用水平土柱估算土壤入渗性能和水分布简化模型方法

在对Green-Ampt修正模型研究的基础上,根据水量平衡原理,提出了在水平土柱试验供水量、土壤初始与饱和含水率、土壤含水率线性分布假定的基础上计算土壤入渗性能的简化模型方法。用本研究提出的简化算法计算得到的土壤入渗性能与其他方法得到的结果非常接近。将该简化方法计算得到的土壤含水率分布与实测值进行比较表明,平均误差为4.18%,证明该方法估算的土壤含水率分布与实测值非常接近。结果表明该方法可以较为准确地估算土壤入渗性能在时间上及含水率在空间上的分布,能方便地应用到相关研究与应用中。     

Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析

通过室内试验方法利用Philip和Green-Ampt入渗模型对3种土壤水平一维入渗进行了分析,对Green-Ampt入渗模型的含水率分布进行了修正从而改进二模型参数的互推公式,根据互推参数分别计算累积入渗量,并与实测值进行比较。结果表明,修正模型能很好地反应土壤入渗性能,随着土壤粘性的增加,Philip模型参数吸湿率S和Green-Ampt模型参数kssf都逐渐减小,用Philip模型推求修正的Green-Ampt模型参数k′ss′f具有较高的精度,且对于不同质地土壤的入渗表现出不同程度的正效应,此互推公式可应用于不同土壤水平入渗的试验研究。     

一维水平红壤水分入渗特征与Green-Ampt模型的应用

根据Green-Ampt模型结构上的特点,本文将活塞模型假定应用到一维水平入渗,利用水量平衡原理建立入渗过程累积入渗量、湿润锋位移、入渗率与入渗时间之间的关系。通过室内水平土柱入渗试验,获得两种质地红壤水平入渗试验资料,从而验证一维水平红壤水分入渗各参量的定量关系,并分析了模型的计算结果与实际测定的入渗资料间的误差,结果表明Green-Ampt模型可较好地描述一维水平入渗过程,但仍需进一步修正和改进。     

湿润区含水率随土壤深度变化的Green-Ampt模型研究

针对原始Green-Ampt模型假定土壤入渗湿润区处于饱和含水率状态而忽略了非饱和区含水率存在的实际问题,提出将原始Green-Ampt入渗模型和土壤持水Van Genuchten模型结合起来,考虑土壤入渗过程中湿润区含水率随深度的变化,改进并建立了矩形与1/4椭圆组合简化Green-Ampt模型和梯形简化Green-Ampt模型,并用实例进行了验证。结果表明,与实测值相比,考虑土壤湿润区含水率随深度变化的Green-Ampt改进模型优于原始Green-Ampt模型;入渗时间较短时,矩形与1/4椭圆组合简化模型优于梯形简化模型;入渗时间较长时,梯形简化模型优于矩形与1/4椭圆组合简化模型;3种模型计算累积入渗量的精度高于计算入渗速率的精度。     

Green-Ampt两阶段模型的平移及衔

概述了Green-Ampt模型的发展情况。由于通过Green-Ampt模型，直接计算的累积入渗量结果，与实测值相差较远，为了完善Green-Ampt两阶段模型的累积入渗量随时间变化的曲线，采用了先平移后衔接的方法。通过实验模拟，经该方法修正的计算值与实测值吻合较好。证明该方法能有效的改善Green-Ampt两阶段模型的模拟值，使其更符合实际情况。应用该方法能更准确的计算出累积入渗量随时间的变化过程，对完善Green-Ampt模型，扩展其应用范围有重要意义。     

基于精细水平畦灌技术的土壤入渗模型建立——以石羊河流域为例

畦灌是地面灌溉技术中主要的灌水方法之一。以石羊河流域为例,建立了土壤入渗模型,对5种常用的入渗模型进行模式寻优技术原理分析与入渗参数计算,并进行评价比较,最终得出精细水平畦灌技术中collis—George模型与修正的Kostiakov模型能更好地描述土壤入渗性能,旨在为石羊河流域进行水平畦灌技术应用提供依据和参考。     

降水头垂直入渗Green-Ampt模型显式近似解研究

在分析降水头入渗过程的基础上,应用Green-Ampt入渗模型,并假定降水头垂直一维入渗也适用于Philip入渗模型的前提下,通过二模型参数间的转换关系建立了适用于降水头垂直一维入渗的累积入渗量的显式函数,并利用3种不同土壤进行了检验。结果表明,降水头垂直一维入渗的累积入渗量可适用于Philip入渗模型,所建立的降水头垂直一维累积入渗量显函数的整体相对误差分别为1.89%、0.02%、0.10%;均方根误差分别为0.13、0.07、0.08,模型的模拟精度较高,能有效地模拟连续降水头条件下的入渗过程。     

优化技术在土壤入渗参数计算中的应用

对优化技术在入渗参数计算中的应用进行了研究,选取Kostiakov、修正的Kostiakov、Philip、Horton、Collis-George5个入渗模型,利用甘肃省3个大型灌区的实测资料计算了入渗参数,用剩余平方和对计算精度进行评价,结果表明,Collis-George模型、修正的Kostiakov模型较目前常用的Kostiakov模型能更好地描述这3个灌区的土壤入渗特性。     

淡水入渗模型对咸水入渗过程的适用性

由于咸水中含有各种盐分离子,当咸水进入土壤后,会引起土壤物理特性改变,从而影响土壤的入渗特性.为了分析单因素对土壤入渗能力的影响,在中国科学院南皮生态农业试验站进行了不同矿化度和钠吸附比(SAR)的咸水一维垂直积水入渗试验.结果表明:咸水的土壤表征饱和导水率在2.99 g/L时存在突变现象,并达到最大值;当矿化度为3 g/L,而SAR不同的水入渗时,SAR在8.15(mmol/L)1/2时,饱和导水率达到最大值;当SAR大于8.15(mmol/L)1/2时,饱和导水率呈下降趋势.利用Green-Ampt模型及一维代数入渗模型,对试验结果进行对比分析,结果表明两种模型都可以描述咸水入渗特征,但相关参数具有不同于淡水的变化特征.通过对累积入渗量的理论值与实测值的分析得知,长历时入渗的情况下,Green-Ampt模型较精确;在短历时入渗情况下,一维代数入渗模型较精确.     

四种入渗模型在KCl溶液入渗的适应性

为了探讨4种常规的入渗模型在含盐水入渗条件下的适用性,采用室内一维垂直土柱进行积水入渗实验,对比不同KCl质量浓度下的土壤入渗规律,并采用4种模型分别拟合土壤入渗率变化特征。结果表明,相同时间内的累积入渗量随KCl质量浓度的增加而增加,并且湿润锋的推进距离与累积入渗量之间具有较好的线性关系(R2>0.7)。Philip和Horton入渗模型的拟合效果要优于Green-Ampt模型和Kostiakov公式。     

基于地上可视湿润距离的地表滴灌入渗深度估算模式研究

地表最大湿润距离R(t)和垂向最大入渗深度H(t)是地表滴灌系统设计的基础,由于垂向最大入渗深度H(t)不易观测,因此如何合理地确定H(t)是滴灌应用中需要解决的关键问题之一。对烟台棕壤土地表点源、线源入渗进行了室内试验研究,提出了基于地表水平湿润距离的地表滴灌垂向湿润锋的估算模式。模拟值和实测值的对比表明,本模式的估算精度较高,入渗过程中的最大相对误差不到5%。     

沿渡河流域分布式水文模型的构建

按照综合分布式概念性水文模型和分布式水文物理模型长处的建模思路，应用改进的格林-安普特下渗理论和地貌水文学的水滴运动理论，建立了一个具有物理基础的松散结构分布式流域水文模型。模型的产流方法融合了邓恩产流理论和霍顿超渗产流理论，考虑土壤水分剖面、土壤各向异性和地形坡度等对流域产流的影响；模型的汇流方法利用地貌水文学理论，寻求水文过程与流域地形地貌的相互作用及定量关系，以确定模型参数，其优势在于可以考虑净雨空间分布不均和流速空间分不均对流域汇流的影响问题。以湿润地区典型流域沿渡河为对象进行水文模拟应用研究，结果良好,说明模型较为可靠。     

PAM与PG对土壤水平入渗的影响

土壤水平入渗是土壤水分空间入渗的一个重要方向，它受土壤质地和结构等多方面因素的影响，其中高分子化合物与磷石膏（PG）等的加入也对其产生重要影响。通过室内土柱试验，研究聚丙烯酰胺（PAM）和PG与土壤混合干施情况下的土壤水平入渗特征，并从机理上对试验结果进行分析研究。结果表明，由于PAM具有良好的吸水和保水性能，其用量的增加使累积入渗量增大，平均土壤含水量增加；而水平入渗速率却由于溶液粘性增大而有所降低，相应使得湿润锋推进相同距离所用时间比对照有所延长；累积入渗量与时间和湿润锋的关系，均符合Philip和Green-Ampt入渗公式，因而，在施加PAM与PG的情况下，土壤的水平入渗性能仍可用经典入渗公式来进行研究与描述；PAM和PG的加入也使土壤吸渗率发生变化，具体表现为：当PG用量相同，PAM用量的增加使得土壤的吸渗率降低。     

径流小区尺度土壤入渗率影响因子与估算模型研究

基于次降雨水文过程,确定了影响土壤平均入渗率(i_m)的多个因子;借助野外人工径流场观测资料,研究im与多个因子间定量关系,构建i_m估算模型。i_m与坡度之间呈二次抛物线关系,随坡度增加呈先升后降的变化趋势。i_m随坡长、降雨强度的增加均呈线性增加规律,随次降雨量增加呈指数增加趋势,随土壤颗粒分形维数增加呈线性降低规律。im与地表植被盖度、前期土壤含水率之间均存在双曲函数关系,随二者递增分别呈逐渐增加和降低规律。基于上述7个函数关系,采用多元非线性回归法建立估算im的回归模型,模型约72%的数据点相对误差不超过10%。采用上述7个因子作为输入参数,建立预测i_m的BP神经网络模型;通过灰色关联度分析法确定了模型最优训练算法为Levenberg-Marquardt、隐含层神经元结点最优个数为15;模型约81%的数据点相对误差不超过10%。     

冻融土壤Philip入渗模型参数的BP预报模型

为提高季节性冻土区冬、春季储水灌溉的灌水质量和效果,在季节性冻土区冻融期间进行了大田冻融土壤的系列入渗试验,获取了自然冻融条件下的大量土壤入渗试验数据,拟合得到了不同冻融条件下的Philip入渗模型参数,建立了入渗模型参数与土壤基本理化参数间的BP神经网络的预报模型,实现了基于土壤体积含水率、黏粒含量、土壤密度、土壤温度以及灌溉用水水温等基本理化参数对Philip入渗模型参数稳渗率A、吸渗率S的预报。所得到的预测值与实测值之间相对误差的平均值控制在7%以内。研究表明,利用冻融土壤条件下土壤常规理化参数对Philip入渗模型参数进行预报是可行的,可为季节性冻融土壤灌溉技术参数的确定提供有力支撑。     

农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30 cm时,砂壤土残膜量400 kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01 m L(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。