地表滴灌条件下土壤湿润体运移量化表征

基于非饱和土壤水分运动的Richards方程,采用HYDRUS-2D/3D模拟软件对11种典型土质(美国制土壤质地分类系统)中滴灌湿润体的运动过程进行了数值模拟。结果表明,湿润体平均含水率的增量与滴灌流量正相关,与饱和导水率负相关;湿润体垂向迁移距离与滴头流量、饱和导水率和时间呈幂函数关系;湿润体径向迁移距离可用滴头流量、平均含水率的增量、垂向迁移距离和时间来定量表征。据此建立了描述不同土质中湿润体动态变化规律的经验公式,通过与数值模拟结果、文献试验数据等进行对比,表明此经验公式对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好,可为农业生产中地表滴灌设计提供简便实用的计算工具。     

滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性较好,均遵循滴灌点源入渗土壤水分运动和双点源交汇湿润体的演变规律.用所建模型对一定灌水技术要素下的土壤湿润体水分分布状况进行数值模拟,结果表明:当q=1.2 L/h,滴头间距为30 cm时,湿润锋交汇时间为268 min.灌水时间增加,交汇区土壤含水率增大,最大值为0.32 cm3/cm3.远离滴头的湿润区内土壤等值线图融合为一条曲线,随着时间的推移,曲线向下移动,形状从屋脊形过渡为水平.当灌水时间相同时,湿润锋运移速率、湿润体剖面面积、滴头附近高含水区土壤湿润体体积及湿润体内相同位置处土壤含水率均随流量增大而变大.结论滴头流量、灌水时间对双点源滴灌土壤水分入渗有一定影响,土壤水分入渗数值模拟能较准确反映双点源入渗条件下土壤水分运动规律.     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

滴灌条件下沙地土壤水分分布与运移规律

通过对不同流量的滴头,不同灌水历时条件下沙地土壤滴灌湿润体的大小与开头的观测观察,以及对滴灌停止后不同间隔时间的土壤湿润锋运移,湿润体的发展,土壤水分的分布与再分布测量分析,使之对滴灌条件下土壤湿润体的大小及发展,土壤水分的分布与再分布规律等有了比较清楚的认识,本文不进行理论上的土壤水分分布模拟,仅从众多的实测资料分析着手,揭示土壤水分分布与运移规律,旨在为砂壤地玉米滴灌的参数确定提供基本依据。     

重力式地下滴灌土壤水分运动规律的模拟研究

基于非饱和土壤水运动理论,建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动数学模型,用Galerkin有限元法推导了重力式地下滴灌土壤水分运动有限元方程,并通过试验进行了验证,在此基础上模拟分析了中壤土条件下的滴灌管道埋深、出水孔孔径、供水压力对简易重力式地下滴灌土壤湿润特征和滴孔出水量的影响。结果表明所建模型可以分析地下滴灌土壤水分入渗规律,在中壤土条件下,不同供水压力、滴孔孔径虽对重力式地下滴灌的滴孔出流量有较大影响,但对土壤湿润特征影响微弱,地下滴灌管道埋深对土壤水分湿润特征影响较大,这些结论可为重力式地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

田间膜下滴灌土壤水分运动特征试验研究

通过田间试验,分析了滴灌条件下土壤水分运动过程,以及湿润体变化特征,结果表明地表积水半径达到稳定的时间和达到的稳定值随着滴头流量的增大而增大,地表积水半径稳定值与滴头流量符合乘幂关系。水平湿润半径随着入渗时间的增加而逐渐变大,在入渗的开始阶段湿润半径增加的速率较大,随着时间的延长速率逐渐变慢。滴头流量大,相同时刻的湿润体水平距离大,故水分运动快,反之水分运移越慢。湿润半径差值随时间的延长而不断增加。通过分析滴灌水平湿润锋和入渗时间之间关系可知,水平湿润锋和入渗时间之间存在着显著的幂函数关系,其中的拟合系数与滴头流量有关。     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

滴灌土壤水分运动研究进展

滴灌土壤水分运动的研究对于滴灌系统的合理设计有着重要的理论和现实意义。在国内外研究的基础上,概括了在滴灌条件下土壤水分运动规律及其影响因素、湿润体浸润形状、湿润锋的运移规律、点源入渗的几个经典模型及各自的优缺点等方面的研究现状。在此基础上,进一步探讨了滴灌土壤水分运动研究中还存在的问题,如滴灌点源交叉区域内的土壤水分变...     

滴灌条件下沙地土壤水分分布与运移规律

通过对不同流量的滴头,不同灌水历时条件下沙地土壤滴灌湿润体的大小与形状的观测观察,以及对滴灌停止后不同间隔时间的土壤湿润锋运移,湿润体的发展,土壤水分的分布与再分布测量分析,使之对滴灌条件下土壤湿润体的大小及发展、土壤水分的分布与再分布规律等有了比较清楚的认识。本文不进行理论上的土壤水分分布模拟,仅从众多的实测资料分析着手,揭示土壤水分分布与运移规律,旨在为砂壤地玉米滴灌的参数确定（滴头间距、流量、灌水历时等）提供基本依据。通过土壤水分与湿润体实测资料分析认为,滴灌玉米的滴头流量在２．０ｌ／ｈ左右,灌水历时２～３ｈ,滴头间距为５０ｃｍ左右为宜。过长的灌水历时（大于３ｈ）即可能导致灌溉水的无为损失,造成先进的节水灌溉技术条件下新的水浪费问题。滴头间距过密,会加大不必要的工程投资。     

黄土高原重力式地下滴灌水分运动模型与分区参数研究

建立了重力式地下滴灌条件下的土壤水分运动模型,分析地下滴灌土壤水分入渗规律.对黄土高原不同分区的4种典型土壤、不同灌水技术要素条件下的地下滴灌土壤湿润体形态、滴孔处出流量及土壤土水势进行数值模拟得出:榆林紧砂土土壤导水率较大,向下渗漏过多,不适宜地下滴灌;安塞砂壤土、洛川中壤土、武功重壤土在相同灌水量下,供水压力与滴孔孔径对地下滴灌湿润体形态影响微弱,但对滴孔出流量有较大影响,因此在地下滴灌工程设计时,只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力,并采用较小供水压力,降低供水水池高度,减小工程量;对武功重壤土,孔径和供水压力较大时地下滴灌滴孔处土壤易饱和板结,宜采用较小的孔径和供水压力.     

滴灌点源入渗湿润锋影响因子的研究

以试验为基础,针对重壤土、中壤土、砂壤土研究滴灌点源入渗的湿润锋运移规律,分析土壤种类、土壤容重、土壤初始含水率、滴头流量、灌水量等主要因子对湿润锋运动的影响。通过试验发现,除了土壤质地和灌水量对湿润体形状有明显影响外,土壤容重和初始含水率的变化也将造成湿润锋和滴灌效果的不同。另外,滴头流量对湿润锋水平运移影响很大。     

基于圆筒入渗仪的田间膜孔灌土壤入渗参数研究

了解膜孔灌形成的土壤湿润体尺寸对于设计经济高效的灌溉系统至关重要。采用HYDRUS-2D/3D数值模拟方法,研究土壤容重和膜孔直径对12种质地土壤入渗特性的影响。基于180组数值模拟结果,对湿润体运移模型的参数进行了优化。采用田间圆筒入渗仪试验和室内土箱试验(文献资料)对模型的可靠性进行评价。结果表明：湿润半径和湿润深度均随膜孔直径和灌溉时间的增大而增大,而随土壤容重的增大而减小;两者与稳渗率和灌溉时间呈幂函数关系,建立一种适用于不同土壤质地类型的湿润体运移模型;对于特定土壤质地,稳渗率与土壤容重和膜孔直径之间具有良好的幂函数关系,幂函数指数分别为-6.3和1.1,幂函数系数只需1组圆筒入渗仪田间试验即可推求。所建模型计算值与12组试验实测值一致性较好,均方根误差接近于0(介于0.020～0.170 cm之间),纳什效率系数趋近于1(介于0.995～0.999之间),实现了膜孔灌湿润体尺寸模型在田间的实际应用,试验设计简单,方便管理人员进行快速的现场评估。     

滴头流量和灌水量对滴灌土壤水分运动的影响

滴头流量和灌水量对于滴灌系统的设计具有非常重要的实际价值。通过室内试验,对不同土质、不同滴头流量情况下滴灌土壤水分运动进行了室内试验研究。结果表明,砂土条件下,滴灌湿润体呈现越来越"尖"的直立半椭球体,滴头流量的增大会使垂直湿润锋的运移更加显著。轻壤土条件下,滴灌湿润体基本上一直呈现为平卧的半椭球体,逐渐变成半球体。滴头流量的增大会使水平湿润锋的运移更加显著。在灌水量一定的情况下,滴头流量的增加在砂土条件下会加快水分在垂直方向的运移,在轻壤土条件下则会加快水分在水平方向的运移。     

地下滴灌土壤水分运移分布规律试验研究

通过地下滴灌的室内试脸,研究了不同滴头流量对土壤湿润体特性的影响.试验采用杨凌粘壤土,滴头流量分别为0.3、0.5、0.7、0.8 L/h,埋深为25 cm.结果表明,湿润体为轮廓线近似于抛物线的不规则形体;湿润锋运移与时间的变化呈显著幂函数关系;滴头流童0.7 L/h为平均含水率由稳态到紊乱态的拐点,该点可以作为地下...     

葡萄分层地下滴灌滴头布设深度优化

为解决不同树龄葡萄根系的差异使得地下滴灌系统在布设应用中存在的困难,采用室内试验和HYDRUS-2D数值模拟相结合的方法,以宁夏和关中葡萄产区为例,研究了2种土质条件下分层地下滴灌土壤水分运动规律,提出了分层地下滴灌带最佳布设深度.研究结果表明,HYDRUS-2D模拟值与试验实测值具有良好的吻合度.地下滴灌带的埋深直接影响土壤水分的分布,2种土质下湿润体内部处于最佳含水率区间的土壤体积随滴头间距的增加而增大.通过适当增大浅层滴头埋深并减小深层滴头埋深可减小表层水分无效损耗.从避免水分无效消耗以及提高湿润体与根系匹配效果等角度出发,建议关中地区葡萄单滴头灌溉且适宜滴灌带布设深度为20 cm;宁夏贺兰山地区滴灌带布设深度以15 cm和45 cm为宜.     

滴灌条件下斥水土壤水盐运移试验研究

通过室内滴灌入渗的三维水盐运移试验,分析了斥水和亲水土壤在相同滴头流量下的湿润锋变化规律,研究了轻微斥水土壤的湿润锋随时间变化规律、含水率的三维空间分布特征以及不同斥水度土壤中含盐量和Cl-浓度分布特点。结果表明,在相同的滴头流量(0.07mL/min)下,亲水土壤与轻微斥水土壤的水平、垂直湿润锋与入渗时间具有良好的幂函数关系;亲水土壤与轻微斥水的土壤含盐量与距滴头距离符合良好的二阶多项式关系;虽然定量结果不同,但总体上轻微斥水的土壤在入渗中仍与亲水土壤具有相似的水分、盐分分布特征。在轻微斥水的农田中,滴灌灌水技术仍可为作物创造有利的水盐环境。