杨凌包气带深层黄土的水力学性质试验研究

在总结国内外有关土壤水分运动特征及参数确定方法研究成果的基础上,采取理论分析与室内试验相结合的方法,研究了杨凌包气带深层黄土的土壤理化性质、水力特性和入渗特性。论文取得以下主要结论: （1）杨凌包气带10米土层土壤质地分为粉质壤土和粘壤土两类;砂粒和粘粒含量随深度变化呈减少,粉粒含量则呈增加趋势;有机质含量随深度增加呈减少趋势;土壤干容重和比重值随深度增加无明显变化趋势;水溶性的SO42-离子在土壤剖面中含量最大,Mg2+含量最小,Ca2+、HCO3-、SO42-含量均高于Cl-、Mg2+含量,且随着深度的变化无明显的趋势。 （2）10米土层范围内土壤的体积分形维数介于2.577～2.748之间,土壤颗粒体积分形维数与<0.002mm颗粒含量呈显著正相关性;同一质地的土壤颗粒体积分形维数与反映土壤孔隙分形特性的土壤水分特征曲线模型拟合得到的孔隙大小分形维数具有较好的线性关系,这表明可以用土壤颗粒体积分形维数代替土壤孔隙大小分形维数进行土壤水分特征曲线的模拟预测。 （3）以土壤体积分形维数为指标,采用Fisher最优分割模型（有序聚类模型）对杨凌包气带黄土10米土层进行垂直分层处理,结果表明:10米土层可以划分为六个层次,即:第Ⅰ层（0～40cm）、第Ⅱ层（40～80cm）、第Ⅲ层（80～100cm）、第Ⅳ层（100～160cm）、第Ⅴ层（160～300cm）、第Ⅵ层（300～1000cm）。 （4）利用Gardner幂函数模型、Brooks-Corey模型、Van-Genuchten模型、对数模型、单一参数模型等五种模型对实测黄土不同层次水分特征曲线进行模拟,最终得到各土壤层水分特征曲线最优拟合模型,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ三层为Van-Genuchten模型,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三层为Brooks-Corey模型。 （5）不同土层的土壤供水能力为Ⅴ>Ⅳ>Ⅵ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ;土壤失水速度强弱顺序为Ⅴ>Ⅳ>Ⅵ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三层土壤速效水与迟效水的适宜吸力临界点为0.3MPa;Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ三层速效水与迟效水的适宜吸力临界点为0.5MPa。 （6）土样粘粒含量越高,湿润峰前进速度越慢,相同时间内的累计入渗量也越小;六层土壤的D-θ关系曲线呈现出良好的指数关系,扩散率系数D0呈现出随土壤粘性增加而减小的变化趋势。 （7）土壤砂粒含量和饱和导水率之间呈良好的二次函数关系,拟合值与实测值变化趋势保持良好一致性,模型模拟的精度较高。