充分供水条件下点源入渗参数影响因素及其简化模型

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了充分供水条件下点源入渗的土壤水分运动数学模型,并应用SWMS-3D软件对模型进行了求解,模拟并分析了充分供水条件下多种典型土壤的点源入渗特性及其影响因素。结果表明,充分供水条件下点源入渗累积入渗量曲线符合Philip模型;在相同土壤质地、容积密度下,吸渗率与稳渗率随着膜孔直径的增大而增大;稳渗率随灌溉水深的增大而略有增大。基于Philip模型,提出了包含膜孔直径、灌溉水深的充分供水条件下点源入渗简化模型。并利用黄土高原典型土壤的室内试验资料与已有文献资料对简化模型进行了验证。验证结果表明,所建简化模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可较准确地反映充分供水条件下点源入渗特点。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗及减渗特性

浑水灌溉是我国黄河流域引黄灌区灌溉的主要特点,其中浑水中的泥沙含量对土壤入渗特性有较大的影响,为揭示浑水膜孔灌交汇入渗的减渗特性,通过开展浑水及清水膜孔灌入渗试验,建立了浑水膜孔灌自由入渗相对于清水的减渗率及浑水膜孔灌多向交汇入渗相对于自由入渗的减渗率与入渗时间之间的量化关系,提出了由清水膜孔灌自由入渗量推求浑水膜孔灌多向交汇入渗量的模型。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗较清水的减渗量随入渗时间的延长而增大,但增大幅度慢慢变小,入渗后期其减渗量基本呈线性增加,其减渗率随时间的增大先快速增大后缓慢减小,入渗后期减渗率基本稳定;当入渗产生交汇后,入渗能力明显减小,多向交汇入渗和单向交汇入渗相对自由入渗的减渗率均随入渗时间的增长而增大,多向交汇入渗相对单向交汇入渗也存在减渗作用,3条减渗率曲线的变化率随着时间的增长而逐渐减小。     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

浑水膜孔灌多向交汇入渗湿润体特征数值研究

为了研究浑水膜孔灌不同膜孔直径对多点源交汇入渗湿润体特征的影响,设置4种不同大小的膜孔直径,通过室内试验,在膜孔灌入渗方式下,测量不同膜孔直径多向交汇湿润体特征的变化过程。结果表明：膜孔直径越大,相同入渗时间内水平和垂直湿润锋运移距离越大;自由入渗剖面,水平和垂直湿润锋运移距离均与入渗时间符合幂函数模型,运移参数随膜孔直径的增大而增大,运移指数则减小;交汇剖面水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间符合对数函数模型;随着膜孔直径的增大,膜孔周围土壤含水率均接近土壤饱和含水率,其他相同位置土壤含水率增大,发生单向交汇和多向交汇的时间逐渐减小;浑水膜孔灌湿润体内灌水均匀系数均大于90%,灌水均匀度非常高。     

浑水含沙率和泥沙粒度组成对膜孔灌入渗特性的影响

通过室内清水膜孔灌自由入渗试验和4种不同含沙率及4种不同泥沙粒度组成的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了含沙率和泥沙粒度组成对浑水膜孔灌入渗特性的影响。结果表明:综合考虑含沙率和泥沙粒度组成的联系,定义了相对黏粒含量的概念;基于相对黏粒含量建立了单位膜孔面积累积入渗量、水平湿润锋运移和垂直湿润锋运移的数学模型,经检验该数学模型具有较好的相关性;提出了浑水膜孔灌自由入渗情况下灌水均匀度分析的数学模型。研究结果为浑水膜孔灌的进一步研究奠定了基础。     

黑钙土不同土层在两种材质负压渗水器下的吸渗特性

基于–5 k Pa负压灌水条件下的一维垂直水分吸渗试验,分析了陶土和聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料(PVFM)两种材质负压渗水器在黑钙土A、B层的渗水性能,测定累计吸渗量、吸渗率、湿润峰及土壤含水率等指标,并利用它们考察了Kostiakov,Horton、Philip 3种常用的土壤水分吸渗模型及垂直一维非饱和土壤水分运动代数模式描述负压吸渗过程的适用性,进一步比较了不同处理下的模型参数。结果表明:(1)–5 k Pa灌水条件下,PVFM渗水器和陶土渗水器的累计吸渗量没有明显差异,前者能有效替代后者作为负压渗水器;(2)黑钙土B层土壤水分吸渗特性比A层差,同时间内累计吸渗量较少,吸渗率降低速度更快;(3)短时间负压灌溉条件下,不同土层的累计吸渗量与湿润峰、吸渗率与湿润峰倒数、湿润峰平方与时间均存在明显的线性关系;(4)负压灌溉后距离渗水器上下各15 cm范围内,土壤含水率维持于20%~33%范围内,变异系数均在10%左右;(5)拟合结果表明,Kostiakov与Philip模型能很好地描述–5 k Pa负压灌溉下不同处理的水分吸渗特性,而Horton模型描述黑钙土A、B层较长时间的吸渗效果较差。     

膜孔灌单向交汇入渗数学模型研究

通过室内膜孔单向交汇入渗试验资料，分析了膜孔单向交汇入渗特性，在此基础上，根据不同的已知资料情况，提出了相应的3个膜孔单向交汇入渗数学模型，其中模型1是建立在膜孔单向交汇入渗相对膜孔自由入渗的减渗量参数和膜孔自由入渗参数已知条件下的一个入渗模型，模型2建立在膜孔单向交汇入渗的自由入渗阶段和交汇入渗阶段的入渗参数均为已知的基础上，模型3建立在膜孔单向交汇入渗相对膜孔自由入渗减渗率和自由入渗参数为已知的基础上。经实测资料验证表明，3个模型均为计算膜孔单向交汇入渗量的有效模型，这一研究成果可为膜孔灌技术研究提供参考。     

浑水含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响

为研究浑水膜孔灌条件下含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内膜孔入渗试验,设5个含沙率水平(0、3%、6%、9%、12%),观测累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分以及NO-3-N和NH4+-N运移变化特性。结果表明:浑水含沙率越大,湿润锋运移距离越小,相同入渗历时内湿润体体积和高含水率区域越小,湿润体内同一位置处土壤含水率越小。单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间符合Kostiakov模型(R2>0.9,P<0.01);随着浑水含沙率的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数基本不变。垂直湿润锋运移距离和减渗率均与入渗时间呈极显著的幂函数关系,含沙率对减渗率的影响主要是通过对减渗系数的影响来实现。湿润体土壤NO-3-N和NH4+-N含量随着浑水含沙率的增大而减小,且在膜孔中心附近区域其含量均较高。土壤NO-3-N主要集中分布在湿润半径10 cm范围内,湿润体水平方向及膜孔垂向土壤NO-3-N含量均随着距膜孔中心距离的增加而降低;而土壤NH4+-N主要集中分布在湿润半径5 cm范围内,湿润半径5~10 cm范围内的土壤NH4+-N含量随着土壤深度的增加而降低。研究结果可为进一步深入研究浑水膜孔灌肥液入渗提供理论依据。     

基于Green-Ampt的膜孔灌三维入渗模型建立与验证

在膜孔灌入渗方面研究中的入渗模型缺少明确的物理意义,针对这一问题,该文以一维Green-Ampt公式为基础进行探讨。对公式中概化湿润锋为平面的假设条件进行深化讨论,结合膜孔灌三维入渗特点,建立了包含膜孔直径、表征导水率和湿润锋面水吸力的膜孔灌入渗模型,利用室内入渗试验和以不同土壤质地（典型砂壤土、典型壤土和典型粉壤土）的Hydrus-2D软件数值模拟结果对其进行验证。结果表明：试验观测和数值模拟得到的单位面积累积入渗量随时间的变化规律与模型计算得出的结果一致,二者均方根误差和平均绝对误差接近于0,偏差百分比小于10%,数值相差不大;由模型计算得出的概化湿润锋由试验及模拟结果在入渗前期相差很小,在入渗后期差别逐渐变大;另外,相较于水平方向,垂直方向的概化湿润锋计算结果更加接近试验观测值和数值模拟值。建立的模型可为准确计算膜孔灌累积入渗量、预测湿润锋形状提供依据。     

不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性

根据室内浑水膜孔灌单向交汇入渗试验资料,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗特性;建立了浑水膜孔灌单向交汇入渗参数、单向交汇时间、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、自由面和交汇面湿润锋运移模型。结果表明:随着膜孔直径增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量逐渐减小;单位膜孔面积累积入渗量的K值随着膜孔直径的增大而减小,α随着膜孔直径的增大而逐渐增大;在膜孔间距一定的情况下,入渗发生交汇的时间随着膜孔直径的增大而减小;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,自由面和交汇面垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。     

膜孔渗吸速度初探

膜孔灌是一种新的地面灌水方法,通过膜孔入渗试验,初步分析了膜孔灌水的入渗规律,建立了膜孔渗吸速度与时间的经验公式,并研制出一种测定膜孔渗吸速度的试验装置.     

土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为揭示土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗条件下土壤水分入渗特征的影响,通过开展不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了土壤容重对浑水膜孔灌自由入渗能力、湿润体特征及土壤含水率分布的影响,提出了不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型;建立了浑水膜孔灌自由入渗率、湿润锋运移距离与土壤容重的关系。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗随着土壤容重的增大,单位膜孔面积累积入渗量、稳定入渗率以及水平湿润锋运移距离都逐渐减小;在相同入渗时间内,随着土壤容重的增大,距膜孔中心相同位置处的土壤含水率减小。该研究成果可为更深入的研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考。     

膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性的影响

通过对西安粉壤土进行4种膜孔直径(6,8,10,12cm)的浑水膜孔肥液自由入渗室内试验,观测并分析了湿润锋运移距离、累积入渗量、湿润体内水分分布以及NO_3~--N和NH_4~+-N运移特性的变化规律。结果表明:膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性具有较为显著的影响。不同膜孔直径的浑水膜孔灌肥液自由入渗累积入渗量符合Philip入渗模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈极显著的幂函数关系;在相同的入渗时间内,膜孔直径越大,湿润锋运移距离越大,单位膜孔面积累积入渗量越小,同一位置处土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量越大。入渗400min内,在膜孔中心附近区域NO_3~--N和NH_4~+-N含量较高,湿润体内土壤NO_3~--N主要集中分布在距膜孔中心15cm范围内,而NH_4~+-N主要集中分布在距膜孔中心8cm范围内。     

膜孔单点源肥液入渗湿润体特性试验研究

该文通过室内试验，研究了单点源肥液入渗的湿润体特性。研究结果表明：湿润锋的纵剖面形状曲线符合椭圆方程；湿润锋运移距离随时间的变化符合幂函数方程；建立了湿润体纵剖面动态变化的数学模型和膜孔肥液入渗累积入渗量的经验模型以及湿润体平均含水率随时间变化的关系。在此基础上，研究了湿润体内土壤水分的分布特性。该研究为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了基础。     

肥液浓度对浑水膜孔灌多点源入渗水氮运移的影响

为了探究浑水膜孔灌多点源入渗多向交汇下水氮运移特性,利用浑水膜孔灌入渗装置进行了室内试验,研究了不同肥液浓度(0,1,2,3,4 g/L)的硝酸铵钙溶液对浑水膜孔灌多向交汇入渗规律、单向交汇和多向交汇发生时间、膜孔中心和各交汇点(植株交汇中心、行间交汇中心和4点源交汇中心)垂直方向的含水率和NO_3~-—N的分布规律等的影响。结果表明:各肥液浓度下膜孔单位面积累积入渗量与入渗时间呈幂函数关系,入渗参数a随肥液浓度的增大而减小,入渗参数b随肥液浓度的增大而增大;随着肥液浓度的增加,单向交汇和多向交汇发生时间均提前;10 cm土层深度处,肥液入渗各中心含水率较0 g/L处理分别增加10.42%,13.94%,16.38%,24.74%;各中心垂直方向含水率随土壤深度呈现不同的变化规律;NO_3~-—N在土壤上层分布均匀,而在湿润锋处出现峰值;4点源交汇中心处NO_3~-—N含量高于其他3个中心。研究结果可为浑水膜孔灌的技术研究奠定科学基础。     

由膜孔灌田面灌水参数推求基于Kostiakov模型的点源入渗参数

利用膜孔灌大田灌水试验实测资料，基于水量平衡原理，提出了利用膜孔灌大田水流推进和消退曲线参数推求基于Kostiakov入渗模型的膜孔灌单点源入渗参数的方法，这一方法能简单而有效地求得大田膜孔灌平均入渗参数，有效消除农田土壤空间变异性对单膜孔入渗参数的影响，研究成果为膜孔灌技术要素设计和灌水质量评价提供了科学基础。     

膜孔灌单向交汇入渗减渗量和交汇界面面积试验研究

通过室内膜孔单点源自由入渗和单向交汇入渗试验资料，分析了膜孔灌单点源自由入渗量和单向交汇入渗量的变化规律，研究了膜孔灌单向交汇入渗减渗量和交汇界面面积之间的关系，建立了基于减渗量和交汇界面面积的膜孔灌单向交汇入渗量数学模型。该模型具有明确的物理意义，计算精度较高，是计算膜孔灌单向交汇入渗量的有效模型。该研究为膜孔灌理论与技术要素的进一步研究奠定了科学基础。