青海湖西北部泉吉乡附近土壤入渗规律研究

通过对青海湖 地区刚察县泉吉乡草地土壤入渗实验、孔隙度测定与粒度测定,研究了高 草地土壤与低草地土壤的入渗特征和土壤蓄水性。结果表明,研究区域内高草地土壤的稳定入渗 率较大,平均为3.1 mm·min^-1;低草地土壤的稳定入渗率较小,平均为1.6 mm·min^-1;高草地达 到稳定入渗的时间较低草地短80 min 左右。通用经验公式对青海湖泉吉乡高草地土壤入渗实验 数据的拟合最为适合,而霍顿公式对于低草地土壤入渗实验数据拟合最为适合。高草地草本植物 根系发育深,受根系影响的土壤疏松层较低草地深厚是造成高草地土壤渗透性较低草地大的主要 原因。青海湖土壤粒度成分较粗,土层薄是该区土壤稳定入渗率较黄土大和在较短时间内能够达 到稳定入渗状态的主要原因。虽然青海湖地区土壤渗透性较强,但该区土壤厚度较小,土壤水库 蓄水能力有限,调蓄能力较差,不能满足乔森林发育的需要,但基本能够满足草原植被生长的需要。     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

生物炭对黄绵土水分入渗和持水性能的影响

基于室内一维土柱入渗试验,定容重条件下研究了生物炭粒径(1—2 mm和≤0.25 mm)和添加量(10 g?kg~(-1)、50 g?kg~(-1)、100 g?kg~9-1)和150 g?kg~-1))对扰动黄绵土的水分入渗过程及持水能力的影响。结果表明:生物炭明显降低了黄绵土的入渗能力,黄绵土的湿润锋深度与累积入渗量随着生物炭添加量的增加而降低,且小粒径生物炭对黄绵土入渗能力的降低作用强于大粒径;生物炭明显增加了黄绵土的持水能力,且随添加量增大而增大,小粒径生物炭的促进作用优于大粒径;添加生物炭后黄绵土湿润锋深度与时间关系可用幂函数描述;Kostiakov、Philip、Horton入渗模型均能较好模拟生物炭添加后黄绵土累积入渗量随时间变化,其中,Kostiakov模型拟合精度更高;van Genuchten公式可以用来描述添加生物炭后黄绵土持水特征。该研究结果为添加生物炭后的黄绵土适宜性评价提供了土壤水分方面的参考依据。     

紫色丘陵区不同弃土弃渣下垫面入渗特征及影响因素

采用环刀法研究了紫色丘陵区不同碎石含量弃土弃渣下垫面的入渗特征及影响因素.结果表明,不同弃土弃渣下垫面入渗性能随碎石含量的增加而差异显著,其中,碎石含量为40%的弃土弃渣下垫面初始入渗率、稳定入渗率及平均入渗率分别是土质弃渣下垫面的1.30、1.13和1.54倍.不同下垫面初始入渗率和稳定入渗率与弃渣初始含水率、容重呈显著负相关,与下垫面总孔隙度、非毛管孔隙度呈显著正相关.其中,初始入渗率与初始含水率相关系数在-0.689~-0.912之间,稳定入渗率与容重相关系数为-0.745~-0.999,且稳定入渗率随非毛管孔隙度增加而显著提高.Horton模型对不同弃土弃渣下垫面入渗率与时间拟合的可决系数在0.899以上,且Horton模型计算入渗率与实测入渗率的相对误差在0.07%~6.60%之间,是紫色丘陵区分析不同弃土弃渣下垫面入渗过程的适宜性模型.研究结果可为紫色丘陵区弃土弃渣水土流失量预测和评价提供技术参数.     

雨水花园运行寿命分析与价值估算

雨水花园作为典型的低影响(LID)开发设施之一,在径流量削减和污染物净化方面起着重要作用.为探索雨水花园运行寿命和估算其功能价值,于2011年3月—2017年10月对西安理工大学校内3个雨水花园进行了16～40场不等的降雨监测.结果表明,雨水花园的径流量削减率和污染负荷削减率呈先增大后减小的趋势.结合污染负荷削减,提出了雨水花园"三阶段净化"概念—即净化增长期、净化稳定期和净化衰弱期,简称TSP概念,并绘制了P-F概念图.排水型和入渗型雨水花园各功能价值排序为:涵养水资源水质净化维持生物多样性调节气候提供美学景观;入渗型雨水花园综合价值和单位面积价值分别是排水雨水花园的4.16倍和4.84倍.     

铁路工程施工期路堑边坡面产流产沙规律研究

在考虑了施工期路堑边坡特点的基础上,通过人工降雨试验的方法对坡面上的产流、产沙规律进行了模拟和分析.路堑边坡上的产流是一个超渗产流过程,坡面上入渗和产流主要受表层土壤特性的影响,一般随时间分别呈指数(或对数)函数和幂函数变化;径流含沙率主要受坡面松散颗粒量及土体结构的影响,而与单位时间径流量基本上无关,含沙率与单位产沙量随时间均呈3次函数变化.     

模拟降雨条件下料浆石对土壤水分入渗的影响

论文基于田间坡地人工模拟降雨实验,分析了料浆石覆盖及嵌入对入渗过程的影响,对比了其入渗速率及拟合参数的变化趋势。其结果表明,随料浆石覆盖度及料浆石嵌入含量的增加,入渗补给系数逐渐减小,且后者对其影响显著;料浆石嵌入小区的平均入渗速率及稳定入渗速率随料浆石含量的增加而缓慢减小。Kostiakov入渗经验公式和Philip方程均可以对降雨入渗过程进行描述。     

粗粒沉积物对污水的净化能力试验研究

采用连续和间歇２种注入方式,对粗粒松散沉积物净化污水的能力进行了试验研究,结果表明,１．５ｍ厚的砂卵石层对污水中细菌,合成洗涤剂,总铬等污染物的净化率可达５０％以上,间歇注入试验对Ｍｎ（Ⅱ）的净化率可达７６．１５％,而连续注入试验２４．７％,污水在粗粒沉积物中的入渗属氧化条件,有利于硝化作用进行。     

微塑料对土壤水分入渗和蒸发的影响

为探究不同丰度（土壤干重的0.5%、1%、2%）和不同类型（PP、PVC、PE）微塑料对土壤水分入渗和蒸发的影响,采用室内土柱模拟的方法,阐明了不同丰度及不同类型微塑料对土壤水分累积入渗时间、土壤含水率、湿润锋和蒸发特性等的影响,其中A1,A2,A3、Q1,Q2,Q3和Z1,Z2,Z3分别代表PE、PVC和PP在0.5%、1%和2%丰度下的实验编号.结果表明,不同类型和不同丰度下的微塑料对土壤水分入渗和蒸发存在显著差异,同类型条件下随着微塑料丰度增大,累积入渗时间显著增加,而类型不同丰度相同微塑料赋存条件下,PP实验组累积入渗时间>PVC实验组累积入渗时间>PE实验组累积入渗时间>空白实验组累积入渗时间;赋存微塑料条件下土壤含水率最大值基本呈现于土层深度10~25 cm处,空白组CK出现在20~25 cm处;相同入渗时间内土壤湿润锋运移距离和湿润锋运移速率随微塑料丰度增加而减小,当入渗时间为60 min时,A1、A2、A3,Q1、Q2、Q3和Z1、Z2、Z3湿润锋运移距离较CK分别减少4.38%、8.76%、10.58%,7.30%、10.22%、14.60%和10.95%、13.14%、15.33%,其中PP微塑料的影响最为显著;微塑料赋存对土壤水分蒸发产生抑制作用,同类型微塑料下土壤的累积蒸发量随丰度的增加而减小,在蒸发27 h时,添加2%丰度下PP、PVC和PE微塑料的实验土柱累积蒸发量比CK分别减小22.9%、19.4%和13.3%,Rose蒸发模型更能较真实地反映微塑料赋存情况下土壤累积蒸发量随时间的变化情况.研究可为微塑料赋存条件下土壤水分运移的变化研究提供理论基础.     

城市地面对大气污染贡献的计算与分析——以保定市主城区为例

固体地球对大气的净化能力主要受地面透气和透水性能的影响。以气体和水循环理论为基础,改进大气污染箱式模型,通过不同地面类型的透气、透水性试验,计算和分析了保定市主城区地面对大气污染的贡献。结果表明:城市房屋建设和地面硬化阻隔了大气与固体地球之间的气和水循环,降低了固体地球对大气的净化能力。保定市主城区混凝土地面和房屋覆盖区地面共占84. 6%,与裸地、水域、草地、林地相比,城市地面气体通量分别降低了82. 1%、81. 9%、83. 0%、84. 2%;水的入渗通量分别降低了84. 6%、0. 0%、84. 6%、84. 6%;水的蒸发通量分别降低了82. 9%、81. 5%、82. 4%、81. 8%。因此,地面类型变化使保定市主城区固体地球对大气的净化能力也相应降低了81. 5%～84. 6%。由此可见,改善城市地面透气和透水性是大气污染防治新途径。     

扎龙河滨湿地对地表径流氮磷污染物的净化作用

通过对扎龙河滨湿地内龙安桥及水库桥河段水体空间采样分析,研究了2个典型河滨湿地对地表径流中TN、TP及PO₄^3-的净化作用规律.应用空间净化方程分析表明,2个河段河滨湿地在春、夏、秋3季对水体TP及PO₄^3-有持续净化能力,TP净化系数范围为0.00186～0.01175mg·(L·km)^-1 ,PO₄^2-净化系数范围为2.5E 4～0.00704mg·(L·km)^-1.而河滨湿地对TN的净化作用仅出现在春、夏2季,且夏季净化作用最明显,净化系数达0.07354～0.16036mg·(L·km)^-1;在秋季则出现TN沿径流向下累积输出的特征,输出能力最高达0.48175mg·(L·km)^-1.2河段的径流量及氮磷污染物输入浓度特征分析表明了河滨湿地对水体TN、TP及PO₄^2-的净化作用受到这2种因素的综合影响而表现出季节性规律特征.     

基于J&E/AAM模型的污染场地VOCs风险防控

土壤或地下水中挥发性有机污染物经包气带迁移后进入建筑物,导致室内污染物聚集危害人体健康.为研究场地蒸气入侵的过程及影响因素,以苯为例,借助一维J&E解析模型和二维近似解析AAM模型,探究土壤性质参数对污染场地建筑物底板处蒸气衰减系数和室内蒸气衰减系数的影响,并分析两个模型的适用条件.结果表明,室内蒸气浓度（C_in）取决于建筑物底板处蒸气浓度（C_ck）和土壤气体进入室内的速率（Q_ck）.J&E模型中,室内蒸气衰减系数（α_sin）随着地基埋深增加先减后增,而AAM模型中室内蒸气衰减系数一直呈上升趋势.毛细管的存在使蒸气衰减系数降低1~2个数量级,土壤水分也可有效阻挡蒸气向上扩散.在低渗透土壤条件下,两个模型计算的室内蒸气衰减系数均在10-4左右;在高渗透土壤条件下,建筑物底板处对流作用强烈,J&E模型建筑物底板处蒸气浓度减小,室内蒸气衰减系数在10-3左右,AAM模型建筑物底板处蒸气浓度为定值,室内蒸气衰减系数随土壤渗透系数的变化大致呈线性增长,且比J&E模型结果高1~2个数量级.研究显示,当污染场地建筑物底部对流作用强烈或在砂土、壤土类土壤中,采用J&E模型更为合理;对流较弱或在粉土、黏土中,可以采用AAM模型代替J&E模型,简化计算过程,便于进行场地风险评估.污染物蒸气在砂土中穿透力较强,而黏土层可以有效阻挡蒸气的迁移,在实际场地风险管控中,可以采用换土或表层覆盖黏土的方法阻挡蒸气的迁移.      

主压缩沉降阶段垃圾填埋体渗透特性研究

针对垃圾填埋体的研究主要集中在降解及垃圾渗滤液处理,而其渗透特性研究不足的现状,选取处于4种压力状况下的垃圾填埋体,对其主压缩沉降阶段渗透特性进行室内物理试验,结合试验数据对垃圾填埋体渗透性能变化规律进行分析研究.结果表明,4种压力状况下垃圾填埋体试验测定分析符合达西定律,其COD变化处于产酸阶段,对渗透性能的影响可以不予考虑;在此基础上,对垃圾渗透系数计算表明,处于主压缩沉降阶段内,除没有施加压力状况下垃圾填埋体渗透性能变化规律与其他试验表现不尽相同外,其他垃圾填埋体渗透系数变化大致符合自然指数规律,而4种压力状态下的垃圾填埋体渗透系数数值均在10~(-4.5)～10~(-5.3) m·s~(-1)的范围内,与典型垃圾渗透系数的代表值相一致.     

美人蕉人工湿地对城市生活污水的净化研究

研究了在土壤、黄沙、粉煤灰3种基质不同组合中的美人蕉人工湿地对城市生活污水的净化效率,并探讨了流量对城市生活污水中各污染物去除效率的影响。研究结果表明:流量对美人蕉系统处理污水效果的影响较大,实验中3L/d流量处理效果较好,对污水的综合净化效率较高;基质装填顺序对TP、TN的去除率有一定影响,而对NH3-N的去除影响不大。美人蕉系统对生活污水中COD、NH3-N、TN、TP和浊度去除效果都较好,对NH3-N的去除率高达99%,美人蕉人工湿地对城市生活污水的净化能力强。     

微生物堵塞过程中生物膜生长特征对多孔介质渗流特征影响

为研究回灌水刺激下生物膜在砂柱中的生长规律,并分析生物膜生长特征对堵塞介质典型渗流特征的影响,采用室内土柱实验方法,供给营养液刺激砂柱内生物膜生长,模拟入渗介质生物堵塞的过程,监测介质渗透系数的变化,并开展不同回灌时长下介质水分吸持实验和弥散试验,并对其内生物膜形态进行表征.结果显示,在0~5h时,渗透系数呈先下降后回升趋势;在回灌至18h前,渗透系数急剧衰减,水力弥散系数明显增大,水分吸持能力的变化并不明显;18h后渗透系数降低速率减缓,水分吸持能力明显升高,溶质运移过渡到以弥散作用为主导机制.综上,可将生物膜在介质内的生长分为三个阶段:菌适应期,接种菌体并未生长繁殖,单纯由于菌体的流入与流出引起渗透系数的变化;菌体大量生长繁殖期,大量生长繁殖的菌体占据了部分介质孔隙体积;胞外聚合物大量分泌期,逐渐形成具有透水性的生物膜,生物膜的生长与回灌水提供的养分形成动态平衡.     

北京城区绿地土壤渗透性能及其对降雨产流的影响分析

土壤渗透性是影响雨水入渗的关键因素之一,是分析土壤蓄积雨水能力的重要前提条件。针对目前城市绿地土壤渗透性能实测数据缺失、评估方法单一、指标选取较少的现状,采取实测法获取北京不同城市功能区的绿地土壤渗透速率、孔隙比、含水率等数据,并采用相关性、因子分析和多元线性回归分析法,分析影响城市建筑小区土壤渗透性的主要因素,探索建立精度更高、数据需求量更少、计算时间更短的土壤渗透模型。运用该模型得到北京市城市绿地雨水入渗能力水平,建立土壤-降雨产流之间的联系,得到以实测数据为基础,更贴近实际产流过程的径流系数。结果表明:试验样地内3种功能区土壤渗透性能排序为:居住区 > 文教区 > 商业区,实测入渗曲线均符合霍顿渗透模型;土壤内部因素中孔隙比、初始含水率和初始入渗速率三者相互关系紧密,外部因素中植被覆盖度与人为干扰情况呈强负相关,考虑到内外部因素共同作用,初始入渗速率可与初始含水率和植被覆盖度建立初步线性关系式（R2>0.9）;入渗量对雨量径流系数的影响随着降雨量和不透水区域面积比例的增大而减小,入渗量占年径流总量控制率对应的降雨量的比值为37.6%~58.2%,并与降雨量呈负相关。研究结果可为海绵城市建模和下垫面优化设计提供理论参考。     

木屑生物炭对填料土的氮磷吸附及雨水持留改良影响

现阶段生物滞留系统的填料土存在氮磷营养盐净化效果不稳定、雨水持留能力下降等问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统填料土添加剂的改良效果,选用对照填料土和施用了木屑生物炭的改良填料土进行对比研究,通过理化性质测试、等温吸附实验、土柱实验和土水特征曲线测定,研究木屑生物炭对填料土的改良影响与优化机制.结果表明,木屑生物炭孔隙率大、比表面积大、饱和含水率高和CEC高,可优化填料土的结构,提升填料土的离子交换能力;木屑生物炭对填料土的氮磷吸附改良效果突出,对NH4+-N的最大吸附量提高了 2.80倍,去除率由31.30％提高至64.10％,对PO43--P的最大吸附量提高了 1.28倍,去除率由61.90％提高至90.00％;经木屑生物炭改良后,填料土的饱和含水率提高1.63倍,渗透系数提高2.43倍,在各含水率下的基质吸力明显增加.木屑生物炭的添加可优化生物滞留系统填料土的性能,加强对雨水径流中氮磷营养盐的吸附,提高系统的渗透性和雨水持留能力.     

甲苯在北京褐潮土中的运移分布及其STOMP模拟研究

针对我国日益严峻的土壤突发泄漏事故等环境问题,采用二维土槽装置模拟非水相液体(甲苯)发生瞬时泄漏后,其在北京褐潮土中的运移及分布规律,并采用STOMP模型对其进行了模拟.结果表明,泄漏9 h后,含量>1 g.kg-1和>20 g.kg-1的甲苯污染羽横向与垂向距离比分别约为2.3和3.这是由于北京褐潮土的渗透性能较差(渗透系数为0.12 cm.h-1),因此对甲苯的入渗过程有较强的阻滞作用,导致甲苯运移方式主要以水平扩散为主,垂向迁移能力较小.采用STOMP模型对非均质性土层结构(北京褐潮土-砂土和砂土-北京褐潮土2种结构)中的甲苯运移模拟结果表明,由于砂土渗透系数(29.70cm.h-1)远大于北京褐潮土,因此土层分界面的相对渗透率突变是影响甲苯重新分布的主要因素之一.本研究可为非水相液体污染物发生突发泄漏后,及时获取其在土壤中的分布情况提供理论支持.     

包气带水、气和油三相相对渗透率研究进展

三相相对渗透率对于油在土壤中运移规律的研究起着至关重要的作用。从多相流动的角度分析并总结了三相相对渗透率的理论研究、模型研究以及实验研究的方法和成果；在讨论已有研究中存在问题的基础上，提出了该领域需要进一步研究的具体问题。     

非饱和红壤土降雨入渗室内模拟试验

以江西省域范围内典型红壤土为研究对象,利用自行研制开发的降雨模拟试验设备与渗透试验装置,设计了大雨工况下土体初始含水率、干密度、降雨累积时间及降雨后土体静置时间等对其渗透性影响的室内试验。试验结果显示,土体渗透性随初始含水率的升高逐渐降低,给出的宏观渗透系数公式定量化描述了不同初始含水率的可渗透性强弱程度;在初始含水率相对固定的情况下,土体渗透性随干密度的增大逐渐减小,且干密度增大到一定程度后其渗透性锐减,各水平之间的差异性不再明显;累积降雨时间会显著影响深部土体的渗透性,降雨历时越长,深部土体的含水率越高;雨水的在降雨过程停止后继续沿土体纵深入渗,致使表层含水率降低,深部含水率提高,含水率特征曲线趋向竖直。