地下水浅埋下的层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示地下水浅埋下的波涌畦灌层状土间歇入渗水分入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土BC-GA(Brook-Corey和Green-Ampt)改进入渗模型,确立了层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润深度的函数关系,表明其湿润锋面水吸力随深润深度的增加逐渐减小,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力变化是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数,周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大;根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大,供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。     

基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示波涌灌间歇入渗的影响机制与规律,基于Green-Ampt和Philip入渗模型理论,建立了波涌灌间歇入渗分区模型,将第2供水周期及其后的供水周期内形成的入渗湿润区分别划分为重力势湿润区和基质势湿润区,并阐述了基于间歇入渗过程湿润区的分区入渗理论,通过Green-Ampt模型和Philip模型参数间的内在联系,建立了关于土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的数学模型,并进一步根据土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的线性图形特征,确定了不同分区下各供水周期的水分运动参数,分别为湿润锋面处吸力hf与表征饱和导水率Ks,且各间歇周期供水阶段的hf随着周期数的增大呈减小趋势,最后,利用分区模型将不同供水周期下的累积入渗量与湿润锋运移距离计算值同实测资料相比较,与实际值相比总体平均相对偏差分别为3.6%和8.6%,改进模型的适用性较好,拟合精度较高。因此,该模型可以较准确地描述波涌灌间歇入渗机理,为波涌灌灌水技术的合理设计提供了理论依据。     

不同硝酸钾溶液浓度对垂直一维入渗特性影响研究

通过室内不同浓度溶液的垂直一维入渗试验,分析了不同浓度碳酸钾溶液影响下的湿润锋和累积入渗量的变化规律以及土壤含水量和硝态氮浓度的分布规律,由不同浓度溶液累积入渗量,依据GREEN-AMPT入渗模型,反推出湿润锋面平均吸力和饱和导水率,结果表明增大溶液浓度提高了垂直一维入渗的饱和导水率,但减小了湿润锋面的平均吸力,溶液浓度通过影响湿润体的饱和导水率和湿润锋面的平均吸力来影响入渗量,二者的综合作用是增大了入渗量。     

土壤水力参数对点源入渗湿润体形状的影响

为探究点源积水入渗的运移机理,以达西定律和质量守恒原理为基础,利用HYDRUS软件对点源积水入渗过程进行数值模拟分析与验证,分析点源积水入渗条件下土壤水平湿润锋与垂直湿润锋的比值(湿润锋比)和土壤水力参数(进气吸力、形状系数以及饱和导水率)之间的关系,并基于土壤饱和扩散率建立水平湿润锋运移模型。结果表明:细质土壤(进气吸力大于11 cm)的湿润体形状近似为以积水中心为椭圆心、以垂直湿润锋和水平湿润锋为长半轴和短半轴的椭圆体,而粗质土壤(进气吸力小于8.7 cm)湿润体的椭圆心位于积水中心下方,从而导致短半轴大于水平湿润锋、长半轴小于垂直湿润锋;细质土壤的湿润锋比随时间变化较小,可近似为常数,土壤湿润锋比与形状系数和饱和导水率之间无显著的函数关系,但与进气吸力呈线性递增关系,决定系数R^2为0.999;湿润锋运移过程可以采用入渗时间的幂函数进行拟合,且幂函数系数和指数可以分别用土壤饱和扩散率的一次多项式和二次多项式进行估计,经验证得到的模型在误差允许范围内具有较好的效果。本研究可为分析点源积水水盐运移等问题提供机理性依据,也为我国北方干旱半干旱地区合理规划设计滴灌系统、提高农业灌溉用水效率提供科学依据。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

远程智能控制滴灌土壤入渗多参数节水效果试验研究

基于使用远程智能控制系统,研究扬黄灌区土壤水分入渗试验,分析讨论了2种类型土壤,基于不同压力、埋深程度研究土壤水分入渗速度、湿润锋、时间等,并初步总结出不同外界条件下土壤入渗的变化规律,为保持水土、提高土壤水分生产力提供重要的科学依据。研究表明:压力、贴片式滴灌带的埋深程度对土壤累计入渗量和入渗速度的影响都比较明显。土壤累积入渗量随着压力水头的增加而增大,湿润运移距离位移不单单和环境有关系,压力对其的影响也很大。在越强的压力作用下,水的运送速度越快,这样土壤的入渗速度就越快。速度的增大也加快了各个方向的运移速率,从而达到在短时间内入渗大面积的土壤,增大了运移距离。实验结果显示,湿润锋能够在压力为0.2 MPa的情况下达到最大运移距离;埋深程度也同样影响着土壤累积入渗量和土壤的累计入渗速度,经试验测量埋深10 cm土壤入渗量最大,且地表不宜蒸发到。     

宽垄沟灌湿润锋运移特性试验研究

通过室内试验,研究了宽垄沟灌条件下土壤湿润锋运移特性。结果表明:随着沟宽的增加,土壤湿润锋垂向运移距离减小,横向运移距离增大;随着沟深和土壤初始含水率的增加,土壤湿润锋垂向运移距离和横向运移距离均有所增加。其中,土壤初始含水率为影响土壤湿润锋运移的主要因素。土壤湿润锋的垂向运移距离和交汇前的横向运移距离均与入渗时间呈良好的幂函数关系。研究结果可为改进沟灌技术提供技术参考。     

微润交替灌溉下管埋深对土壤水分入渗的影响

为了探究微润交替灌溉条件下,地埋微润管合理埋设深度,采用室内土箱模拟试验,研究了当微润管铺设间距为30 cm,压力水头为150 cm,土壤容重为1.25 g/cm3,微润管埋深分别为15和20 cm时的土壤水分累计入渗量、土壤含水率、湿润锋运移距离等指标的变化,每组试验重复3次。结果表明:累计入渗量随时间线性递增,两微润管在埋深15 cm时的累计入渗量比埋深20 cm时的累计入渗量分别高11.33%、13.57%;埋深为15 cm时土壤含水率大于埋深为20 cm的土壤含水率;微润交替灌溉条件下,埋深15 cm时湿润锋运移距离大于埋深20 cm时湿润锋运移距离约0.5~2.9 cm,埋深对湿润锋运移有影响但不显著;湿润锋运移距离与时间的拟合结果为良好的幂函数关系,两者具有显著的相关性;埋深为15 cm时形成的湿润体截面积较埋深20 cm时大,且土体表层已经湿润。     

埋深与压力对微润灌湿润体水分运移的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性,设置5个不同埋深,6个不同压力水头,通过室内土箱试验研究了微润灌土壤水分运动规律。结果表明：压力水头是决定微润灌流量的重要因素;微润带埋深显著影响土壤湿润体的形状,湿润锋水平运移距离与宽深比γ均随埋深的增大而减小,垂直运移距离随埋深的增大而略微增大;土壤累计入渗量与埋深呈负相关关系;累计入渗量随灌水时间的变化过程符合Kostiakov入渗模型,建立了不同埋深累计入渗量预测模型,并用实测值进行了验证,实测值与预测值具有较高的相关性;土壤湿润均匀系数与埋深呈正相关,粘壤土微润灌最适埋深为15~20 cm。     

氮肥溶液磁化灌溉下土壤入渗特征和水氮迁移规律研究

为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律,采用恒定磁场强度300 mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1 g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理,以未磁化处理为对照,测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高,电导率和表面张力显著减小,并随溶液浓度变化有显著影响,但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率K_s以及有效土壤水扩散率■均增大,湿润峰处的土壤水吸力S_f、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小,增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力,且随溶液浓度增大持水能力增强,一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系,二者共同作用下,磁化高浓度溶液硝态氮含量...     

层状土膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化模拟研究

采用试验与数值模拟相结合的方法，探究了层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化规律。试验设置了3种夹砂层位置，利用HYDRUS-3D模型对层状土膜孔灌肥液自由入渗水氮运移和氮素转化过程进行模拟预测，并进行了验证。研究表明:根据简化膜孔灌入渗量的计算方法，将膜孔灌分为垂直一维入渗和膜孔侧渗，膜孔侧渗量在膜孔入渗量中起主导作用，并且受夹砂层位置的影响较大，随夹砂层埋深的增加而增大，而夹砂层位置对垂直一维入渗减渗作用较小；层状土膜孔灌湿润体的湿润锋面形状与均质土的半球体或半椭圆体有明显不同，并且在土?砂交界处有明显的不连续现象；随再分布时间的延长，土壤湿润体中尿素含量整体呈降低趋势；再分布阶段，膜孔中心处附近铵态氮均大于湿润锋处的，并随着远离膜孔中心方向逐渐减小，铵态氮主要集中分布在夹砂层以上土层中，并且在土?砂界面含量明显增加；随着时间的增加，相同位置处的硝态氮含量增大，水平湿润锋处的硝态氮含量较膜孔中心附近的增加速度快，并在土?砂界面含量较大；尿素转化运移过程中氮素的实测值与模拟值一致性较好，说明氮素链式反应参数选取较合理，模型模拟效果较好。该研究为模拟预测层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移和转化规律提供了理论和方法基础。      

沙管深度对盐碱土膜孔灌土壤水盐运移的影响

通过室内不同沙管深度的盐碱土膜孔灌自由入渗试验,研究了沙管深度对盐碱土土壤水盐运移的影响。结果表明,相同入渗时间,累计入渗量随着沙管深度的增加而增加,并与入渗时间呈幂函数关系;不同沙管深度的湿润锋运移距离随着时间延长而增大,与入渗时间符合幂函数关系;相同入渗时间,湿润锋运移距离随着沙管深度的增加而增大;随着距沙管中心距离的增加,不同沙管深度的土壤含水率减小,电导率值增大;随着沙管深度的增加,脱盐区范围逐渐增大。以上研究结果可为盐碱土改良措施提供合理依据。     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

涌泉根灌土壤湿润体特性试验

为了进一步探明涌泉根灌土壤湿润体特性的变化规律,通过在陕北山地枣树微灌示范基地进行的大田涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量条件下涌泉根灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律,结果表明：湿润体水平扩散半径、向上入渗距离、向下入渗深度等随灌水器流量的增大而增大,且均与入渗时间之间呈显著的幂函数关系,其相关系数均高于0.97.提出了涌泉根灌土壤湿润锋运移距离计算式,经试验验证：湿润锋运移距离预测值和实测值的相对误差均小于5%.在上述研究的基础上,建立了涌泉根灌湿润体内土壤平均含水量的计算式,经试验验证：灌后土壤平均含水量预测值和实测值相对误差均小于8%.根据农田灌水的实际需要,假定在涌泉根灌垂向入渗深度与所设定的计划湿润层相等的条件下,建立了涌泉根灌水平扩散半径与计划湿润层之间的计算式,试验结果表明：水平扩散半径计算值与实测值误差小于10%.     

水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响

为了解水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响,通过室内滴灌入渗模拟试验,研究了滴灌条件下西安粉壤土在不同水温(4,20,30,40 ℃)时的水分入渗特性．结果表明:水平和垂直湿润锋运移距离均随着入渗时间的延长而增大,相同入渗历时,入渗水温越高,滴头流量越大,入渗的水量越多,湿润锋运移距离越大;分别建立了滴灌条件下不同温度水分入渗时水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和水温的关系模型,其相关系数均大于097．湿润体的平均含水量与入渗水温和时间密切相关,入渗水温越高,土体平均含水量越小;含水率等值线随着到滴头距离由近到远而从疏到密分布,离滴头越近,土壤含水率越高;随着入渗水温的不断升高,入渗到同一深度所需时间逐渐减小,对土层温度的影响越大,在入渗400 min内以土面至土面以下15 cm深度范围内的土温变化更为突出．结论可为更合理发展滴灌技术提供参考依据．