层状土壤的入渗特征

由于气象、水文、地质和生物过程的作用，田间土壤大都呈现为层状构造。根据土壤构造特征可将层状土分成两大类：一是具有较小渗透性的细质土覆盖具有较大渗透性的粗质土；另一类是具有较大渗透性的粗质土覆盖着具有较小渗透性的细质土。最近的研究结果表明层状土入渗特性不同于均质土的入渗特性。Colman和Bodman（1945）报道了他们的实验结果，认为无论细质土覆盖粗质土，还是粗质土覆盖细质土，土壤都可看成是均质的，并且入渗过程由细质土来控制。Fox（1970）假定入渗过程中的水头损失是由粗、细土壤水头损失之和，并按照各层土壤厚度和导水率，推求整个土壤的平均导水率，并利用平均导水率计算土壤入渗过程。Hillet和Parlange（1972）指出，若细沙覆盖粗沙，当湿润锋穿过细粗沙界面时，湿润锋变为“fingers”及入渗率变为常数，可利用下式表示：

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式中：i（t）为湿润锋穿过界面后的入渗率，cm／min；ks为上层细沙的饱和导水率，cm／min；LT为上层细沙的厚度，cm；LW为土壤表面的积水深度，cm。式（2-50）表明了在粗细沙界面处，基质势为0。如果忽略表面的积水深度，入渗率就等于ks，同时也表明入渗率i（t）与下层粗沙无关。Hillel和Baker（1988）分析了细沙覆盖粗沙情况下“fingers flow”形成机制，并提出了进水吸力概念。Baker和Hillel（1990）进行了室内模拟试验，以验证其结论，并利用线性回归分析方法，建立了下层粗沙颗粒粒径与进水吸力间关系。王文焰等（1995）对沙土夹层情况下的黄土入渗机制进行了室内模拟试验研究，并证明了当湿润锋穿过界面后，入渗率变为常数。因此对于层状土入渗特征与机制存在明显不同的观点，特别就上层土厚度和下层沙特性对入渗的影响程度等问题都需要深入探讨。