摘要
雨水花园作为海绵城市建设的重要内容，对当前频发的城市内涝具有重要的调节作用。但随着运行时间的增加，雨水花园渗透性明显衰减从而导致调节能力逐渐减小甚至消失。对于土壤质地黏重、孔隙结构差、透水性低的黄壤区域，相关问题更容易发生。相关研究多针对其宏观的导水性改变，但却极少关注引起其导水性和调节能力改变的细观甚至微观尺度的作用机制。因此，研究选取黄壤地区的典型人工草坪雨水花园为对象，在通过实验分析掌握其基本理化性质及水力学属性的基础上，围绕两个关键科学问题系统开展研究：（1）从细观尺度揭示影响积水入渗过程中导水率衰减的关键颗粒粒径及其分布位置，（2）积水与非积水入渗条件下土壤粒径迁移特征差异及其对导水性产生的不同影响。主要结论如下。 （1）定水头积水入渗条件下导致雨水花园导水率衰减的关键颗粒识别。导致土壤饱和导水率显著降低的关键颗粒较粗，三个典型雨水花园分别对应细砂(100-250μm)、极细砂(50-100μm)和粉粒(2-50μm)，这与土壤水分特征曲线反应出的毛管空隙和通气空隙含量基本一致。土壤饱和导水率与土柱的黏粒含量呈现较好的正相关性，尤其是表层土壤，原因是这些分散性好、迁移性强的细颗粒在水力驱动下从下边界出流所致。相关研究中所揭示的土壤饱和导水率与黏粒含量呈明显的负相关，是因为这些研究是基于初始时刻导水率的统计回归。尽管黏粒不是导致入渗过程中导水率降低的关键颗粒，但其含量也可以间接反映土壤饱和导水率变化。导致土壤饱和导水率降低的关键土壤颗粒主要分布于3-7cm深度且厚度为3-5cm，而不是质地较粗的表层和黏粒含量最高的底层。其原因是入渗过程中水力作用导致土壤颗粒向下运输，较粗的颗粒率先在表层沉积并堵塞孔隙所导致，而分散性好、迁移性强的细小颗粒由于下边界自由出流而则伴随水流运动而流出土柱。 （2）积水-非积水入渗条件下土壤颗粒的迁移特征具有明显差异。在积水入渗过程中，三个黄壤草坪雨水花园土柱的实验结果一致表现为：粒径为0-2μm段土壤颗粒含量明显减小、粒径为2-250μm段颗粒含量明显增加、粒径大于250μm的颗粒含量呈较大的波动特征。但在非积水入渗条件下黏粒和粒径为2-50μm的粉粒均呈现出一致减小的特点，甚至部分土柱样本的粒径为50-250μm的土壤颗粒也都呈现持续减小的特点。其原因是积水入渗条件下导致土壤渗透性衰减的关键颗粒在3-7cm深度富集，而非积水入渗条件下则主要以水力侵蚀为主，甚至出现连通性较好的大孔隙特征。土壤颗粒分形特征也证明了上述过程：定水头积水入渗条件下三个土柱中信息维数熵维数D(1)、关联维数D(2)以及D(1)/D(0)均较初始时刻有所增大，而非积水入渗条件下这三个指标均较初始时刻有所降低。因此，定水头积水入渗导致一些关键粒径段的土壤颗粒在土柱中进行富集从而减小导水率，而非积水入渗则主要体现为侵蚀作用，从而增加大孔隙和土壤导水率。 研究揭示出不同入渗条件下土壤颗粒的运移特征及其对黄壤草坪雨水花园导水率的影响，并且从细观尺度初步阐明了雨水花园导水性能的衰减机制和影响因素，对于雨水花园的中长期维护管理具有重要的参考意义。但研究也面临一定的实验设计缺陷和对颗粒运移的动力学过程和导致导水率衰减的颗粒空间结构演变方面分析不足等问题，将在今后的研究中进一步展开。
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