【摘要】：水資源短缺是黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中遇到的主要限制因子。土壤水分入滲作為地表水轉(zhuǎn)化為土壤水的一個(gè)重要過程,不僅決定著土壤對(duì)雨水和灌溉水等有限水源的利用程度,而且也深刻影響著地表徑流和土壤侵蝕強(qiáng)度。土壤水分入滲特性受到土壤內(nèi)外部許多因素的影響。其中團(tuán)聚體穩(wěn)定性是影響土壤水分運(yùn)動(dòng)的重要因素。新近的研究表明,介觀尺度土壤顆粒間的內(nèi)力作用(包括靜電斥力、分子引力和水合斥力)可高達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓,是土壤團(tuán)聚體破碎的主要推動(dòng)力。而團(tuán)聚體的破碎將會(huì)改變土壤孔隙狀況,進(jìn)而對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。然而目前有關(guān)土壤顆粒間內(nèi)力作用對(duì)土壤水力性質(zhì)的影響研究尚且較少,且考慮顆粒間內(nèi)力作用后經(jīng)典水分入滲模型的適用性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。因此,本研究選取四種典型的黃土母質(zhì)發(fā)育土壤(黑壚土、黃綿土、褐土和X土)為研究對(duì)象,通過理論計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,探究土壤內(nèi)力作用對(duì)土壤水分入滲過程的影響,并采用經(jīng)典土壤水分入滲模型和水分特征曲線模型進(jìn)行擬合,驗(yàn)證并比較分析了模型的適用性。本研究取得以下結(jié)果:(1)定量獲取了幾種典型黃土內(nèi)力作用大小及分布特征。隨著電解質(zhì)濃度的降低,四種供試土壤的表面電位(絕對(duì)值)、表面電場(chǎng)強(qiáng)度增大,靜電斥力、DLVO力和凈作用力皆不同程度地增大。土壤顆粒間的內(nèi)力作用皆隨相鄰顆粒間距離的增加而減小。凈作用力僅在濃度為1 mol·L~(-1)時(shí)出現(xiàn)凈吸引力。黑壚土、黃綿土、褐土和X土的臨界電位分別是-211.9、-203.6、-223.3和-232.6 mV。對(duì)應(yīng)的臨界濃度都約為0.01 mol·L~(-1)。當(dāng)顆粒表面電位大于該臨界值,以顆粒間距離2 nm為例,顆粒間凈作用力均保持不變;而當(dāng)電位小于該臨界值時(shí),隨土粒表面電位的增加顆粒間凈作用力增加。這表明,土粒間內(nèi)力作用隨體系電解質(zhì)濃度減小,電位的增大將表現(xiàn)出先增大而后減小的趨勢(shì)(2)系統(tǒng)研究了不同內(nèi)力作用下土壤水分入滲特性。隨著電解質(zhì)濃度的降低,土壤顆粒間凈斥力作用的增強(qiáng),水分入滲速率降低,濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度降低,土壤水分累積入滲量減少。其中電解質(zhì)濃度0.01 mol·L~(-1)是控制水分運(yùn)動(dòng)的臨界濃度。當(dāng)電解質(zhì)濃度低于臨界濃度時(shí),水分入滲速率、濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度等參數(shù)不再隨電解質(zhì)濃度而發(fā)生變化;而當(dāng)電解質(zhì)濃度高于臨界濃度時(shí),隨濃度的增大,水分入滲速率、濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速度、水分累積入滲量均增加。Kostiakov模型和Philip模型均可對(duì)累積入滲量隨測(cè)定時(shí)間的變化情況進(jìn)行較高程度地?cái)M合,其中Kostiakov模型的擬合效果更好。(3)探討了不同內(nèi)力作用下土壤持水性能的變化。隨著電解質(zhì)濃度的降低,凈斥力作用增強(qiáng),土壤飽和導(dǎo)水率減小,土壤持水能力增強(qiáng)。van Genuchten模型和Gardner模型皆能較好地?cái)M合四種土壤不同內(nèi)力作用下的水分特征曲線,總體分析,Gardner模型對(duì)不同內(nèi)力作用下的水分特征曲線變化擬合效果更好。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S152

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本文編號(hào)：2728597