PDF《粘土夹层 对 地下 水上升运行的影 响》

第丁卷年第期月土壤学报'

,粘土夹层对地下水上升运行的影响 袁剑舫周月华中国科学院南京土 壤研究所 ! ? # 丫!?一一了 才二, , 我 国华 北平原 土壤 质地 情况 比较复 杂,壤土剖面 中,在不同 部位上 往往 有不同厚 度的 粘 土层 .

土壤 中水盐运 行 的情况 密切 受土壤 质地 和地下 水位 的影响 〔 . 如土壤 剖面 中 有粘 土夹 层,它将 在很 大程 度上 影响 剖面 中水分 的分布 和运 行.研究 粘土夹 层对水 分运 行 的影响 , 以及这 种影 响 与地下 水位 、 粘土夹 层的 位置 和厚度 的关 系,对于正 确 划分华 北平原土壤 质地 剖面 类型 、 防治 土壤次 生盐渍 化,都有一定 意义.有关 这方面 的研究 不多,过去 曾有 人根据 野外 观察 材料 , 对 粘土夹 层离地 下 水面 的距离 与土壤 水盐 运行的关 系作了一 些分 析比 , . 为了进 一 步说明 华北 平原土 壤 中水盐运 行的 情况 , 以提供华北 平原土 壤 质地类 型划 分的 依据 , 我们 在实验 室 条件下研 究 了地下 水位 以上土 壤中 水分的 分布 以及粘土层 位置 、 厚度 与水 分运行 的关 系.试验标本 和方法 土样有 砂壤 土,粉砂壤 土,重粘土 等表,均磨 碎过 毫米 孔,然后分别 装人直 径为表土壤机械组成和土 柱容重 一一一采采样地点 点土柱容重 重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重重一一一.,一,砂砂壤土土山东洛 口口.一粉粉砂 壤土 土 山东聊城 城.重重粘土土山东聊城 城..注质地 根据美 国制命 名.畜一》,袁剑舫等 粘 土夹 层对地 下水 上升运 行的影响 厘米 的玻 璃管 , 下接 浓度 为克升的溶液 , 维 持一 定的 水位 . 观 察溶 液在 土柱 中 的上升 速度 , 待 上升到 土柱 顶后 , 逐层 测定土 壤 含水量 , 其余土柱在红 外线 灯照 射 下蒸发 , 蒸 发后 再逐 层 测定土壤 含 水量 . 另外 , 又 用砂壤 土、研磨 过 毫米 孔 的重粘 土 以及 一 毫米 的 团聚体 用 重粘土 加人适量 水分 使其 团聚 化,然后过 一 毫米 孔做夹层 , 装 成土柱 , 观 察水 分上升 的速 度.结果和讨论一毛管 曲线 分区及 各 区水分 的特性 毛 管曲线 的分 区 据研究土 壤 中的水分 分布 有一 定规律 , 各土层 中水分含 量 和运 动性 与该土 层离地下 水面 的距离有关 , . 在地 下水位深 时,粘土 中水分 的分布 , 由地下 水面向上 可分 二区 含水 量 由饱和 含水量 逐 渐减小 , 这层 即毛管水活 动层 , 含 水量 保持不变 . 在 细砂 土中,可分 三区 含 水量大 而稳 定,含水量 由下 向上 逐渐 减小 , 含水量 保持 不变〔 , , . 在 我们 的试 验中,如图所示,粉砂壤 土土 柱 在高 厘米时,水分 分布可 分二 区从地下水 面起 至 厘米 左右 , 含水 量 基本 上不 变,都为沁左 右,接近饱 和,是 接近毛管 饱 和区 从厘米处 向上 , 含 水量 逐渐 减小 , 一直 到厘米,含水 量 约为 巧肠,即饱 和含 水量 的一 半,是 含水量渐 减区 . 这二 区都 是毛 管水活动 飞城工,笼刁'

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一、茄一青 - 下十二犷雨 瑞 一犷 万百 几石 了寿 而 含水量 ( 午土重 % ) M o贻tu传.七山r ent '

D 厅weight%)不同高度的 粉砂壤土土 柱蒸发前后含水量 的分布 0f w ater i n si lt y loam

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土壤学报17卷层.水分的这 种分 布情况 , 不随 土柱高度的 改变而 改变 , 无论 土柱高

2 2

0 厘米 、

1 8

0 厘米或140 厘米都 是如此 . 可 以推 测,如果 土柱进一 步增 高,上面 还有一个不 受地 下水影 响的 含水量 不变 区.2.毛管水活动层 中水分 的运动 性: 土壤 水分的运 动性与 土壤水分形态 和张力有 关.土壤水分形态 和张 力基 本上 决定 于土壤 含水量 . 如图

2 所示 , 在粉 砂壤 土土 柱中地 下水 面上 约13

0 厘米以内 , 毛 管水上 升速 度比 较快 ,

1 3

0 厘米以上 , 则 显著 减慢 . 二者的界 限 与图

1 中含水 量 分布 曲线 的界 限相 当.所以,根据 水 分运动性 , 毛管 水活动层 中,毛管 饱 和区的 水分运 动性 显著 大于含 水量渐 减 区的水;

犷 运动性 . 这是由于不 同水分 分布 区中 , 水膜厚 度和水分张 力不 同之 故r

8 ] . 故地 下水面离地表 之距离小 于或大于 毛管 饱和 区之高 度时 , 地 表返 盐速 度将有 明显 区别 . 如土 柱高

14 0 厘 米时( 土柱

13 0 厘米 以 内为毛管 饱和 区),蒸发 过 程中 c a C I : 溶液 的补 给量 为200毫升 , 而 土柱 高18

0 和220厘米 时,都分别为

133 和111毫升 . 这 说明地 下水位高低 与返 盐的关 系.一戈毛管水上升高度 比i ghr o f c a pi l l a卿wa妙 p w a r d i n a o U ? 任.一.卜.一?习.沙P?褪留U口p昌毛管水上升速度 刊书公'

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60 50 速度 (厘米/ 天) R a 岭(e m 才如y ) 图2粉砂壤土土柱中水分毛管上升速度 Fi g.

2 curve sho钾in g rh e ra te o f u p w a rd m o 甲e m e n '

O f c a p ill a r 萝wate r in silt, lo a m

50 11 e o lu m n ( 二)粘土夹 层对 水分 运行 的影响 土壤中水分 上升 的速 度决定 于促 进和 抑制水分运 行的二种力量 的对 比,前者是 弯月面力 , 后者 是重 力、水分子 之间 的摩擦 力及 水分和 土壤 之间 的摩擦 力.在水源 充足 的情况 下,当促 进力大 于抑制力时 , 水分就上 升,促进力愈大 , 上升 得愈快 . 当土层 距地下水面的 距离不 同时 , 这种 促进和 抑制水分运 动 的力量间 的对 比就 不同 , 因此水分运行 的速度也就 不同 .

1 . 粘土夹 层厚 度和 位置 对水分 上升运 行的影 响:孔隙大 小不 同的土 壤具有 不 同的促 袁剑舫等: 粘土夹层 对地下水上升运 行的影响 进 力和 抑制力 . 在 层次性 土壤 中,由于 边界 条件的复 杂,这两种力量 的 对比 情况更 为复 杂.当粘土夹 层 刚接触水分 时,由于小 孔隙 的吸 力大 , 可能吸 水很 快.但由于小 孔隙 中水 分子 之间 和水分子 与土粒之间 的摩 擦力很 大,水分运 行速 度很 快就 减慢 . 当 水分穿 过粘 土层 由小 孔隙 进人 大孔 隙体系 时,即使 边界 上有显 著的 水 势梯度 , 水 流速度 开始 时也 显著 减小 【 刀.因此 在有 粘 土夹 层的 土柱 中,水分运行 到土 表所需 的时间 较长 . 粘 土层 愈厚 , 所需时间 愈长 . 试验 表明 : 土柱高

14 0 厘米,粘土 层厚

1 0 厘 米时 (离 地下 水面

9 0 一10

0 厘米),水分 上升 到土表 需时14天;

粘土 层厚

3 0 厘 米时 (离 地下 水面

9 0 一12

0 厘米 ) , 需时19天;

粘土层 厚45厘米(离地 下水面

9 0 一13

5 厘米),需时26天.粘土夹 层位 置对 水分上 升 运行 的影 响与地 下水位有 关.这种影 响可从 二方 面考虑:(l ) 粘土 层离土表 距 离相 同,但地下 水位不 同;

(2) 粘土层 离土 表距 离不 同,但地下 水位 相同.粘土层 离土 表距 离相 同,但地 下 水位 不同 : 如图3, 当地下 水位 埋深

18 0 厘米,无粘土层 时( 曲线 1) , 水分上 升到

14 0 厘米 处 时需 时6天;

土表下

2 0 一5

0 厘 米有 粘土 层时(曲线3)需时19天,增加了

1 3 天.当地 下水 深18

0 厘 米无 粘土层 时( 曲线 l) , 水分上 升 到土 表需 时 天,地表 下20一5

0 厘米 有粘土层 时 (曲线

2 ) 需时

3 8 天,增加 了25天.同样 , 当地下 水深

2 2 . 厘米无 粘土 层时 需时29天,地表下

2 0 一50厘米 有粘 土层时 需65天,增加了36天.由上可 见,当粘 土层离 地表 距离 相同 时,有粘 土层 的土柱 和无 粘土 层 土柱 中 水分上升 到 地表所 需 时间之 差随 着地 下水位 的 加深而 增加 . 其原因 是粘 土层离 地下 水位 /盆蕊从, 盛蕊试认协口沪声口 . / 尸宾 夕.'

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20 30

40 时间 (天) (山y 》 粘 土夹层对 土壤 水分毛管 上升速度的影响 Fi g.

3 T he i nf luenee of el ay i nt erlayer on t h e upw ard m ovem ent of eapi ll ary w at er i n

5011 . ― . 粉砂坡土 sil ty l oam . x 火又Xx.粘土层 c l ay l ayer

1 . 全 剖面壤土 L oam 、0

11 e o l u m n

2 .

1 3

0 一160 em 为粘土层 C lay l ayer i n 130一160cr n

3 . 90一120e: n 为粘土层 C l ay l ayer 运90一120em

4 . 0一30 em 为粘土层 C lay l ayer i n o 一30cm 土壤学报17卷愈远 , 水分到 达粘土层 时的 运动性 愈小 , 不 易克服粘土 层 的阻 力,所以通过 粘土层所需的 时间较 长,通过 粘土层后 受影 响 的程 度 也较大 . 粘 土层离土 表距离不 同而地 下水位 相同 : 当地 下水位 深18

0 厘米、粘土层离土表15

0 一18

0 厘米 , 水分 上升到 土表 需时 科天(图

3 曲线钓,较对照 (曲线1)增加

3 1 天 ;

粘 土 层离土表

2 0 一5

0 厘米 时,水分上升 到土表 需时38天(曲线 2) , 较 对照 增加

2 5 天.所以在地 下水位相 同时 , 有粘土层和 无粘 土层 的土柱 中水分上升 到土表 所需 时间之 差,随着 粘土层 离土 表距 离的增 加而 增加 . 其原因 是:水分通 过粘 土层后 运行速 度减 慢,所以粘 上层离 土表 愈远 , 水分上升运 行受 到影响 ........