肥液浓度对膜孔单向交汇入渗NO-3-N运移特性的影响

通过室内入渗试验,研究了不同浓度的膜孔肥液单向交汇入渗NO3--N的分布特性。研究表明,不同肥液浓度的膜孔入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N的浓度锋运移距离与土壤水分运动的湿润锋一致;肥液浓度越大,相同入渗时间的NO3--N浓度锋运移距离越大,土壤NO3--N浓度最大值越大,相同深度处土壤NO3--N浓度也越大。建立了肥液交汇入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N浓度分布特征与湿润体深度之间的分段函数模型,经实测资料验证表明,该模型精度较高。入渗供水过程中,NO3--N浓度锋运移距离和浓度最大值随时间的延长而增大;再分布过程中,NO3--N浓度前锋运移距离随时间延长而增大,而NO3--N浓度最大值逐渐减小。     

膜孔肥液单向交汇入渗特性及数学模型研究

通过室内入渗试验,分析了膜孔肥液单向交汇的入渗特性。在此基础上,根据已知试验资料,提出了Kostiakov模型、分段函数模型、减渗量模型和增渗率模型等4个膜孔肥液单向交汇入渗模型。Kostiakov模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗参数均为已知;分段函数模型建立的条件是膜孔肥液自由入渗和单向交汇入渗参数均为已知;减渗量模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗相对于膜孔肥液自由入渗的减渗量参数和膜孔肥液自由入渗参数已知;增渗率模型建立的条件是膜孔肥液单向交汇入渗相对膜孔清水单向交汇入渗增渗率和清水单向交汇入渗参数已知。模型验证表明,所提出的4个模型均为描述膜孔肥液单向交汇入渗的有效模型,其中分段函数模型的计算精度相对最高,Kostiakov模型、减渗量模型和增渗率模型稍次之。在实际应用中,可根据不同的已知资料情况加以选用。     

膜孔灌肥液自由入渗硝态氮运移特性试验研究

以KNO3为入渗溶液,模拟研究了硝态氮在膜孔灌肥液自由入渗条件下的运移过程.结果表明,在湿润蜂运移的范围内,沿着膜孔水平方向和垂直方向,硝态氮前锋运移速率受土壤含水量的影响较大,并随着土壤含水量的增加而增加;硝态氮前锋运移速率与运移距离有很好的相关性,并随着运移距离的增加呈幂函数衰减变化.硝态氮前锋浓度随着运移距离的增加而升高,其变化趋势呈指数曲线关系,且在湿润锋(土壤干湿交界)面上达到最大值;硝态氮前锋浓度随土壤含水量的增加呈幂函数递减,两者的相关系数也达到了极显著水平.     

膜孔肥液多向交汇入渗特性及数学模型研究

通过室内入渗试验,分析了膜孔肥液多向交汇入渗特性,在此基础上,提出了4个膜孔肥液多向交汇入渗模型。减渗量模型建立在膜孔肥液自由入渗参数和减渗量参数已知的条件下,分段函数模型建立在膜孔肥液多向交汇入渗各阶段入渗模型均为幂函数的条件下,增渗率模型建立在膜孔肥液多向交汇入渗相对膜孔清水多向交汇入渗增渗率和清水入渗参数已知的条件下,减渗率模型建立在膜孔肥液单向交汇入渗相对膜孔肥液自由入渗的减渗率、膜孔肥液多向交汇入渗相对膜孔肥液单向交汇入渗的减渗率和膜孔肥液自由入渗参数已知的条件下。经实测资料验证,所提出的4个模型计算精度均较高。     

膜孔灌充分供水点源入渗研究进展

膜孔入渗为充分供水条件下的空间三维入渗,可分为三种类型:膜孔自由入渗、膜孔单向交汇入渗和膜孔多向交汇入渗。在已有研究成果的基础上,综述了膜孔点源入渗影响因素、入渗模型特性、水分分布特征、湿润体浸润形状、湿润锋运移的规律、数学模型等,提出了膜孔灌今后应研究的主要问题。     

不同钠钾比微咸水对土壤入渗性能和水盐分布的影响

为探究不同钠钾离子组成微咸水对土壤入渗性能和水盐运移的影响,开展室内一维土柱入渗试验,依据不同钠钾比设置3种微咸水处理(S1、S2、S3:1∶0、1∶1、0∶1),以去离子水作为对照组(CK)。比较不同处理下土壤湿润锋运移速率的差异,而后通过Philip、Green-Ampt和Kostiakov模型对入渗过程进行拟合,并分析淋洗液电导率、浊度变化和土壤剖面的水盐分布特征。结果表明：(1)与CK处理相比,微咸水处理降低了相同时间内湿润锋的运移距离,在入渗时间达到600 min时,S1、S2、S3处理湿润锋运移距离分别降低41.31%、28.75%、19.94%。在0～60 min内S2和S3处理湿润锋运移距离无显著差异,但在60 min后,S2处理湿润锋运移速率显著低于S3处理;Kostiakov模型拟合效果优于Philip和Green-Ampt模型。(2)S1、S2、S3处理土壤积盐率分别为76.11%、74.16%、73.25%;在淋洗开始的1 000 min内,不同处理淋洗液浊度表现为S1>S2>S3>CK。(3)与CK处理相比,微咸水处理并未改变土体内的总含水量...     

膜孔灌灌施条件下硝态氮迁移分布规律研究

利用自行研制的膜孔点源入渗装置,测试膜孔灌灌施条件下硝态氮的迁移和分布规律。结果表明:在肥液连续入渗过程中,硝态氮浓度锋运移与水分湿润锋是一致的;随着距离膜孔中心距离的增加,NO3-N含量减小,在湿润锋位置处土壤NO3-N含量急剧减小到本底值;进入再分布过程后,土壤水分运移速度减慢,整个湿润土体内的含水量分布更加均匀;再分布1~7天内,硝态氮含量略有下降,再分布10天后,硝态氮反硝化作用增强,径向处的反硝化作用弱于垂向处,硝态氮含量明显降低。     

压力水头与土壤容重对微润灌溉水分入渗的影响

为探究微润灌溉条件下水分在不同压力水头、不同容重土壤中的入渗情况,通过室内土箱模拟试验,分别设置h=2.0、1.5、1.0 m的压力水头,土壤容重γ分别为1.20、1.30、1.40 g·cm~(-3),测定累计入渗量、湿润锋及土壤含水率3个指标。结果发现,水分累计入渗量与压力水头为正相关关系,与土壤容重为负相关关系;微润管在空气和地埋出流情况下的流量与压力水头均为线性增函数关系,相同压力下,微润管的空气出流量明显大于地埋流量,微润灌溉系统更适宜采用地下埋管方式;湿润锋是以微润管为中心的近似圆形,水平运移距离与垂直向下运移距离均大于垂直向上运移距离,重力对微润灌条件下水分运移有一定的作用,但该作用随着土壤容重的增加逐渐减小;湿润锋运移距离与时间的关系近似为幂函数关系,入渗指数约为0.5;土壤容重越大,水分在土壤中的入渗速率越小,土壤对水分的蓄持能力越弱;经计算,微润灌溉的灌水均匀性符合要求。     

土壤容重对浑水一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

通过开展室内浑水一维垂直入渗试验,设置了4个土壤容重水平(1.30、1.35、1.40和1.45g/cm3),观测不同土壤容重影响下浑水入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的变化特性.结果 表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随土壤容重的增加而减小,而落淤层厚度随土壤容重的增加而增大;落...     

地表滴灌条件下滴头流量对土壤水分入渗—再分布过程的影响

在新疆林业科学院枣树示范基地进行了原状土的树下单点源滴灌试验,研究砂壤土在不同滴头流量条件下(滴头流量分别为8、12、16 L·h~(-1))地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明:1停止灌溉时湿润锋呈平卧半椭球体分布,随着滴头流量的增加湿润锋的分布范围逐渐增大,停止灌溉后12 h内各滴头流量下土壤中的水分运移均存在再分布过程,水分再分布后湿润锋呈直立半椭球体分布,湿润体的形状大小受到滴头流量及灌溉总量的影响,湿润锋水平、垂直运移距离与入渗时间存在显著的幂函数关系,决定系数(R~2)均大于0.95;2滴灌初期湿润锋在水平、垂直方向上的运移速率随着滴头流量的增加而增大,随着灌水历时的延长逐渐降低,滴头流量越大入渗距离比也就越大,并且随着灌溉时间的推移入渗距离比值逐渐减小,三种滴头流量下入渗距离比由最初的2~2.27逐渐减小到0.8~0.97;3随着滴头流量的增大湿润体的体积不断增大,湿润体含水量也随之增大,距离滴头越近含水量等值线越密,外围含水量等值线较稀疏,滴头正下方约40 cm处土壤含水量增加值达到最大,再分布后含水量等值线变为稀疏,水平扩散半径增加值较小,垂直方向再分布距离较大。     

微咸水不同入渗水量土壤水盐运移特征研究

通过室内微咸水积水入渗土壤水盐运移模拟试验,分析了不同灌水量下湿润锋、土壤含水量、土壤含盐量、盐分浓度及Na 、Cl-浓度等的变化特征。研究结果表明,入渗水量与湿润锋呈线性关系,脱盐深度与湿润深度的比值近似为0.342。此外研究结果也显示上层土壤盐分浓度与入渗水矿化度密切相关,因此灌水量大小不仅影响湿润范围,而且直接决定上层土壤盐分含量。     

负水头供水条件下土壤水分一维入渗规律的研究

将土壤供水头压力控制为负值,测定了垂直入渗、毛管上升和水平入渗3种情况下的土壤吸水过程.发现随供水吸力的增加,垂直入渗、毛管上升和水平入渗过程中湿润峰前进速度和入渗速度的相对差异变小.将入渗速率等于潜在蒸发速率时的湿润厚度定义为临界湿润厚度,计算了潜在蒸散宰为5 mm/d时不同负水头下壤土的临界湿润厚度;确认了垂直、毛管和水平入渗下湿润峰位置与入渗量的关系,将湿润蜂位置-累计入渗量曲线的斜率,印巴湿润土体内入渗水分所占的容积百分数定义为湿润系数,提供了所测壤土的湿润系数-负水头曲线;建立了负水头供水过程中土壤含水量空间分布模型;观察到湿润锋含水量与供水吸力闸的依赖关系.     

One-dimensional horizontal infiltration experiment for determining permeability coefficient of loamy sand

A knowledge of soil permeability is essential to evaluate hydrologic characteristics of soil, such as water storage and water movement, and soil permeability coefficient is an important parameter that reflects soil permeability. In order to confirm the acceptability of the one-dimensional horizontal infiltration method(one-D method) for simultaneously determining both the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand, we first measured the cumulative infiltration and the wetting front distance under various infiltration heads through a series of one-dimensional horizontal infiltration experiments, and then analyzed the relationships of the cumulative horizontal infiltration with the wetting front distance and the square root of infiltration time. We finally compared the permeability results from Gardner model based on the one-D method with the results from other two commonly-used methods(i.e., constant head method and van Genuchten model) to evaluate the acceptability and applicability of the one-D method. The results showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the wetting front distance, suggesting that it is more appropriate to take the soil moisture content after infiltration in the entire wetted zone as the average soil moisture content than as the saturated soil moisture content. The results also showed that there was a robust linear relationship between the cumulative horizontal infiltration and the square root of infiltration time, suggesting that the Philip infiltration formula can better reflect the characteristics of cumulative horizontal infiltration under different infiltration heads. The following two facts indicate that it is feasible to use the one-D method for simultaneously determining the saturated and unsaturated permeability coefficients of loamy sand. First, the saturated permeability coefficient(prescribed in the Gardner model) of loamy sand obtained from the one-D method well agreed with the value obtained from the constant head method. Second, the relationship of unsaturated permeability coefficient with soil water suction for loamy sand calculated using Gardner model based on the one-D method was nearly identical with the same relationship calculated using van Genuchten model.     

灌水定额对波涌灌溉土壤间歇入渗特性的影响

通过肥液(KNO3溶液)室内入渗试验,模拟研究了地下水位埋深150 cm条件下灌水定额对波涌灌溉土壤间歇入渗特性的影响.结果表明,在试验条件下平均入渗速度随灌水定额的增加而减小;灌水定额越大平均周期减渗率越大;土壤含水率增幅随灌水定额的增加而增大;灌水定额越大,土壤水分向下运移越深,进入地下水中的水量越多,越容易造成地下水污染和水资源浪费.     

土壤初始含盐量对水分入渗特性的影响

研究土壤初始含盐量对入渗特性的影响,对盐碱地治理具有重要意义。在室内分别进行初始氯化钠含量为3.6、4.5、5.3、5.7 g•kg^-1和9.0 g•kg^-1的一维垂直土柱淋洗试验。根据试验数据,采用多元回归法,建立了湿润锋、累积入渗量与时间和土壤含盐量之间的量化关系,回归相关系数分别为0.992、0.922,回归模型拟合程度较好;根据累积入渗量得到了入渗率与时间和土壤含盐量之间的量化关系。实验和分析计算表明：土壤初始含盐量对入渗特性的影响大于时间对入渗特性的影响,相同时间土壤初始含盐量越高,入渗湿润锋、累积入渗量和入渗率值越小。     

井塘结合入渗补给地下水的包气带水流模拟

为探究井塘结合模式在含水层补给管理中的应用潜力,利用HYDRUS软件构建了二维轴对称模型。通过对已有文献中实际场地有井无塘模式复现验证了本文建模过程的准确性,并进一步分析比较了不同塘半径下(5、15、25 m和35 m)井塘结合、有井无塘和有塘无井3种模式的补给效果,以及不同包气带质地(砂土、壤质砂土、砂质壤土和壤土)和井深(33、38、43 m)对井塘结合模式入渗和补给效果的影响。模拟结果表明：（1）复现值与文献值吻合较好,决定系数R²均在0.98以上;（2）不同塘半径下井塘结合模式的补给效果均优于其他两种模式,但渗透塘半径为5 m时,井塘结合模式730 d的累计补给量分别为有井无塘和有塘无井模式的1.02倍和36倍,而当渗透塘半径增大到35 m时,井塘结合模式730 d的累计补给量则为有井无塘和有塘无井模式的2.6倍和1.54倍;（3）不同包气带质地下井塘结合模式累计入渗量随入渗时间呈线性增大的趋势,而累计补给量则分别在26.3 d、38.9 d、81.9 d和164.4 d时(湿润锋达到稳定状态)才随时间增加呈线性增大的趋势,随包气带渗透系数K_s的增加,湿润锋首次到达补给区域的时间分别为0.75、1.38、3.63 d和8.63 d;（4）井深每增加5 m,井塘结合模式730 d的累计入渗量分别增加5.5%和5.9%,累计补给量分别增加9.5%和9.8%,湿润锋首次到达补给区域的时间则分别减少31.8%和25.6%。研究结果可为地下水人工补给调蓄工程的优化设计提供参考。     

不同流量对滴灌土壤湿润体特征的影响

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土的滴灌入渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下,地表滴灌湿润体特征值的变化规律及滴灌结束时的水分分布规律。结果表明:湿润体的水平和垂直扩散距离均与时间有显著的幂函数关系,相关系数均大于0.99;湿润体的体积及湿润体内土壤含水率的分布同时受滴头流量和灌水量的控制,相同灌水量情况下,湿润体体积随滴头流量的增加而变小,平均含水率变大;并且建立了预测湿润体特征值和湿润体体积的经验模型。