土壤容重对海涂垦区粉砂土水分垂直入渗特征的影响研究

为探明土壤容重变异对海涂围垦区粉砂土水分入渗性能及变化过程的影响,该文通过室内土柱一维垂直入渗试验,比较分析了围垦区粉砂土和南京菜地黄棕壤不同容重下土壤水分入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明容重对2种试验土壤入渗过程有较大影响,表征土壤入渗能力的稳定入渗速率、累积入渗量和湿润锋深度均随容重增大递减,呈显著负相关关系。模拟2种土壤入渗过程的考斯加科夫模型中,表征初始入渗速率的参数K值随容重增大递减,而表征入渗能力衰减速度的参数α随容重增大未表现出显著差异。简略的Philip入渗方程的幂级数解可以很好地拟合2种土壤湿润锋深度随时间变化过程,拟合的参数λ和x变化规律表明随着容重的增大,基质势梯度、重力作用都呈逐渐减弱的趋势。采用一维代数模型可以较好的模拟粉砂土入渗剖面含水率分布规律,土壤容重越高,模型的理论值越准确。     

紫色土水分一维水平运动的数值模拟

在不同条件下,土壤水分运动模型方程参数的取值和方程的解法不同.在室内对3种紫色土水分一维水平运动进行了模拟,并采用隐式差分格式分解Richards土壤水分一维水平运动的基本方程.模拟计算程序用Fortran语言编写,模拟出的土壤水分分布结果与实测值吻合较好;3种紫色土的累积入渗量(I)、入渗率(f)与湿润峰(Xf)的关系符合Philip数学模型;试验测得的数据还能较好地拟合3种土壤水分特征曲线模型,其中以指数式和幂函数式的模拟较好.所以研究认为运用Philip数学模型能较好的表达紫色土水分运动的基本规律.     

紫色土水分一维水平运动的数值模拟

在不同条件下,土壤水分运动模型方程参数的取值和方程的解法不同。在室内对3种紫色土水分一维水平运动进行了模拟,并采用隐式差分格式分解Richards土壤水分一维水平运动的基本方程。模拟计算程序用Fortran语言编写．模拟出的土壤水分分布结果与实测值吻合较好;3种紫色土的累积入渗量（I）、入渗率（f）与湿润峰（Xf）的关系符合Philip数学模型;试验测得的数据还能较好地拟合3种土壤水分特征曲线模型,其中以指数式和幂函数式的模拟较好。所以研究认为运用Philip数学模型能较好的表达紫色土水分运动的基本规律。     

上层土壤初始含水率对层状结构土壤中指流水分入渗的影响

为探明影响指流入渗特性的主要因素,通过室内物理模拟试验研究不同上层土壤初始质量含水率对层状结构土壤中指流水分运移的影响.结果表明:湿润锋到达指流层的转折时间与上层土壤初始含水率的相关性较高,且呈对数关系;分别运用分段函数模型和连续函数模型对累积入渗量与时间的关系进行拟合,发现运用分段函数模型拟合的结果虽整体与实测值相关性较高,但是该模型在进行分段拟合时,由于分段点处的不连续性,与实际中层状结构土壤水分入渗不一致,而连续函数模型随着入渗时间的延长,模拟结果越接近实测值,且连续函数模型符合实际中层状结构土壤水分入渗的连续性,因此,连续函数模型适用于长历时的水分入渗过程.     

变水头边界条件下土壤水分运动数值模拟

本研究提出了一种变水头条件下一维土壤水分运动数值模拟的边界处理方法，采用隐式差分法对基本方程进行差分离散，用迭代法求解非线性方程。在结合室内实验验证模型可用的基础上，分析了变水头条件下不同土壤初始含水率、不同初始水头高度下土壤水分的运动规律。结果表明，土壤初始含水率和初始水头对水分运动都有较大影响，作者提出的变水头边界处理方法可用于水分入渗历时和湿润锋的预测。     

黄土坡面定雨强入渗产流物理基础模型研究

【目的】建立具有物理基础的坡面降雨入渗产流模型,为降雨有效性和产流特征分析奠定理论基础。【方法】根据土壤水分运动的基本理论,分析降雨条件下土壤入渗的特征,建立入渗产流模型,并在室内进行不同降雨强度和坡度情况下黄土坡面降雨入渗产流试验,通过对试验数据的分析,确定模型参数。【结果】在分析积水入渗条件下Philip入渗公式特点的基础上,建立了基于长历时Philip积水入渗公式的降雨产流模型。该模型显示,地表积水时刻与雨强、吸湿率和土壤饱和导水率相关。【结论】利用室内模拟降雨资料对所建立模型进行了评估,表明其可以反映坡面降雨入渗产流的基本特征,可用于黄土坡面降雨入渗产流过程的分析,为坡面降雨径流过程的描述提供了新途径。     

灌水量和入渗压力对大容量渗灌器入渗特性的影响

【目的】掌握大容量渗灌器在不同入渗条件下的土壤水分运动及入渗规律.【方法】利用室内模拟土柱试验,研究了土壤湿润体的形状以及灌水量和入渗压力对渗灌器入渗特性的影响.【结果】距离对称剖面大于9.2cm的湿润体剖面近似为半椭球体;入渗初期在水头的作用下湿润峰的运移速率较快,之后湿润峰处于稳定增加的趋势,湿润峰的运移距离(y)与时间(t)的关系可以用乘幂关系表达y=mtn,拟合相关性达到显著水平.在水分再分布过程中湿润体垂直入渗距离的增加量逐渐大于水平方向的增加量,湿润比降低,在入渗后期重力式梯度占据主要的作用;土壤入渗率分析表明,0.4、0.7、1.0L的平均入渗速率分别为0.025、0.022、0.017L/s;一次灌水量越大的处理平均入渗速率越小.【结论】针对不同土壤的入渗能力和植物的根系生长范围,可通过调节入渗面的出口直径尺寸和灌水量的多少改变湿润比,具有较好的应用前景.     

土壤入渗气液两相流的变化过程

根据室内及田间恒定土壤空气压力、正常积水入渗过程中湿润层土壤含水量的变化,观察了禁锢土壤空气压力及入渗水流的变化过程。结果表明,入渗过程中禁锢土壤空气压力变化过程可分为急剧变化、缓慢变化和稳定变化3个阶段,得出稳定入渗阶段的平均截面含水率分别为0.97和0.50L/L。     

基于不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗的影响

为揭示土壤结构改良剂聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)在不同湿润速度下对土壤入渗的影响机制, 通过土槽入渗试验, 研究混施干粉PAM(0、22.5、45 kg·hm^-2)的砂壤土在不同湿润速度(2.5 mm·min^-1和6.25 mm·min^-1)下土壤入渗参数的变化, 通过测定非毛管孔隙率、导气率和团聚体含量来描述土壤结构特征。结果表明:湿润速度显着影响土壤累计入渗量和稳定入渗率, 高速湿润条件下的累计入渗量和稳定入渗率比低速度湿润条件分别降低了23.75%和26.70%.在同一湿润速度下, PAM在不同阶段对土壤入渗的影响截然相反:湿润阶段, 在PAM作用下土壤累计入渗量、土壤非毛管孔隙率和导气率等均有不同程度降低, 且PAM用量越大降低幅度越大, 此时正处在逐渐水解过程中的PAM分子长链堵塞了土壤孔隙, 抑制了土壤水流运动;连续流阶段, PAM能够提高土壤稳定入渗率、土壤非毛管孔隙率和导气率, 且PAM用量越大提高幅度越大, 此时PAM分子已经完全水解, 发挥了稳定土壤结构的作用, 增加了土壤结构中水稳性团聚体含量, 从而促进水流入渗。研究不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗性能的影响, 可以为PAM在改良土壤结构方面更广泛的应用提供理论依据。     

内蒙古砒砂岩土壤水平入渗特性及适用模型研究

本文以内蒙古准格尔旗典型的砒砂岩土壤为研究对象,研究容重及初始含水率变化对砒砂岩土壤水平入渗特性的影响及适用模型。采用室内模拟土柱法,对3组砒砂岩土壤RS(紫红色)、HS(粉红色)和WS(灰白色)分别进行水平土柱积水入渗试验,研究容重为1.30 g/cm~3、1.35 g/cm~3、1.40 g/cm~3、1.45 g/cm~3、1.50 g/cm~3和初始含水率为7%、11%和15%不同梯度对水平入渗规律的影响。结果表明,砒砂岩土壤水平入渗入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系;入渗率、累计入渗量与初始含水率成反比关系,但湿润锋运移速率随初始含水率增加而增大;砒砂岩土壤容重越大,入渗率、累计入渗量越低,湿润锋运移越慢。初始含水率及容重的大小影响砒砂岩土壤水平入渗能力,Philip模型适用于模拟不同容重及初始含水率影响下的水平入渗过程,建立能够直接反映容重与入渗率关系的Philip改进模型,并通过r检验法验证了改进模型具有较高模拟精度。     

深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

土壤初始含水率对深层坑渗灌入渗特性的影响

通过室内模拟试验与理论分析,探究4种不同土壤初始含水率条件下深层坑渗灌土壤水分运动规律。结果表明:初始含水率对入渗特性有显著影响。相同入渗时间,初始含水率越大,累积入渗量越小,入渗率也越小;而湿润锋运移距离随初始含水率的增大而增加;初始含水率越大,湿润体也越大,且相同位置的含水率也越大。建立了改进的Kostiakov入渗模型,以及初始含水率与湿润锋运移距离的幂函数关系,对所建模型进行验证,精度较高。     

表层掺黏土对砂壤土水分入渗的影响

[目的]针对我国北方砂壤土水分利用效率低的特点,通过室内模拟试验研究了砂壤土表层添加不同黏粒量对砂壤土湿润锋进程、累计入渗量、土壤剖面含水率的影响,分析了土壤中黏粒添加量对砂壤土水分运动影响和机制,旨在为砂壤土工程改良提供理论依据和实践指导.[方法]通过室内土柱模拟试验,设置常规对照（CK）以及2％、5％、10％和20％4个掺黏量,定水头条件下研究不同掺黏量对砂壤土水分入渗特征的影响.[结果]砂壤土表层掺黏后,显著减小了湿润锋进程.随着土壤表层掺黏量的增加,湿润锋下移速率、入渗速率逐渐减慢,累计入渗量减少.湿润锋、累计入渗量与时间之间符合幂函数关系.[结论]在入渗过程中,土壤表层掺黏能显著增加土壤对外界水分的蓄积量,提高土壤的储水量.     

地表滴灌条件下滴灌量对土壤水分入渗、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位土的单点源滴灌试验,研究不同滴灌量条件下地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明:滴灌过程中,当滴灌量较小时,湿润体呈平卧半椭球体分布,随着滴灌量的增大,湿润体呈直立半椭球体分布,湿润体的形状大小受到滴灌量和土壤质地的影响,湿润锋水平运移距离与入渗时间存在显著的对数函数关系;湿润体再分布时间为滴灌停止后的12 h内,滴灌过程中土壤含水率以及土壤含水量变化率在滴头正下方40 cm处达到最大值,滴灌量(Q)≥72 L时,水平再分布距离不再随着滴灌量增大而增加;土壤质地以及土壤层的分布直接影响到含水量变化率。     

松针覆盖土壤的水分动态及其HYDRUS模拟

为准确还原松针覆盖条件下的土壤水分动态变化规律,设置0.29、0.58、0.87 g/cm2共3个不同的松针覆盖水平(分别记为F1、F2、F3)和不覆盖松针处理(F0)进行一维土柱垂直入渗试验,以van Genuchten模型为基础,针对松针覆盖层的特性设置相应的水力特征参数,并使用HYDRUS–1D对土柱入渗和蒸发过程进行模拟。结果表明：与F0相比,松针覆盖处理F1、F2、F3的土壤蒸发量随松针覆盖层厚度增加而逐渐减少,松针覆盖处理能明显降低土壤蒸发量;松针覆盖土壤会优先蒸发松针覆盖层内部的水分,F3在0~300 min时段内始终保持着3种覆盖处理中最高的时段蒸发量和累计蒸发量,且时段蒸发量呈现出随时间逐渐减小的趋势;4种处理的土壤含水量空间分布主要在5 cm以上的浅层土壤中表现出较大的区别,试验截止时,F1、F2、F3在该深度下的地表土壤含水量较F0提升比例分别为67.3%、94.9%、110.2%;7.5~17.5 cm深度下,F1、F2、F3的土壤含水量相比F0的均有提升,但相互之间差距不明显;4种处理在20 cm以下的深层土壤含水量虽然较为接近,但湿润锋深度随覆盖量增长呈现逐渐增加的趋势;HYDRUS–1D模型的模拟值同实测值间的均方根误差低于0.025,相关系数高于0.6,拟合程度较好。     

插入式地下滴灌对土壤入渗和水盐分布的影响

【目的】研究插入式地下滴灌对盐碱土壤入渗与水盐分布的影响。【方法】采用室内土柱试验,以阿拉尔灌区春季返盐的盐碱土土壤为研究对象,比较分析不同滴头流量与滴头埋深,对土壤湿润峰运移和湿润体内部水分及盐分的影响规律。【结果】相同入渗时间和滴头流量条件下,地下滴灌比地表滴灌湿润峰深度、湿润面积、湿润体内土壤平均含水量和脱盐深度增加。与CK处理相比较,T₁处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加20.89%和18.01%;T₂处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加45.78%和19.06%。T₁和T₂处理土壤湿润体内含水量平均值分别增加2.48%和1.37%。土壤脱盐深度由10 cm增加至25 cm。增加滴头埋深和流量,能够增加土壤持水效率,T₁～T₄处理0～25 cm土层土壤持水效率分别为2.56%、3.82%、9.81%和13.35%。滴头流量较小,随滴头埋深增加,土壤盐分表聚。T₂处理0～5 cm土层深度土壤积盐率为67.98%。若增加...     

肥液浓度对膜孔入渗水分运移特性的影响

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单点源室内入渗试验,研究了不同浓度的肥液膜孔入渗量、湿润锋运移距离及土壤含水量分布。揭示了土壤膜孔入渗量和湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了不同肥液浓度膜孔入渗量和湿润锋运移经验模型;提出了由清水入渗参数、湿润锋运移参数和肥液浓度分别推求膜孔入渗量和湿润锋运移距离的理论模型,经实测资料验证表明,模型精度较高;随肥液浓度的增大,湿润锋运移距离越大,相同深度处的土壤含水量也增大。研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。     

植物混掺物对土壤水分运动影响的分析

[目的]研究植物混掺物对土壤含水率、土壤保水性和入渗性的影响。[方法]利用简单试验仪器设计植物混掺物的室内渗流试验,即在相同入渗水量（注水920 ml）条件下,测定纯土及掺有1%和3%麦秸、胡麻杆及玉米芯8种土壤类型的土壤水入渗的相关参数,比较其土壤含水率和湿润锋推移的差异性。[结果]在植物混掺物的湿润锋推移中,混掺3%麦秸、胡麻杆、玉米芯的无积水时刻分别为79、83和75 min,水平湿润锋入渗距离分别为12.6、12.1和13.2 cm,垂向湿润锋入渗距离分别为14.0、14.5和15.0 cm,以混掺3%玉米芯的土壤无积水时刻少,水平湿润锋入渗距离和垂向湿润锋入渗距离为最高,其含水率低1%～3%。[结论]在耕作层中掺入适量秸秆有助于提高土壤保水性,增加入渗性及墒情,实际耕作中以添加3%玉米芯为最好。