水盐迁移模式及运移机理研究进展

土壤盐渍化是目前众多交叉学科研究的一个热点问题,涉及到土壤学、环境科学、岩土工程等学科知识.科学认识土壤中水盐迁移模式及运移机理,对农业工程治理土壤盐渍化以及路基工程预防路基盐渍化具有重要意义.介绍了国内外农业工程领域比较认同的水分迁移模式(毛细管作用假说、薄膜水迁移理论、结晶力理论与吸附—薄膜理论)、盐渍土离子迁移方式(渗流迁移、扩散迁移与渗流—扩散混合迁移)与土壤中水-热、水-盐、水-热-盐运移机理与模型,以及公路工程领域相关的研究进展,并对相关模型原理、异同点、优缺点、适用性及应用状况进行了分析评价.     

膜下滴灌新疆棉田土壤盐分的运移规律

主要通过定时定点取样与室内化验就不同土壤质地和不同滴灌年限两方面对新疆棉田膜下滴灌盐分运移规律进行研究,结果表明:对于不同土壤质地,壤土中的盐分分布较粘土中的呈更规律的变化;不同滴灌年限中滴灌年限越长,棉田中的盐分积累就越多,分析结果显示,定期大水漫灌洗盐、做好春灌水工作以及恢复排碱渠作用是土壤脱盐的必要手段。     

内蒙古义长灌域土壤盐分变化特征分析

土壤盐渍化是影响作物产量与制约农业发展的重要因素.本文根据义长灌域2012年5-12月份的野外实测资料,分析了试验区土壤含盐量在垂向剖面上的分布特征和变化规律;研究了地下水埋深和矿化度季节性变化规律及其对土壤盐分运移的影响.研究结果表明:强烈的蒸发促进盐分向土表运移,随土层深度的增加,土壤含盐量呈降低趋势;土壤积盐脱盐交替频繁,交替周期与灌水周期相对应;地下水埋深受灌排系统影响较大,作物生育期内地下水矿化度无较大波动;由于土壤盐分运移受多种因素影响,在野外试验条件下,单一因素如地下水埋深或地下水矿化度与土壤盐分运移的关系不显著.研究结果可为义长灌域土壤盐渍化防治与水土利用提供理论依据.     

吉林西部典型灌区冻融期水田水盐运移特征研究

冻融作用是东北干旱、寒冷地区土壤盐碱化独特的形成机制,温度的改变是导致冻融过程中土壤中水盐运移的驱动力。本文以吉林西部典型灌区大安市水田土壤为例,以冻12h融12h为一个循环进行室内冻融循环模拟试验,模拟初冬和初春昼融夜冻条件下的水盐运移状况,分别用质量法、电导法测定各层含水率、含盐量,研究了不同冻融条件下土壤水、盐含量的变化规律,分析了水、盐含量的相关性。研究得出：在冻融循环作用下,20-50cm土层的水分和盐分向上层迁移,使0-20cm土层含水率和含盐量增加,其中0-10cm土层增加最多;0-10cm、10-20cm、40-50cm土层水、盐之间具有显著的相关性,受水势梯度、冻结带、土壤结构、溶解度等因素影响,20-30cm、30-40cm土层水、盐之间相关性不显著;冻融过程中水分运移在一定程度上决定了盐分的运移。模拟实验结果揭示了碱盐土区冻融作用下水田土壤盐碱化的发生过程,为有效防治水田土壤盐碱化提供了基础理论依据。     

不同压砂厚度和粒径对土壤水盐运移的影响

为研究砂石厚度和粒径对土壤水盐运移规律的影响,用土柱模拟试验,裸土为参照组(CK),以砂石厚度(5、10、15cm)和粒径(粗砂、中砂、细砂)为影响因子,研究了不同压砂厚度和粒径对土壤水分蒸发和盐分迁移的规律.结果表明:土壤表层压砂可以抑制水分蒸发,抑制蒸发效果与压砂厚度和细砂的质量分数皆呈正相关关系.压砂可有效地抑制土壤盐分表聚,CK盐分上升发生在0~35cm土层,压砂土壤盐分上升主要发生在0~20cm土层,压砂可缩短盐分在土壤中的迁移深度.随着土层深度的增加,压砂对盐分的抑制作用减弱,抑制盐分表聚作用与压砂厚度和细砂的质量分数皆呈正相关关系,当压砂厚度超过10cm后,厚度的增加对抑制盐分表聚作用提高不明显.综合考虑压砂厚度和粒径对抑制水分蒸发和盐分表聚的作用及经济性,率定出10cm厚的细砂粒径级配对黄黏土保水抑盐效果最优.     

土—水环境修复实验中Na~+、Cl~-离子运移规律

土壤水盐运移规律的研究是目前土壤物理学、农田灌溉学研究的一个重要方面,也是防治盐碱化、改良盐渍土的核心问题。在分析和总结国内外有关一维入渗条件下土壤水盐运移规律研究成果的基础上,针对盐碱土水盐运动的基本特征,通过室内一维土壤水盐运移过程的试验研究,分析了土壤盐分浓度运移规律,为盐碱地的开发利用提供了科学依据。     

滨海盐渍土脱盐动态规律及其效果评价——野外灌水脱盐模拟实验研究

通过野外大型土柱脱盐实验以及淋洗前后土壤盐分、离子组成的对比分析 ,探讨了滨海盐渍土水盐运移的动态规律 ,提出了淋洗定额的参考数值 ,并对脱盐效果进行了检验与评价。结果表明 :随灌水量的增加 ,土壤上层脱盐迅速 ,中、下层在盐峰过后才能进行脱盐阶段 ,盐峰的形成、下移与消失过程体现了土壤盐分自上而下逐层传递的动态特征 ;土层越深 ,盐峰下移速度越慢 ,持续期越长 ,脱盐难度则越大 ;阳离子易于溶脱的顺序是Mg2 +>Na+>Ca2 +>K+,阴离子为Cl- >SO2 - 4 >HCO- 3 ,HCO- 3 含量未减 ,反增加了 1 1 1 .8%～ 1 42 .7% ,pH升高 ,土壤肥力水平有所下降。因此 ,脱盐后的土壤培肥、土性改良及抑盐改碱等配套措施至关重要     

基于多孔介质模型的土壤次生盐渍化过程模拟

运用多孔介质"七场一相变一扩散"模型(简称七场模型),结合多孔介质溶质运移理论,建立了土壤热、湿、气及盐分耦合运移的数学模型.与一般研究溶质运移的模型不同,计算模型中所涉及的变量均在模型内求解,使模型具有较好的封闭性和相对的独立性.通过数值模拟研究了土壤中的盐分上升过程,结果表明模拟盐分上升趋势与实验结果一致,但模拟精度仍有待提高.     

地表土层冻结过程中水分积聚对水盐迁移的影响

分析了土壤冻结过程中水分积聚的影响因素,探讨了水分积聚过程中水盐迁移的机理,指出冻结带水分积聚为冬春季林木越冬繁衍提供了水分,同时盐分也随水分迁移到地表。     

干湿交替过程中重金属在碱性盐化表层土壤中的迁移特征

为了研究干湿交替过程中水盐运动引起的表层土壤中重金属的迁移转化规律,利用相连通的2个圆柱体,模拟7 d和14 d两个周期干湿交替过程,并分析其中水盐变化对碱性盐化表层土壤中重金属Cd、Cr、Ni、Cu和Pb等的迁移和转化的影响.结果表明:干湿交替过程中水盐运动最终会造成表层土壤中重金属含量的下降;土壤中重金属总量的变化趋势与含水率相反,而盐度的影响可被水分的影响所掩盖;干湿交替过程中的水盐运动引起重金属形态变化,其中Cd的可交换态含量和Cr、Ni的铁锰氧化态含量增加,Cd的铁锰氧化态含量、Cr的有机结合态含量以及Ni、Cu和Pb的碳酸盐结合态含量减少,而Cu和Pb的有机结合态和铁锰氧化态含量变化基本上体现出此消彼长的特点.这些结果表明,干湿交替过程中的水盐运动对表层土壤中的重金属具有活化作用.     

植物根系占位对土壤热湿迁移的影响

将土壤床作为非饱和多孔介质,考虑土壤内热、湿、气的耦合迁移机制,针对根系占位或不占位两种情况,对植物根系土壤床中的传热传质进行数值模拟,比较土壤中各量场的分布,分析植物根系占位对土壤床内热量及水分迁移的影响,计算和分析结果表明,植物根系的占位对土壤床内水分迁移有明显的影响,根系的存在使土壤内部的水分分布更为均匀,有利于水分向植物根系密集的上层土壤迁移,也有利于水土保持。     

冻融过程中重塑土水盐迁移试验研究

为探究盐渍土地基冻融过程中的水盐迁移规律,以内蒙古东部典型盐渍土为研究对象,通过改变土样冷端温度,初始含水率,干密度和含盐量等因素,进行室内重塑土单向冻结,双向融化试验。结果表明：试样温度的改变存在滞后性,离冷端越近,温度变化越敏感;在冻结过程中,土样初始含水率、干密度或者含盐量的增大,将造成冻结锋面的移动速度减小。试件水分迁移量随着初始含水率的增大而增大;当初始含水率较低时,冷端温度的变化对水分迁移影响较小,只有当初始含水率足够大时,迁移量才随着冷端温度的降低而增大;土溶液冻结和电导率突变存在关联性;含盐量的增加,会抑制水分迁移。试件整体盐分迁移量随着冷端温度的降低而增大;只有当冷端温度足够低时,盐分迁移量才会随着初始含水率的增大而增大;增大干密度会减少盐分迁移;含盐量的增多,使盐分往试件暖端方向汇聚。     

粗粒盐渍土水盐迁移试验研究

为探究粗粒盐渍土水盐迁移特性,通过室内试验开展了不同细粒含量和盐分供给源的水盐迁移及时空分布特性研究.结果表明:粗粒土中细粒含量不同,盐溶液和盐渍土两种盐分供给源有不同的迁移规律.随细粒含量增加盐溶液供给源水盐迁移量逐渐减小,迁移速率最快的为10%细粒含量的土柱.随细粒含量增加盐渍土供给源短期水分迁移高度增加,整个土柱盐分迁移量增大,盐分迁移最显著的是30%细粒含量的土柱.因此粗粒盐渍土地区道路工程宜通过控制细粒土含量来抑制粗粒盐渍土水盐迁移.     

苗木移栽条件下的滨海盐渍土水盐动态变化

 在河北唐山南堡开发区, 结合穴状衬膜改土整地, 移栽了绒毛白蜡、国槐、桧柏、柳树等研究用苗木, 以土钻取土法进行两年土壤水盐动态定期监测, 研究了移栽苗木对滨海盐渍土水盐动态规律的影响, 以期为滨海泥质盐碱地造林绿化的树种选择提供理论依据。结果表明, 与未移栽苗木的处理(对照组)相比, 移栽苗木会降低土壤含水量和电导率, 并增大二者的月际变化幅度, 但对土壤含水量和电导率的总体变化趋势影响不大。苗木的生长季、树冠结构和根系吸水是移栽苗木后影响土壤水盐动态变化的主要因素, 其中苗木的生长季影响主要表现为同一时期, 各种苗木所在土壤含水量差异较大;苗木的冠型结构主要影响表层土的土壤含水量;根系吸水作用则是改变了土壤含水量和盐分的垂直分布。4 种苗木间对比, 土壤含水量动态变化无明显差异;土壤电导率动态变化呈显著差异, 其中以桧柏对土壤电导率动态变化影响较为显著、脱盐降盐效果最好。     

蒸发条件下非饱和土水分迁移的数值模拟

大气的蒸发效应引起土体内部含水量及温度的重新分布,本文旨在研究蒸发条件下非饱和土中水分及热量的迁移规律.对于土体在蒸发条件下总吸力和温度的变化特征,采用非饱和土水-热迁移模型加以描述,该模型中液态水和气态水的迁移分别是基于Darcy定律和Fick定律而建立的.探究了利用土体基本物性指标和气象因素预测模型计算中相关参数及边界条件的方法,利用上述模型及预测方法只需获取土体基本物理性质便可获取任意时刻非饱和土中含水量及温度的分布情况.该理论被用来模拟Wilson土柱蒸发试验实测结果,其理论结果和试验实测结果是较一致的.     

路基土回弹模量湿度调整系数预估研究

选取了几种代表性的路基土样,采用UTM(万能材料试验机)动力三轴试验系统,测试不同湿度下的回弹模量,分析湿度对路基土回弹模量的影响规律,利用测试结果,对Witczak回弹模量湿度调整系数模型中的参数进行校正,建立适用于我国粗细粒土组的湿度调整系数预估模型.结果表明,路基土湿度在最佳含水率饱和度±20%区间内,模量调整系数与饱和度差值近似呈线性关系,而当湿度低于最佳含水率饱和度20%以上时,模量调整系数受饱和度变化的影响很小.针对不同类型土组,应用建立的模型,推荐了回弹模量的湿度调整系数,可结合室内回弹模量测试,反算路基在实际湿度状况下的回弹模量值.     

不同供给源下的粗粒土水盐迁移特性分析

为探究不同供给源下的粗粒土水盐迁移时空分布特性,根据新疆盐渍土地区的实际工况,选择氯盐为研究对象,掺配3种不同细粒掺量的粗粒土,开展不同压实度与不同供给源组合的粗粒土水盐迁移试验,分析在不同供给源下,细粒掺量与压实度对粗粒土水盐迁移时空分布的影响。结果表明：随着细粒掺量由10%、20%、30%依次递增,水盐迁移趋势逐渐显著;压实度对水盐迁移的影响会因供给源的不同而不同;盐溶液供给源下的水盐迁移速率较小,但迁移高度较高;盐渍土供给源下的水盐前期迁移速率较大,但后期迁移速率有所减小。盐溶液供给源宜选用细粒掺量少的粗粒土进行换填,并尽可能提高压实度;盐渍土供给源的盐渍土部分宜适当降低压实度,换填非盐渍土宜选用细粒掺量为20%左右的粗粒土并提高压实度,由此控制水盐迁移水平。研究成果可为粗粒盐渍土路基结构设计提供一定的理论依据和技术支持。     

垃圾填埋气体资源化利用过程中多场耦合问题

填埋气体通过孔隙(或裂隙)介质向外界迁移和释放的过程是一个复杂的动力学过程,其运移受到周围环境的温度场、水分场和应力场变化的影响.总结了国内外对填埋气体资源化利用过程中的研究动态及其存在的问题,对多场耦合理论在填埋气体运移过程中的应用进行分析,研究结果表明填埋介质中气体的渗流促成了内部热能以对流的方式发生转移,导致了填埋体内温度场再分布;填埋体内温度场的变化,改变了填埋体的热物理性能及结构特征的变化,从而将会影响气体的渗流特性,即应力场和渗流场发生改变.同时,对下一步需要研究的问题提出了建议.     

对季节性冻融过程中土壤水和热迁移的研究

在季节性冻土分布区,土壤水分的冻结和融化必将会伴随着热量交换、水分迁移等物理过程。通过分析影响土壤季节性冻结、融化的主要因素,论述了季节性冻融土壤中热量交换、水分迁移等物理过程以及季节性冻融过程中土壤水、热迁移的研究进展,并提出存在的问题。     

室内土体单向冻结水分迁移的试验研究

以江苏镇江、扬州等地区具有代表性的表层黏土为研究对象,对土体进行了单向冻结实验,研究了不同饱和度、不同温度梯度、不同冻结速率及不同补水条件下土体中水分迁移的现象.实验结果表明:在有外界水源补给的条件下,土体冻结时间越长,非饱和土中水分迁移现象范围越大,对于饱和土每层含水率基本波动范围不大;温度梯度越大,土体完全冻结且水分迁移达到稳定状态所需时间越短,水分迁移的范围越广;在无水源补给的条件下,冻结速率越大,土试样中水分迁移分布曲线变得越平缓;相对于无外界水源补给条件下,有外界水源补给的试样最终完全冻结时水通量更大,土样中水分迁移分布的范围更明显.