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土壤在干湿交替的过程中会发生胀缩现象,不仅含水量发生变化,而且容重也发生变化,因此土壤水分溶质运移参数不仅仅是吸力、含水量的函数,同时也要受到容重变化的影响。本文利用特定实验装置测定了不同容重下土壤水分溶质运移参数,分析容重变化对土壤水分溶质运移参数影响,并确定了容重与土壤水分溶质运移参数的相互关系。研究结果表明:
(1)对应于同一入渗时刻,随着土壤容重增加而累积入渗量、入渗率及湿润锋深度均减小;Philip入渗模型能很好的拟合不同容重下的土壤水分入渗过程,拟合模型的系数与容重之间较好的符合幂函数关系。
(2)土壤水分特征曲线模型参数n随着容重的增加而增加,参数α随着容重的增加而减小,与容重成反比,容重对参数n和参数α的影响可用幂函数和指数函数来描述。
(3)不同容重的土壤的非饱和导水率随土壤含水量变化的规律可以用幂函数来拟合,拟合系数和指数均随着容重的增加而降低,拟合系数和指数随容重的增加呈负幂函数关系递减,也呈负指数递减。对同一体积含水量,K(θ)随着容重的增加而降低,土壤非饱和导水率随容重的增加呈负幂函数关系递减,也呈负指数递减;容重对非饱和导水率的影响随着体积含水量的增加而递增。
(4)参数D0和参数γ均随着容重的增加而降低,随容重的增加呈负幂函数关系递减,也呈负指数递减。对应同一体积含水量,D(θ)随着容重的增加而降低,土壤水分扩散率随容重的增加呈负幂函数关系递减,也呈负指数递减;容重对土壤水分扩散率的影响随着体积含水量的增加而递增。
(5)随着土壤容重的增大,Cl—的初始穿透和完全穿透越慢,且在土柱中Cl—从初始穿透到完全穿透所用的时间也越长;平均孔隙流速ν随容重的增大而降低,平均孔隙流速随容重的增加呈负幂函数关系递减,也呈负指数递减;水动力弥散系数D随容重的增大而增大,水动力弥散系数随容重的增加呈幂函数和指数关系递增。
(6)以容重与土壤水分运动参数的定量关系为基础,建立了考虑容重变化的土壤水分特征曲线模型、考虑容重变化的非饱和土壤导水率和土壤水分扩散率随含水量变化的关系式,进一步改善了变容重土壤一维水分运动的非Richards方程。
本研究为考虑容重变化的土壤水分溶质运移模型提供参数,从而提高模型预测精度,构建了考虑容重变化的土壤水分溶质运移参数的框架,从理论上扩展完善胀缩土壤水分理论,实践上也可以为农业城市压实土壤、土壤胀缩导致的滑坡等研究提供一定的指导。