土壤密实度对单点源入渗土壤水分再分布影响研究

滴灌点源供水条件下土壤入渗湿润体变化特征值及其影响因素的研究,是正确设计滴灌系统和对田间作物水分进行高水平管理的前提和基础。文中通过田间膜下滴灌单点源入渗试验,运用AUTOCAD和SURFER软件分析研究土壤密实度对滴灌点源入渗结束24h后湿润体特征值及水分分布规律的影响。结果表明,单点源湿润体特征值随土壤密实度的增大,水平方向距离增大的幅度要比垂向大;水平方向湿润体土壤剖面含水率与水平距离呈二次函数关系,相关系数均为0. 95以上,垂直方向湿润体土壤剖面含水率与垂直距离呈线性函数关系,相关系数均为0. 97以上;土壤密实度的大小对土壤水分再分布后的土壤含水率等值线的疏密程度产生影响,此结论将对下一步研究复杂的双点源交汇入渗以及滴灌点源入渗参数预测模型有理论指导意义。     

地表滴灌条件下滴头流量对土壤水分入渗过程的影响

在新疆林业科学院枣树示范基地进行原状土的滴灌入渗试验,研究砂壤土在不同滴头流量条件下地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明：地表滴灌条件下,当滴头流量增加时,湿润体的形状大小会随着滴头流量的增大而增大,水平、垂直方向上湿润锋的运移距离随着滴头流量的增加而不断增大;湿润锋的运移速率、入渗距离比值与水分入渗时间符合幂函数关系;湿润锋水平方向的运移速率比垂直方向上的要大,但是持续的运移时间没有垂直方向上的长;土壤含水率的变化随着滴头流量的增加而增加,距离滴头距离越近含水率变化幅度也越大,当q≥8 L·h^-1时,滴头正下方约40 cm左右的土层含水率达到最大值。     

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。     

不同灌水技术要素对地表滴灌交汇入渗特性的影响

在米脂山地微灌枣树示范基地进行大田滴灌交汇入渗试验,研究了不同滴头流量、不同间距、灌溉水量等不同灌水技术要素对地表滴灌交汇入渗特性及其湿润体形状的影响.结果表明:湿润体的水平扩散半径、向下入渗深度均随流量的增大而增大,且均与入渗时间有显著的幂函数关系;点源滴灌条件下,滴头流量、灌水量、滴头间距对土壤湿润体大小和形状都有...     

微咸水灌溉下滴头流量及灌水量对压砂土壤入渗及水盐分布的影响

为探讨滴头流量及灌水量对微咸水灌溉条件下覆砂土壤入渗规律及水盐分布的影响,开展室内土槽试验研究了微咸水灌溉下相同灌水量时3种滴头流量(0.85、1.70、3.40 L·h^-1)及相同滴头流量下3种灌水量（5.88、6.60、10.00 L）对压砂土壤湿润锋迁移以及灌溉后土壤水盐分布特征,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论依据。结果表明：滴头流量越大,湿润锋在水平和垂直方向上运移距离越大,湿润锋水平和垂直入渗距离与入渗时间存在幂函数关系。供试土壤在0.85 L·h^-1和3.40 L·h^-1滴头流量下湿润体稳定的垂直/水平的比值为1.1,而1.70 L·h^-1滴头流量下其比值为0.9。覆砂条件下高含水率及低盐分区出现在距滴头较远的区域,并随着滴头流量增加逐渐向滴头靠近;随灌水量增加该区域范围不断扩大,土壤水分及盐分分布模式则越接近无覆砂条件模式。因此,砂层覆盖改变了微咸水滴灌条件下土壤水分、盐分的分布规律。     

风沙土水分入渗与再分布过程中湿润锋运移试验研究

利用室内模拟试验系统,对塔克拉玛干沙漠腹地风沙土在滴灌条件下的水分入渗与水分再分布过程中湿润锋的运动规律进行了模拟试验研究。根据模拟试验描述了风沙土在滴灌条件下水分入渗与再分布情况下湿润体的形状变化,研究了在水平方向上与垂直方向上风沙土的湿润锋推进规律及运动特征,揭示了随着累计入渗量的增加,湿润锋推进过程在入渗初期速率较大,逐渐成减小趋势,并最终达到稳定入渗状态;在土壤水分再分布过程中土壤湿润锋面不断向外部推移,最后达到相对稳定;对风沙土水分入渗及再分布过程中其湿润锋的推进距离与时间做了函数关系拟合,其中乘幂函数关系式拟合最好。     

沼液穴灌入渗影响因素分析及数值模拟研究

通过试验研究了不同沼液配比、穴孔直径和土壤容重对沼液穴灌入渗的影响,并采用COMSOL Multiphysics软件对入渗过程进行了数值模拟。试验设置了3个沼液配比(沼液∶水体积比为1∶4、1∶6、1∶8)和1个对照组CK(纯水),3个穴孔直径(3、5 cm和7 cm)和2个土壤容重(1.35 g·cm-3和1.45 g·cm-3)。试验结果表明:在相同时间内入渗速率、累积入渗量和湿润体体积随穴孔直径的增大而增加,随土壤容重和沼液含量的增加而减小;水平入渗距离与垂向入渗距离的比值随穴孔孔径增大而减小,湿润体形状随穴孔直径的增加逐渐由水平轴大于垂直轴的椭球体趋向于水平轴小于垂直轴;当土壤容重较大时,可增加穴孔直径和降低沼液含量来提高单位时间土壤累积入渗量;所有处理均呈现湿润锋初始阶段运移速度较快,后期逐渐变慢,并且运移速度逐渐趋于稳定的趋势;采用COMSOL Multiphysics软件能够较准确实现沼液穴灌技术中湿润锋运移和湿润体内土壤含水率变化的模拟。     

不同粘粒含量土壤水分入渗能力模拟试验研究

为研究土壤粘粒含量对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤中添加沙粒、人工粘土的方法配制不同粘粒含量土壤,用土柱积水入渗模拟了人工配制土壤中粘粒含量对其入渗能力的影响.结果表明:(1) 土壤粘粒含量对土壤入渗能力有较大影响,随粘粒含量增多,入渗能力递减:＜0.001 mm粘粒含量从6%增加至40.4%时,稳定入渗速率从0.0169 cm/min降低至0.0068 cm/min,90 min累积入渗量则从3.66 cm降低至2.02 cm;(2) 稳定入渗速率、90 min累积入渗量与粘粒及物理性粘粒含量分别呈幂函数负相关、指数负相关关系,但与粘粒含量相关性更为显著;(3) 通过对Green-Ampt模型、Philip模型及Kostiakov模型的参数拟合及累积入渗量计算,发现在本试验中Kostiakov模型拟合精度最高,Philip模型次之,Green-Ampt模型较差,说明Kostiakov模型对于均质土体是个比较实用的入渗模型.     

循环率对波涌灌间歇入渗特性和地下水水质影响的研究

通过肥液(KNO3溶液)室内入渗试验,模拟研究了地下水位为150 cm条件下,循环率对肥液间歇入渗土壤和地下水中NO3--N运移特性的影响.结果表明, 相同净入渗时间和周期条件下,在一定范围内循环率越小,间歇时间越长,土壤水分再分布越充分,间歇入渗减渗作用越强;与循环率为1/2相比,循环率为1/3的平均入渗率减小不显著,当循环率减小至1/4时,减渗程度明显增大;随循环率的减小累计入渗量减小;循环率取值为1/3时,随水分迁移进入地下水的硝态氮量最小.     

农田土壤入渗特性研究

以陕西杨凌一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,对不同土壤质地条件下的土壤入渗特性进行了研究。结果表明：两种土壤质地条件下描述其入渗过程的最优入渗公式为修正Kostiakov公式;土壤入渗试验合理的设计观测时间一级阶地砂壤土条件下不应小于90 min,三级阶地粘壤土条件下不应小于120 min;根据各入渗参数的最大相关距离,计算了典型田块入渗试验的合理测点数,一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土试验田块均为42个测点;可在一定程度上借助稳定入渗率f₀的变异特征描述土壤入渗性能和衡量土壤入渗能力,但同时还应考虑入渗参数k的空间变异特征。     

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.     

模拟垄沟灌溉土壤水分入渗特性试验研究

采用土箱进行模拟垄沟灌溉入渗试验,探索垄沟灌溉条件下土壤水分的入渗特性.研究结果表明:垄沟灌溉入渗时,湿润锋水平方向与垂直方向的运移距离与入渗时间呈幂函数正相关,其垂向运移距离明显大干一般沟灌;灌水时沟中与垄坡剖面的含水率迅速增加,再分布过程中在水平向水势梯度的作用下垄上剖面的含水率也不断增加,适当减小垄宽可以减少灌溉...     

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。     

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.     

Effects of biochar on water movement characteristics in sandy soil under drip irrigation

Biochar addition can improve the physical and hydraulic characteristics of sandy soil. This study investigated the effects of biochar on water holding capacity and water movement in sandy soil under drip irrigation. By indoor simulation experiments, the effects of biochar application at five levels (0%, 1%, 2%, 4%and 6%) on the soil water retention curve, infiltration characteristics of drip irrigation and water distribution were tested and analyzed. The results showed thatbiochar addition rate was positively correlated with water holding capacity of sandy soil and soil available water. Within the same infiltration time, with an increasing amount of added biochar, the diffusion distance of the horizontal wetting front (HWF) tended to decrease, but the infiltration distance of vertical wetting front (VWF) initially declined and then rose. The features of wetted bodies changed from "broad-shallow" to "narrow-deep" type. The relationship between the transport distance of HWF and VWF and the infiltration time was described by a power function. At the same distance from the point source, the larger was the amount of added biochar, the higher was the soil water content. Biochar had a great influence on the water content of the layer with biochar (0-200mm) and had some effects at 200-250mm without biochar; but had less influence on the soil water content deeper than 250mm. For the application rate of biochar of 4%, most water was retained within 0-250mm soil layer. However, when biochar application amount was high (6%), it would be helpful for water infiltration. During the improvement of sandy soil, biochar application rate of 4% in the plow layer had the best effect.     

尿素肥液间歇入渗土壤水氮运移特性试验研究

通过连续和间歇一维垂直入渗试验,研究了波涌灌灌施尿素下铵态氮和硝态氮在土壤和地下水中的迁移转化特性,表明波涌灌间歇入渗较连续入渗有保肥和减小地下水污染等优点,可以有效缓解农业施肥带来的地下水环境污染。该研究成果为进一步研究波涌灌溉水氮运移特性和波涌灌溉对地下水环境的影响奠定基础。     

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。     

基于HYDRUS-2D的雨水集聚深层入渗系统土壤水分运移模拟

为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据非饱和土壤水动力学理论,建立HYDRUS-2D变水头边界条件土壤水分二维入渗模型。通过与实测数据对比,结果表明模型模拟值和实测值具有较好一致性:垂向湿润锋相对均方差(R_E)、平均绝对误差(MAE)和纳什系数(NE)分别为0.019、0.011 cm和0.994,径向湿润锋R_E、MAE和NE分别为0.018、0.851 cm和0.977,土壤含水率R_E、MAE和NE分别为0.188、0.016 cm~3·cm~(-3)和0.916。相比于设计深度为40 cm的RWCI系统, 60 cm RWCI系统在不同灌水量下能够更有效地增加果树根系分布层的土壤含水率,增加土壤水分入渗深度;相同灌水量下RWCI系统设计深度的径向湿润锋分布间无明显差异,而垂直方向的分布具有明显差异;RWCI系统在相同的设计深度下,随着灌水量增大湿润锋在垂向与径向的运移距离差异逐渐增大。     

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。