滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性较好,均遵循滴灌点源入渗土壤水分运动和双点源交汇湿润体的演变规律.用所建模型对一定灌水技术要素下的土壤湿润体水分分布状况进行数值模拟,结果表明:当q=1.2 L/h,滴头间距为30 cm时,湿润锋交汇时间为268 min.灌水时间增加,交汇区土壤含水率增大,最大值为0.32 cm3/cm3.远离滴头的湿润区内土壤等值线图融合为一条曲线,随着时间的推移,曲线向下移动,形状从屋脊形过渡为水平.当灌水时间相同时,湿润锋运移速率、湿润体剖面面积、滴头附近高含水区土壤湿润体体积及湿润体内相同位置处土壤含水率均随流量增大而变大.结论滴头流量、灌水时间对双点源滴灌土壤水分入渗有一定影响,土壤水分入渗数值模拟能较准确反映双点源入渗条件下土壤水分运动规律.     

滴头流量对风沙土滴灌湿润锋运移影响的试验研究

为了在风沙土地区更为合理的利用滴灌技术,通过室内试验模拟了单点源和双点源滴灌条件下风沙土土壤水分运移过程,研究了不同滴头流量下土壤湿润锋时空动态分布规律。结果表明灌水时间相同时,滴头流量越大,湿润锋运移距离越大;灌水量相同时,滴头流量增大对湿润锋水平运移距离影响较小,但可增大垂直方向运移距离。大流量滴头增大了湿润锋初始运移速度,随着灌水时间的增加,湿润锋运移速度迅速减小并趋于稳定,且不同流量处理之间差异较小。双点源滴灌时,入渗交汇前水分运动规律与单点源入渗规律相同;滴头流量越大,湿润体交汇时间越短,交汇处湿润锋运动速度越快;但滴头正下方含水量高,土壤含水量径向变化较大,增加了土壤含水量空间分布的不均匀性。     

淡水滴灌条件下红壤土水力特征

为了获得红土地区淡水滴灌的水力特性,为提高作物产量制定科学合理的灌溉依据,以单点源淡水滴灌湿润锋运移的三维模型试验为基础,进而观测双点源淡水滴灌湿润锋运移,观测不同滴头流量,不同土壤容重条件下滴灌单、双点源湿润锋运移过程.研究结果表明:随着滴头流量、土壤容重的增大,单点源入渗水平湿润距离增大,距滴头同一位置处含水率也增大,而垂向运移距离随滴头流量的增大、土壤容重的减小而增大;双点源交汇试验,随着滴头流量的增大、容重的减小,湿润区交汇时间提早,交汇宽度增大;4.68 L/h滴头流量下的交汇时间比3.74L/h的提前了146 s,交汇区宽度增加了2.3 cm;土壤容重增大,交汇区土壤湿润宽度增大,地表湿润比也增大.该研究结果对节水意识薄弱的云南红土地区的滴灌应用与推广具有一定的指导意义.     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

起垄微沟滴灌土壤水分入渗规律试验研究

探讨了起垄微沟滴灌土壤的水分入渗规律,选取不同滴头流量、微沟坡度这两个因素各3个水平进行研究,结果表明:滴头流量的变化对垂直方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大;微沟坡度的变化对水平方向上湿润锋运移距离及土壤含水率的变化影响较大。相同灌水量及微沟坡度条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随滴头流量的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随滴头流量的增加向地表方向移动。相同灌水量及滴头流量条件下,湿润锋水平及垂直入渗距离随微沟坡度的增加而减小,并且土壤含水率等值线分布密集区随微沟坡度的增加向滴头方向移动。研究结果可以为不同作物种植选择适宜的微沟坡度及滴头流量提供参考。     

和田风沙土单滴头点源入渗特征研究

为探索滴头流量、土壤容重和初始含水率对和田风沙土水分入渗特性的影响机理,以和田风沙土为研究对象,开展室内单点源入渗试验。试验结果表明,湿润锋的运移距离与入渗时间存在很好的幂函数关系;在灌水总量相同条件下,滴头流量对湿润锋的水平运移距离影响不大,而在垂直方向上,小滴头流量更利于水分向深层运移;土壤干容重与湿润锋水平运移距离呈正相关关系,与垂直运移距离呈负相关关系;初始含水率对湿润体的发展有一定的影响,但不明显。在和田风沙土滴灌系统设计和管理中,若灌水总量确定后,应适当加大滴头流量,以免造成深层渗漏。     

滴灌条件下浅层土壤双点源坑渗特性研究

通过室内模拟试验,研究了滴头流量为1L/h,间距为300mm的单行滴灌带双点源滴灌时倒圆锥型、倒凸台型和普通平整地表(无坑型)3种砂壤土的土壤入渗特性。结果表明,坑的形状对湿润锋水平最大湿润距离和垂向最大湿润距离均有一定影响,幂函数能较好地拟合湿润锋水平和垂向运移距离与时间的关系。灌水结束后,垂向最大入渗距离表现为倒凸台型倒圆锥型无坑型,水平入渗为无坑型两点源交汇,交汇处向下入渗距离为6cm;倒圆锥型坑和倒凸台坑型二点源湿润锋未交汇,地表湿润锋的距离分别为8.6cm和7.8cm,最大湿润锋的水平距离分别为0.5cm和0.7cm;湿润比表现为无坑型倒圆锥型倒凸台型,无坑型土壤湿润比比倒圆锥型及倒凸台坑型分别显著(P0.05)高出35.95%及36.57%,但倒圆锥型和倒凸台坑型土壤湿润比无显著差异。     

滴灌施肥条件下土壤湿润锋变化规律研究

针对宁夏旱区枸杞滴灌施肥系统设计、水肥管理方案等不完善问题,研究了滴灌施肥条件下湿润锋的运移变化规律,为大田滴灌施肥系统设计提供参考依据。通过室内土箱实验模拟大田点源滴灌,试验以滴头流量和施氮浓度为变量,以计划湿润层为控制量,采用完全随机组合设计,研究湿润锋变化规律。灌水氮素浓度一定的条件下,滴头流量越大灌水到达计划湿润层的时间就越短,形成的湿润体体积越大,灌水结束后湿润体水分再分布的距离越大;滴头流量一定的条件下,灌水氮素浓度越大越有利于水分在竖直方向的迁移扩散,水分到达计划湿润层的时间越短,形成的湿润体体积相对较小,灌水结束后土壤水分再分布的距离越小;水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离与时间之间满足幂函数关系,幂指数b随流量q和施肥浓度c无明显变化,幂函数系数a随滴头流量的增大而变大,随施肥浓度的增大而变小。滴头流量和施肥浓度都会影响水分在土壤中的运移分布状况,滴头流量起主要作用。水分运移距离与时间满足幂函数关系,可以通过函数关系式来预测土壤水分运移深度。     

大田滴灌条件下土壤水分运移规律的试验研究

研究了大田滴灌条件下,不同灌水量、不同滴头流量以及不同的土壤剖面容重条件下水分在土壤中的迁移规律。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头土壤湿润锋基本呈圆形分布,在一定灌水量和滴灌流量条件下,土壤垂直湿润锋明显地大于水平湿润锋,且随着灌水量的增加呈线性关系;在同一灌水量下,随着滴头流量的增大,湿润体水平扩散半径(r)和竖直入渗深度(h)也相应变大;在不同灌水量下,湿润体水平和竖直湿润速度随着时间的增大都逐渐变小;随着剖面土壤容重的增加,水平湿润锋的迁移加快,水平湿润锋随时间的变化呈显著的幂函数关系;随着灌水量的增加,不同剖面容重下的土壤水平湿润锋速率的增加逐渐变小,而垂直湿润锋则呈变大的趋势。     

滴灌条件下斥水土壤水盐运移试验研究

通过室内滴灌入渗的三维水盐运移试验,分析了斥水和亲水土壤在相同滴头流量下的湿润锋变化规律,研究了轻微斥水土壤的湿润锋随时间变化规律、含水率的三维空间分布特征以及不同斥水度土壤中含盐量和Cl-浓度分布特点。结果表明,在相同的滴头流量(0.07mL/min)下,亲水土壤与轻微斥水土壤的水平、垂直湿润锋与入渗时间具有良好的幂函数关系;亲水土壤与轻微斥水的土壤含盐量与距滴头距离符合良好的二阶多项式关系;虽然定量结果不同,但总体上轻微斥水的土壤在入渗中仍与亲水土壤具有相似的水分、盐分分布特征。在轻微斥水的农田中,滴灌灌水技术仍可为作物创造有利的水盐环境。     

不同施肥时序滴灌双点源交汇下土壤水氮分布研究

【目的】探究不同施肥时序下滴灌双点源交汇水、氮的运移规律和分布特征,为滴灌系统施肥装置的合理运行提供技术支撑。【方法】通过室内土槽试验,设置3个硝态氮质量浓度(300、600、900 mg/L)和3种施肥时序(1/2N-1/2W、1/4W-1/2N-1/4W、3/8W-1/2N-1/8W),分析了土壤湿润锋的运移以及水分、硝态氮在土体内的分布情况。【结果】交汇前湿润锋在水平和垂直方向上的运移距离与时间t符合幂函数关系,在交汇面垂直方向上的湿润锋运移距离与时间t可用二项式拟合。各处理的水分分布规律基本相同,随深度的增加,土壤含水率降低,从0～10 cm的30%～35%缓慢降低至10～15 cm土层的19%～25%。在交汇面上的土壤含水率不大于相同土层其他位置的含水率,但硝态氮量比相同土层其他位置的大。增加肥液质量浓度,土体内相同位置的硝态氮量增加。不同施肥时序下,硝态氮在点源交汇区域的内部和边缘的量存在差异。【结论】综合考虑硝态氮的分布规律和减少淋失,在点源交汇情况下,采用水-肥-水的施肥时序(即1/4W-1/2N-1/4W、3/8W-1/2N-1/8W)较肥-水的施肥时序(1/2N-1/2W)能减少硝态氮在点源交汇区域的边缘积累,控制氮肥的淋失。     

原状土滴灌条件下水分再分布过程研究

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,水分再分布过程湿润体特征值的变化规律及水分分布规律。试验结果表明,灌溉结束48 h后土壤水分运动达到暂时的平衡,此后土壤含水率变化很小,湿润峰几乎不再扩展;再分布后湿润体体积与灌水量间也存在良好的线性关系;土壤含水率的最大值不在地表而在地表以下10 cm左右深度处;建立了预测湿润体特征值和湿润体体积的经验模型。     

涌泉根灌多点源交汇入渗湿润体试验研究

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土涌泉根灌入渗试验,研究了多点源交汇入渗条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律.结果表明,涌泉根灌多点源交汇入渗孔洞处和交汇面处的湿润锋运移距离与入渗时间均符合幂函数关系,交汇面处的湿润锋运移速度比孔洞处的快,最终交汇入渗湿润土体沿孔洞布置方向的剖面形状近似带状;在孔洞底部周围的中间区域...     

地表滴灌条件下土壤湿润体运移量化表征

基于非饱和土壤水分运动的Richards方程,采用HYDRUS-2D/3D模拟软件对11种典型土质(美国制土壤质地分类系统)中滴灌湿润体的运动过程进行了数值模拟。结果表明,湿润体平均含水率的增量与滴灌流量正相关,与饱和导水率负相关;湿润体垂向迁移距离与滴头流量、饱和导水率和时间呈幂函数关系;湿润体径向迁移距离可用滴头流量、平均含水率的增量、垂向迁移距离和时间来定量表征。据此建立了描述不同土质中湿润体动态变化规律的经验公式,通过与数值模拟结果、文献试验数据等进行对比,表明此经验公式对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好,可为农业生产中地表滴灌设计提供简便实用的计算工具。     

地下滴灌条件下湿润体特性的试验研究

滴头流量与灌水量影响土壤湿润体的大小形状等特性,从而影响作物的生长生产.通过室内试验,研究了地下滴灌条件下不同滴头流量不同灌水量对湿润体特性的影响.结果表明:湿润锋运移与滴头流量的时间变化呈正相关;灌水量为5L时湿润体的横向和纵向尺寸达到50 cm;湿润体含水率与滴头的距离具有良好的二次幂函数关系.这对于开展地下滴灌试验与设计具有一定的参考价值.     

滴灌点源入渗湿润锋影响因子的研究

以试验为基础,针对重壤土、中壤土、砂壤土研究滴灌点源入渗的湿润锋运移规律,分析土壤种类、土壤容重、土壤初始含水率、滴头流量、灌水量等主要因子对湿润锋运动的影响。通过试验发现,除了土壤质地和灌水量对湿润体形状有明显影响外,土壤容重和初始含水率的变化也将造成湿润锋和滴灌效果的不同。另外,滴头流量对湿润锋水平运移影响很大。     

不同灌水量和灌水器埋深下单坑渗灌红壤水分入渗特性及其模拟

[目的]探究灌水量和灌水器埋深对单坑渗灌红壤水分入渗特性的影响.[方法]通过室内土箱试验模拟大田单坑渗灌过程,研究了单坑渗灌红壤在不同灌水量(1、2L和3L)和不同灌水器埋深(10、15cm和20cm)条件下湿润锋运移距离、累积入渗量和土壤含水率的分布规律,并采用交替方向隐式差分法对土壤水分空间分布进行了模拟.[结果]...     

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．     

不同初始土壤含水率和滴头流量下滴灌土壤湿润体特征及其有效性评价

【目的】研究滴灌条件下土壤湿润体水分分布。【方法】开展单点源入渗试验,探究了不同初始土壤含水率和滴头流量对滴灌土壤湿润体特征及湿润体内含水率分布的影响。【结果】灌溉结束24 h后,湿润体内的含水率达到相对稳定的状态,湿润体体积基本保持稳定;随灌水及再分布时间增加,湿润体宽深比逐渐降低,再分布过程中,宽深比随初始含水率减小而增大,随滴灌流量减小而减小;各处理湿润体体积与入渗时间呈良好的线性函数关系,灌水结束24 h后,各处理实际湿润体积均已超出计划湿润体积;计划湿润体内含水率60%θFC～80%θFC区间占比随初始含水率增大而减小,随滴头流量的增大而增大,其余各区间占比变化规律与之相反,相同滴头流量下,50%θFC初始含水率处理超出计划湿润体的体积最少。【结论】再分布后的湿润体体积主要受灌水量的影响,可以选择较小的初始含水率及较大的滴头流量以提高湿润体内水分有效性。