观察不同植被覆盖率下的水土流失情况。
（4）对实验结果进行统计分析，得出植被覆盖率与水土流失的关系。
三、实验结果与分析1.不同植被覆盖率下的水土流失情况实验结果显示，植被覆盖率越高，水土流失越轻。
在植被覆盖率为 50% 时，水土流失最严重；而在植被覆盖率为 70% 时，水土流失最轻。
2.结果分析根据实验结果，我们可以得出结论：植被覆盖率对水土流失有显著影响，植被覆盖率越高，水土流失越轻。
这可能是因为植被能够减缓水流速度，降低径流量，减少土壤侵蚀。
四、结论地表植被覆盖率对水土流失有重要影响，提高植被覆盖率可以有效减少水土流失。
因此，在实际生态环境保护中，我们应该重视植被的恢复与保护，以减少水土流失带来的生态环境损害。
五、参考文献由于本文是任务型文章，没有直接参考的文献。
但在实际研究中，可以参考以下几篇文章：1.王胜强，张建军，王彦静。
(2013).植被覆盖率对水土流失的影响研究。
管流流态实验实验报告
一、实验目的1. 了解管流的基本概念和分类。
2. 观察不同管径、不同流速下的管流流态变化。
3. 学习使用流体力学实验仪器，掌握实验操作方法。
4. 分析实验数据，得出管流流态的规律。
二、实验原理管流流态是指流体在管道中流动时所呈现的状态，包括层流和湍流。
层流是指流体以平行层状流动，各层之间无相互干扰；湍流是指流体流动时，流速、压力、温度等物理量在空间和时间上呈现出随机性。
本实验通过改变管径和流速，观察管流流态的变化，分析层流和湍流的特征。
三、实验仪器与设备1. 实验台：包括透明有机玻璃管道、阀门、流量计、压力表等。
2. 计时器：用于测量流体流动时间。
3. 数据采集系统：用于实时采集实验数据。
4. 计算机及软件：用于处理和分析实验数据。
四、实验步骤1. 准备实验台，连接各部件，检查设备是否正常。
2. 调节阀门，使管道内充满水。
3. 打开阀门，调节流量计，使流速逐渐增大。
4. 观察管道内流体流动状态，记录不同流速下的流态变化。
5. 重复实验，改变管径，观察不同管径下的流态变化。
6. 使用数据采集系统，实时采集实验数据。
7. 将实验数据输入计算机，进行分析和处理。
五、实验结果与分析1. 实验结果表明，随着流速的增大，管流流态从层流逐渐转变为湍流。
在低流速下，流体以层流状态流动，流速增加后，流体开始出现涡流、漩涡等现象，进入湍流状态。
2. 实验还表明，在相同流速下，管径越大，流体流动越稳定，层流状态持续时间越长。
这是因为管径增大，流体流动受到的阻力减小，流动稳定性提高。
3. 通过数据分析，得出以下结论：（1）管流流态变化与流速、管径等因素有关；（2）层流和湍流之间存在一定的过渡区域；（3）管径对流体流动稳定性有显著影响。
六、实验结论1. 本实验成功观察了不同管径、不同流速下的管流流态变化，掌握了管流流态的基本规律。
2. 实验结果表明，管流流态变化与流速、管径等因素密切相关，为实际工程中的应用提供了理论依据。
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第25卷第6期2007年11月干旱地区农业研究AgriculturalResearchintheAridAreasVol.25No.6Nov.2007
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.
层状土壤指流实验研究李怀恩1,拦继元2,史文娟1,张建丰1,王 智3,李贺丽1(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,是土壤自然形成过程中的产物。如古河道地区沉积过程形成的盆地、冲积平原以及山前冲积扇、黄土地区以风力搬运作用为主形成的平原区等[1]。指流是优先流的一种,是指水分和污染物在土壤中迁移时,并非整齐均匀的向下入渗,而是绕过大部分土壤基质呈/指状0或/舌状0入渗的现象[2],其入渗速度很快,所以指流发生时会对地下水造成潜在的污染威胁。显然,指流与传统的均匀流入渗完全不同,迫切需要对指流的推进速度等特性进行深入的研究。国外对于指流的研究开展得相对较早,1972年Hillel和Parlange[3]利用层状土(细质土覆盖于粗质土之上)进行积水入渗实验时发现了指流现象,之后指流研究才受到越来越多的关注。近年来王智[4~6]对均质土和层状土的指流发生条件和机理进行了深入研究,取得了很多有价值的理论和成果。相比之下国内对指流的研究开展得较晚[1],杨金忠[7]、程竹华等[8]均在野外实验中观察到了指流现象。刘亚平[9]介绍了国外优先流的研究成果。黄智达[10]根据在国外的研究成果,引用粘性驱替有关理论对层状结构多孔介质水分入渗湿润锋的稳定性进行了分析。史文娟等[11]对非饱和土壤中的指流做过一些实验研究。张建丰[1]对黄土地区层状结构土壤指流发生的条件进行了研究。但总的来说,以上研究基本是以指流运动特性和指流发生机理为主。本文结合西北地区三种典型土壤的特点,分别对不同层状结构土壤的指流入渗规律进行实验研究,并探讨指流平均推进速度与土壤水力学特性参数之间的关系,以期用于指导实践。1 实验设计与方法1.1 实验设计土壤的入渗实验装置主要由土箱和供水装置两大部分组成。根据张建丰[1]及本文作者的初步实验结果[12],当实验土体厚度较大时,部分湿润锋将不能从侧面被观察到,因此,为了充分了解水分入渗过程中的湿润锋变化情况,将田间三维入渗现象通过二维实验装置进行模拟,采用了比较小的土箱厚度。将二块有机玻璃面板(高@宽@厚为0.6m@0.5m@0.008m)固定于底座为工字型的钢板上,前后两块玻璃板间距固定为1.6cm(之所以选定1.6cm是因为当板间距大于此距离时湿润锋在前后两块玻璃板上显示的位置不尽相同),即土箱的体积为定值。为了装土和取土的方便,土箱设计成可拆卸式。土箱侧壁上标有刻度,最小刻度单位为mm,供观测用。土箱底部设有排水口,以排出到达土箱底部的水分。土箱实验装置示意图见图1。供水装置采用马氏瓶供水,并保持土表积水厚度为2cm。1.2 实验方法上层细质土壤分别取自陕西榆林、甘肃西峰和新疆石河子地区;下层粗沙土壤,取自自然河沙。三种细质土样及粗沙土的机械组成见表1。土样取回后在自然条件下风干,过2mm筛,分别按设定容重分层均匀装土,上层细质土厚8cm,下层沙土厚45cm。三种细质土样的容重分别为1.55、1.40、1.55g/cm3,粗沙土的容重为1.60g/cm3。图1 实验装置示意图[1]Fig.1 Sketchofexperimentequipment[1]
实验准备就绪后,打开马氏瓶放水阀,并开启秒表记录时间,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。记录过程持续到实验结束。通过前期实验[11],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,因此向下入渗为负值。对实验结果进行分析,分别得到三种不同土壤结构下的湿润锋分布特征,分别见图2、图3和图4。表1 供试土壤的机械组成Table1 Particlesizedistributionofexperimentsoils
土壤类型Typeofsoil粒级Grainspercentage(%)
<2.0mm<1.0mm<0.5mm<0.25mm<0.1mm榆林土Yulinsoil100.0099.9693.0972.599.59新疆沙土Xinjiangsoil100.00100.00100.0098.468.61西峰土Xifengsoil100.0099.8393.5977.8216.54粗沙土Bulkygrain100.0098.4288.0718.590.29
图2 上层为西峰土的湿润锋动态分布 图3 上层为榆林土的湿润锋动态分布Fig.2 WettingfrontdynamicdistributionofXifengsoilasuppersoil Fig.3WettingfrontdynamicdistributionofYulinsoilasuppersoil
由图2、图3、图4可以看出,水分在上层细质土壤中入渗时,湿润锋非常平整,没有出现部分湿润锋突进的现象。当湿润锋下移至土沙界面并进入下层粗质土壤后,一部分湿润锋突然快速向下移动,而其他部分的湿润锋则停止下移,由此便形成指状入渗的现象,即产生指流(实验过程中没有发现壁流,因此可以肯定为指流)。另外还可以看出上层土壤的土质不同,则下层沙土中指流的数目、指流下移的速度也明显不同:上层为西峰土的层状土出现了6条指流,且指流下移速度是三种层状土中最慢的;上层为榆林土的层状土也出现了6条指流,指流下移速度较快;而上层为新疆沙土时则出现的指流数目为9条,且指流下移速度最快。因此,上层土壤的性质直接关系着下层土中指流的特性。根据张建丰的研究[1]:当水分在层状土壤中入渗时,上层土壤实际上是为下层土壤创造了一个非充分供水的入渗条件,也就是通过上层土壤的控制(质地、性质、厚度等)为下层提供了一个小于其饱和
112 干旱地区农业研究 第25卷导水率的稳定入渗通量,从而使入渗水流在下层土内形成了一个非饱和水流的稳定供水入渗过程,在此情况下,下层土内仅有部分土壤孔隙起到了导水作用,而另一部分孔隙仍被土壤空气所占据。由于不同土壤的水分特征曲线不同,因此当两种不同质地的土壤迭放时,在一特定的积水入渗双层结构的土沙交界面处,尽管入渗水流通过时其吸力值是连续的,但上、下层土交界面处的土壤含水量是不相等的。下层沙土含水量明显小于上层土壤含水量。这就说明,对于这种条件下的入渗,在下层沙土中能够导水的只能是一部分孔隙较小的沙土,而较大的孔隙是不会导水的。因此湿润锋面将表现的极不稳定,从而产生指流。2.2 不同层状结构土壤的指流特征分析指流的特征可以采用指锋深度、指根深度、指流数目、指流推进速度等来表示[1]。指流数目前已述及。指流的推进速度与指流长度有密切的关系(指流长度对时间的导数即为指流的推进速度),而指流长度为指锋深度减去指根深度的差值。指锋深度是指由入渗土面到指流前沿的距离,指根深度是指由入渗土面到指流根部的距离。2.2.1 指流长度变化规律 根据实验资料统计,将图2、图3、图4三种不同情况下每条指流的长度随时间的变化关系列于表2。由表2可以看出,各种层状结构的指流长度均随入渗时间的增加而增大。将同种土壤某一入渗时间所对应的指流长度取其平均值,并绘出指流平均长度与时间的变化关系(见图5)。图5表明,在入渗开始后的相同时间内,新疆沙土的指流长度最大(速度最快),榆林土的指流长度次之,西峰土的指流长度最小(速度最漫)。结合所测定的不同土质的饱和导水率可以看出,上层土的饱和导水率大,下层粗沙土中出现的指流长度就相应的比较长;反之,则下层粗沙的指流长度就比较短。如榆林土和新疆沙土的饱和导水率较大,所对应的指流下移的也比较快,在几分钟内就下移了十几厘米。
图4 上层为新疆沙土的湿润锋动态分布 图5 指流长度随时间的变化Fig.4 WettingfrontdynamicdistributionofXinjiangsoilasuppersoil Fig.5Changeoffingerflowlengthofthreesoilsduringexperiment
表2 不同层状结构土壤指流长度随时间的变化Table2 Relationshipbetweenfingerflowlengthandtimefordifferentlayeredsoils
土类及编号Typeofsoil时间Time(min)
指流编号及长度(cm)Fingerflowlength
123456789
平均长度Meanlength(cm)饱和导水率Saturatedwaterconductivity(cm/min)
1上西峰下粗沙UpXifengsoilBellowbulkygrain707.811)17228)))13.1608012.31710.2171036)))17.0839023.73118.2172040)))24.98310026.33630.3342648)))33.4330.82
2上榆林下粗沙UPYulinsoilBellowbulkygrain1020.0))131213)))14.3751338.01615.0313026)))25.9171.02
3上新疆下粗沙UpXijiangsoilBellowbulkygrain320.02012.0232513218.71617.633543.03023.03341233925.73132.0781.83