脱硫石膏添加对银北平原盐碱土水分运动特征及参数的影响

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水分入渗影响盐碱土水分分布及溶质迁移过程,研究盐碱化土壤水分运动特征及参数变化规律可为明确盐碱土水盐运移规律及制定合理的盐碱地改良措施等提供参考。实际生产生活中人们经常会针对土壤盐碱化程度对其进行改良,脱硫石膏作为常用的土壤改良剂,因其资源化利用效率高、产生量大,被广泛推广,但脱硫石膏添加后土壤的水分运动特征及参数变化情况尚不清楚,因此有必要对添加脱硫石膏后土壤的水分运动特征及参数变化规律进行研究。基于以上原因,本研究采用室内模拟试验与数学模型相结合的方法,研究了脱硫石膏添加比例为:0%(T0)、1.5%(T1)、3%(T2)、4.5%(T3)、6%(T4)、7.5%(T5)6 组处理下盐碱土垂直一维入渗、水平一维入渗、水分特征曲线的变化特征及模型参数的确定方法。主要研究内容如下:(1)脱硫石膏添加减缓了土壤水分入渗过程。根据一维垂直入渗实验可知,1.5%~7.5%处理累积用时较0%分别增加了 9.09%、13.64%、22.73%、27.27%和36.36%;4种入渗模型决定系数(R2)的大小为:通用经验模型>Kostiakov模型>Philip模型>Horton模型,Philip模型中吸渗率S随脱硫石膏添加比例增大逐渐减小;同一土层深度处,土壤剖面含水率随脱硫石膏配比增加而减小;一维代数模型能较好模拟不同处理土壤剖面含水率变化情况。(2)脱硫石膏添加改变了盐碱土水平吸渗特征及水分运动参数。结果表明,脱硫石膏添加减缓了土壤水分吸渗过程,随着脱硫石膏添加比例增加,各处理累积入渗量与湿润锋运移距离均逐渐减小;幂函数与Philip模型能较好地拟合不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水分吸渗特征;随着脱硫石膏配比增加,土壤饱和含水率依次增加,饱和导水率依次减小,土壤持水能力明显提高;在Brooks-Corey模型中,形状系数n逐渐增加,进气吸力hd逐渐减小,土壤通气性增强;相同含水率情况下,随着脱硫石膏配比增加,土壤水分扩散率减小。(3)脱硫石膏添加改变了土壤孔隙分布状况。土壤水分特征曲线随脱硫石膏添加比例不同表现出明显差异性,在较高吸力段(S>20kPa),各处理曲线基本平行,比水容重差异较小;在低吸力段(S<20kPa),各处理曲线形态差异明显,比水容重有明显差异;土壤当量孔径随脱硫石膏添加逐渐减小,与T0相比T1、T2、T3、T4和T5处理微孔径占比分别增加了 13.52%、17.06%、22.23%、25.05%和38.34%,同时添加脱硫石膏后土壤大孔隙数量减少,土壤持水能力增强;对不同处理土壤水分特征曲线模拟结果与实测值进行分析,对比不同模型分析结果(绝对系数、残差平方和、均方根误差及平均绝对误差)发现,本研究中van Genuchten模型较Brooks-Corey模型有较好的适用性,其中van Genuchten组合模型中VGB(m,2/n)模型拟合效果最好。(4)不同数学模型、不同资料数据模拟的土壤水分运动参数有较大差异。结果表明,水平吸渗资料更适用于土壤吸渗率的拟合;不同处理Buridne模式(DB)、Mualem模式(DM)及Brooks-Corey模式(D)均能拟合土壤水分扩散率,但相关拟合模型多为唯象模型,尚无圆满的解释机理,因此需要根据大量试验资料才能确定模型的适用性;Brooks-Corey模型较van Genuchten模型更适宜模拟非饱和土壤导水率。
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