土壤入渗理论与方法(改)

土壤入渗理论与方法 西南林业大学 硕士研究生文献综述 论 文 题 目 ：土壤入渗理论与方法 学 院： 环境科学与工程学院 年 级： 2014 级 成 员： 冯晓月 阮书鹏 曹向文 指导教师： 宋维峰 2015 年 4 月 25 日 II 摘要 入渗是水文学中重要的基本概念，定量确定土壤入渗性能对认识水循环及水利用具 有重要的理论意义和实践价值。当然，从不同角度出发去探讨土壤入渗也有不同的科 研意义。本文试图通过对目前国内外对土壤入渗的研究做一个系统性归纳与对比，从 而为下一步的学术论文打下基础。 关键词 土壤入渗；方法；模型；影响因素 Abstract Infiltration is a vital basic concepts in hydrology, qualitatively analysis soil infiltration capability has important theoretical significance and practical value in the water cycle and use. Of course, using different angle of view to discuss soil infiltration also have different research significance. This article attempts to do a systematic induction and comparison through the study of soil water infiltration at home and abroad, which lays the foundation for the next academic paper. Key words soil infiltration; methods; the influence of factors - 0 - 目录 摘要.II AbstractIII 第一章 前言.1 1.1 国内外研究动态 1 1.2 研究目的及意义 1 第二章 试验理论与方法.3 2.1 Green-Ampt 物理模型 3 2.2 Kostiakov 经验模型 3 第三章 讨论.4 参考文献5 土壤入渗理论与方法 1 第一章 前言 1.1 国内外研究动态 目前针对土壤入渗的研究大体可分为“入渗类型”和“入渗过程”两种。如吴刚等 的研究【1】针对的是入渗过程，土壤作为流域内降水和灌溉水的重要载体，其本身所 具有的导水性将影响地表径流的产生、地下水的补给与蒸发，以及土壤侵蚀和化学物 质转移等。他把土壤本身具有的这种导水性称之为土壤入渗特性，土壤入渗特性是评 价土壤水源涵养能力与抗侵蚀能力的重要指标，也是模拟土壤侵蚀过程的基本输入变 量、初始入渗率、累积入渗量、稳定入渗率和饱和导水率等反映土壤入渗特型的基本 参数，这些参数受到内在和外在因素的共同影响。 此外，如张志伟等的研究【2】针对的是土壤类型，表明土壤入渗能力与土壤类型、 土壤性质、地形状况以及土地利用方式等都有密切的关系。入渗速率高的土壤，可以 保证有较多的降水渗入土壤，或形成壤中流、地下径流，或补给地下水，减少了地表 径流损失、减少地表冲刷。例如西南岩溶区面积广大，是典型的生态脆弱区。在裸露 型和浅覆盖型岩溶区，降雨期间大量降水通过裂隙直接进入地下河道，容易引发地下 河排水不畅，发生洪灾，而雨后地表缺水常发生干旱，旱涝交替是峰丛洼地岩溶区的 重要自然灾害。 1.2 研究目的及意义 近几年出台的国务院关于加强城市基础设施建设的意见( 国发201336 号) 强调“提升城市绿地汇聚雨水、蓄洪排涝、补充地下水、净化生态等功能” 。由此可见， 城市绿地对城市水源涵养的重要调节作用已引起国家的重视。但其中有一个重要技术 环节可能被大家所忽略，即城市绿地涵养水源的作用主要通过土壤入渗才能实现。近 年来，北京、上海、广州等国内大型城市甚至有些原先雨水并不充足的城市也发生过 大大小小的暴雨后城市严重积水洪涝的现象，这除了与市政配套的城市排水管网设计 滞后等原因有关外，各大城市近年来兴建的大量绿地没有真正起到减缓雨水洪涝的作 用也是主要原 因之一。城市绿地在缓解城市雨水汇集方面扮演了重要的角色，为增加绿地的雨水渗 2 透能力，德、日、美等国家均在法律中明确规定，对于新建和改建地区，地表径流量 在开发前后必须不改变。相比较而言，国内在绿地设计、施工、工程验收等环节均没 有考虑土壤入渗这一重要指标，城市建设者普遍对土壤入渗的基本内涵、作用、影响 因素和技术要求缺少必要地了解，更谈不上在实际工作中很好地应用。随着中国城市 化快速进程中洪涝等城市安全问题日益凸显以及对绿地生态功能要求的逐步提高，了 解土壤入渗的基本知识在城市建设中科学、有效的应用显得尤为重要。 土壤入渗理论与方法 3 第二章 试验理论与方法 土壤水分入渗是指水进入土壤的过程，是通过全部或部分地表向下的流动过程3。 随着对土壤入渗过程理论研究的不断深入，国内外不少学者相继提出了提出许多士 壤入以及建立在一定物理学理论基础上的入渗模型。 2.1 Green-Ampt 物理模型 其中 Green 和 Ampt 根据最简单的土壤物理模型，推出了一维土壤水分入渗模型： i(t)=at +i 式中：a0.5chs；hs一湿润锋面处有效的或平均基质吸力；一水分 饱和差；ic一稳定入渗速率。 该模型是在假设饱和入渗理论的基础上，经过数学推导而得到的。这些假设有： 渗入土壤中的水分，从土壤表面至入渗锋面沿深度的水分分布均匀，同时饱和；入 渗锋面与下层土壤含水量具有明显的分界面；水分的渗漏速度，只有当上层毛管孔 隙达到饱和后才开始增加。Oreen-Ampt 入渗模型简单，且有一定的物理模型基础，故 长期以来受到重视，广泛应用于入渗过程模拟研究。 2.2 Kostiakov 经验模型 该经验模型是 KostiakovF 提出： f(t)=at-b 式中：f(t)入渗速率；t入渗时间；a,b由试验资料拟合的参数。 当 t时，f(t)O，当 t0 时，f(t)，而当 t 一的情况，只有在水平吸 渗情况下才出现，垂直入渗条件下，显然不符合实际。但在实际情况 b-，只要能确定 出 t 的期限，使用该模型还是比较简便而且较为准确。 4 第三章 讨论 土壤入渗性能是土壤重要的水分物理性质，是反映土壤涵养水源和抗侵蚀能力的 重要指标。土壤入渗能力与土壤类型、土壤性质、地形状况以及土地利用方式等都有 密切的关系。入渗速率高的土壤，可以保证有较多的降水渗入土壤，或形成壤中流、 地下径流，或补给地下水，减少了地表径流损失、减少地表冲刷。认识土壤入渗特性， 在制定水土保持措施、地下水管理及土壤侵蚀预测和洪水预报等方面均有十分重要的 意义。 土壤入渗是一个受土壤结构、土壤质地、降水强度及地表植被等多因素影响的物 理过程。土壤含水量不仅控制水分下渗过程中湿润峰前缘的水力梯度，而且影响土壤 团聚体遇水崩解的强度，改变土壤孔隙结构。因此，研究中需要基于相同的供水条件 和实验方法比较实验结果，来揭示土壤入渗的物理机制，提出促进土壤入渗、降低地 表产流的有效措施。 目前对土壤入渗特性影响因素的研究主要集中在土壤物理性质方面，特别是土壤 物理性质宏观表现指标对入渗特性影响的研究最多，而缺乏土壤化学性质对入渗特性 影响的机理研究。尽管土壤物理特性对土壤入渗的影响研究已经量化，但是并没有归 纳出定量化的规律。关于植被覆盖对土壤水分下渗的研究很多，但研究尺度小，且研 究成果难以定量化和推广。此外，关于耕作方式关于土壤水分入渗的影响仍不统一。 因此今后仍需对土壤化学作用、植被覆盖及耕作方式对土壤水分下渗的影响机理方面 做进一步的研究应用。 对于土壤水分入渗实验方法的研究，主要集中在由不同测定方法获得数据的简单 比较，或者是简单对比某几个因素对测定结果的影响方面，但是各种实验方法之间的 联系和可比性仍需进一步研究，而且今后在进行相关野外实验研究时，应以土壤渗透 特性均质、各向同性为宜，以便分析水流性质对测定结果的影响；同时，加强土壤水 分剖面、毛管力作用和入渗特征值的野外和室内测定，以便分析非饱和区域对测定结 果的影响。此外，由于各种实验方法都与实际情况有一定的差异，这使得准确获得并 描述入渗过程成为一项十分困难的工作，入渗试验还需要进一步设计。 土壤入渗理论与方法 5 参考文献 1吕刚，吴祥云土壤入渗特性研究因素影响综述J农业工程科学2008 2张治伟，等岩溶坡地不同利用类型土壤入渗性能及其影响因素J农业工程学 报2010 3雷廷武，潘英华，刘汗，等产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能 J农业工程学报，