红壤积水入渗及土壤水分再分布规律室内模拟试验研究

利用室内模拟土柱试验研究了红壤积水入渗及土壤水分再分布规律。结果表明:入渗过程中湿润锋距离、累积入渗量与时间的平方根呈线性关系,湿润锋运移速率与时间呈乘幂关系,而入渗率与时间平方根的倒数呈线性关系;再分布过程中,在隔绝蒸发条件下,土壤含水量随土层深度的增加而下降,同一深度土层含水量则随时间推移而下降。无论在隔绝蒸发还是在自然蒸发条件下,短期内土壤水吸力有随土层深度的增加呈先下降后升高的趋势,而同一深度土层水吸力则随时间的推移而升高;土壤初始含水量对水分的入渗及再分布有较大影响,初始含水量较低时,水分入渗较快,而水分再分布则较慢。     

沙管滴灌水分运移关键参数初探

在室内模拟了线源沙管滴灌,分析了沙管滴灌条件下水平、垂直湿润锋的运移规律,并比较了不同流量和滴灌(有无沙灌)条件下的水分运移特征.结果表明,沙管滴灌条件下水平和垂直湿润锋均随时间的增加而增大,且垂直湿润锋始终大于水平湿润锋;水平和垂直湿润锋均随流量的增加而增大;与普通地表滴灌相比,在相同流量条件下水平湿润锋要小,而垂直湿润锋要大.普通地表滴灌与沙管滴灌水平湿润的比值先上升,后下降;沙管滴灌与普通地表滴灌垂直湿润锋的比值先下降,后平稳.     

施钙浓度对滴灌盐碱土水盐运移特征研究

针对西北等干旱地区土地次生盐渍化的问题,以室内试验为基础,测定盐碱土在不同滴灌施钙浓度下水盐运动过程,研究了不同施钙浓度对盐碱土土壤盐分运移和水分运动的影响。结果表明,不同施钙浓度的湿润锋水平、垂直最大运移距离与钙离子浓度之间均符合线性关系,湿润锋的水平、垂直运移距离与入渗时间之间符合幂函数关系,随着湿润锋水平、垂直湿润距离的增加,不同滴灌施钙浓度的土壤含盐量、钠离子含量均在不断增加,随着施钙浓度的增加,脱钠区深度系数增大,脱盐效果明显。     

低压毛管渗灌器水分运移特性研究初报

通过室内渗灌模拟试验,对低压毛管渗灌器在沙地土壤中水分入渗试验资料进行分析,结果表明:入渗率与入渗时间呈幂函数关系,而累积入渗量与入渗时间呈对数函数关系。湿润体近似于椭球体,并且水平扩散半径大于垂直入渗深度,椭球体的长轴在水平扩散方向左右对称,短轴在垂直入渗方向,上下不对称,且上短下长。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

压砂条件下灰钙土地区农田土壤水分垂直入渗特征研究

为探讨压砂条件下灰钙土水分垂直入渗特征,采用土柱模拟法,分别研究了压砂厚度、砂石粒径、土壤初始含水率及灌水量,对压砂条件下水分累计入渗量和土壤湿润锋的影响。结果表明:压砂条件下,土壤水分累计入渗量与入渗时间可以用正相关幂函数拟合。累计入渗量随着压砂厚度的增加呈增加趋势,入渗速率增加值的临界点是压砂厚度为15 cm;当砂石粒径为4.75 ~ 20 mm,明显促进水分垂直入渗过程,而砂石粒径20 ~ 40 mm及2 ~ 4.75 mm的处理,水分入渗速率变慢;土壤初始含水率增加,明显促进土壤水分垂直入渗;而灌水量从59 mm增加至177 mm时,有效促进水分入渗和湿润锋运移过程,但继续增加灌水量入渗过程则无显著性变化。     

不同滴灌量对土壤水氮运移规律研究

在大田滴灌条件下,开展了不同滴灌量和施肥水平下水、氮在土壤中的运移规律研究。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头的土壤湿润锋呈圆形分布;在同一滴头流量下,随着灌水量的增加,水平湿润锋的迁移加快,湿润半径也相应增加;水平湿润锋随时间的变化呈显著的幂函数关系,湿润峰与入渗历时的拟合关系较好。滴灌结束后,在同一滴头流量下,随灌水量增加,土壤含水量随土层深度和径向距离的增大而递减,递减率随土层深度的增大而减小,湿润体内NH+4-N随水扩散的距离增大,并且在湿润区域内NH+4-N浓度得到提高,垂直方向NH+4-N的入渗距离也有所增大。随着灌水量的增大土壤湿润体NO-3-N的量增加,滴头附近NO-3-N的变化不太明显,而在湿润体边缘NO-3-N产生累积。     

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。     

滴灌条件下容重对压砂土壤水分入渗规律的影响

[目的]研究土壤容重对压砂地点源入渗的影响规律,为西北旱区发展砂地滴灌技术提供实际理论依据。[方法]通过室内模拟土槽试验,以裸地(无植被和压砂)为对照组(CK),研究了土壤容重(1.23,1.38,1.53g/cm3)对不同种植年限压砂地(新压砂地、中压砂地、老压砂地)砂石层和土壤层两相介质点源入渗规律的影响。[结果]压砂土壤点源垂直累积入渗与其容重和种植年限皆呈负相关关系,压砂土壤在入渗初期,容重对其入渗深度无明显影响,当入渗到达土壤后,入渗深度明显受到容重的影响,容重越大,入渗深度越小;CK水平入渗距离随容重增加而增加,压砂土壤水平入渗随容重增加的变化无明显规律。用λ表征湿润体纵横比,CK和压砂土壤的λ总体随土壤容重增加而减小,压砂土壤容重相同时,λ随种植年限增加而减小。CK入渗前期λ随入渗时间的增加而增加,后期趋于平缓;压砂土壤λ入渗初期随时间增加显著增大,当入渗到达土壤时λ减小,中后期随入渗时间增加λ缓慢增长直至变化不明显。[结论]压砂对土壤水分垂直入渗有促进作用,压砂土壤点源垂直累积入渗与其容重和种植年限皆呈负相关关系。     

涌泉根灌湿润体特征值变化规律研究

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土涌泉根灌人渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律.结果表明:湿润体的水平扩散半径、向上人渗距离、向下人渗深度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;在相同流量情况下,向上人渗最快.水平扩散次之,向下人渗最慢;湿润体体积受灌水量和流量的影响;在不同流量条件下,湿润体体积与灌水量间,湿润体水平扩散半径、垂直扩散距离与灌水量间均存在极显著的幂函数关系;针对五年生枣树根系分布特征,确定了枣树适宜灌水时间和灌水量.     

微润灌溉线源入渗湿润体特性试验研究

为探明微润灌溉线源入渗水分运移规律,通过室内土箱试验对微润灌溉土壤水分分布进行研究,分析土壤质地和土壤密度对湿润体特性的影响。结果表明:微润灌溉湿润体是以微润带为轴心的柱状体,黏壤土为近似圆柱体,砂土湿润体横剖面为"倒梨"形,黏壤土R:X:H(R为水平运移距离,X为垂直向上运移距离,H为垂直向下运移距离)平均为1.00:0.90:0.99,砂土为1.00:0.81:0.95。湿润锋水平和垂直(向上和向下)运移距离均与灌水时间呈显著的幂函数关系,土壤密度和质地是影响湿润体特性的主要因素;微润带流量小,单位长度流量不超过210 mL/(m.h),可适应土壤含水率变化自动调整,累计入渗量与灌水时间呈线性关系;湿润体内含水率以微润管带为轴心呈同心圆面分布,大部分土壤含水率介于田间持水量的80%～90%之间,微润灌溉均匀度高,达95.62%。因此,微润灌溉技术节水效果显著,适宜旱区作物用水需求。     

土壤点源入渗自动测量系统监测滴头下土壤湿润过程

土壤水运动过程是滴灌系统设计和运行管理的重要内容。该研究采用点源土壤入渗自动测量系统,利用计算机可控数码相机和图像识别技术测量滴灌地表湿润面积和土壤湿润体随时间的变化过程。采用正三棱形有机玻璃土箱,设计一系列点源滴灌室内试验,获得点源滴灌入渗过程随时间的变化过程。试验采用3个流量:2、4及8 L/h处理,每个处理设置了3个重复。用数码相机每4 min拍摄一次地表湿润面积,用于计算地表湿润面积随时间的变化过程。同时,在1、2、3、4、6、8、10、12、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180 min时刻,在贴在土箱侧面的透明胶片上,手工记录地表湿润面积和垂直湿润锋面随时间的变化过程。由测量系统根据记录的地表湿润面积随时间的变化过程自动计算得到土壤的入渗过程。通过入渗过程,计算得到滴头下地表土壤的湿润面积,由计算得到的土壤入渗率和计算得到土壤的湿润剖面,将计算结果与实测结果对比,检验测量的精度。结果表明,手工测量得到的地表湿润面积都略大于由土壤入渗自动测量系统计算得到的入渗率计算的地表湿润面积。由计算得到的入渗率预测的土壤入渗深度,略大于实测土壤入渗深度。计算得到前者的相对误差为2%~15%,后者的相对误差为1%~8%。说明土壤入渗自动测量系统,能够准确描述点源滴灌地表湿润过程及土壤入渗过程,并能预测不同流量下垂直入渗深度,测量方法可以为滴灌系统的设计提供相关参数。     

施钙浓度对滴灌盐碱土水盐运移特征研究

针对西北等干旱地区土地次生盐渍化的问题,以室内试验为基础,测定盐碱土在不同滴灌施钙浓度下水盐运动过程,研究了不同施钙浓度对盐碱土土壤盐分运移和水分运动的影响。结果表明,不同施钙浓度的湿润锋水平、垂直最大运移距离与钙离子浓度之间均符合线性关系,湿润锋的水平、垂直运移距离与人渗时间之间符合幂函数关系,随着湿润锋水平、垂直湿润距离的增加,不同滴灌施钙浓度的土壤含盐量、钠离子含量均在不断增加,随着施钙浓度的增加,脱钠区深度系数增大,脱盐效果明显。     

滴灌湿润体交汇情况下土壤水分运移特征的研究

以室内试验为基础，测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的滴灌交汇土壤水分入渗运动过程。研究结果显示了滴头流量、灌水量和土壤质地对交汇入渗湿润体形状的影响规律。滴灌入渗交汇界面的湿润锋水平和垂直距离与入渗时间之间符合良好的线性关系，湿润锋水平和垂直速度随着交汇时间的延长而增大。随着距滴头距离的增加，滴灌交汇入渗湿润体内的土壤含水率降低，湿润锋交汇界面处的土壤含水率一般均大于同等土壤深度的含水率。研究结果对滴灌系统设计理论具有一定的指导作用。     

垄上线源滴灌湿润体特性研究

在米脂县盂岔试验基地进行大田试验,研究了同一灌水量、不同流量条件下,垄上线源滴灌湿润体特征值的变化规律及滴灌结束后的水分再分布规律.试验结果表明:在线源交汇人渗情况下,滴头处和交汇面处垂直入渗距离与入渗时间均满足良好的幂函数关系.在灌水量为9L的情况下.湿润体沿滴灌管布置方向剖面上的土壤含水率等值线大致以15cm深度为分界线,上层呈现以滴头为中心的椭圆状,而下层则相对平缓.滴灌停止后24h时的湿润体较为稳定,其特征值可以作为线源滴灌灌水量设计的依据,同一灌水量条件下,滴头流量对滴灌停止后24h的湿润体特征值影响并不大.     

地表滴灌土壤湿润体特征值的经验解

粘壤土地表点源入渗试验研究表明 ,其土壤湿润体形状近似为半椭球体 ,水平和竖直方向的最大入渗距离与入渗时间存在极显著的幂函数关系。湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系 ,在2～ 4Lh-1的滴头流量范围内 ,灌水量相同时不同流量滴头对应的湿润体体积的最大差异保持在 5 %以内。地表点源入渗过程中 ,土壤湿润体内平均体积含水率的增量和入渗时间、滴头流量无关保持为一定值 ,在本研究条件下为 0 32 6。综合以上结果 ,提出了预测地表滴灌入渗土壤湿润体特征值的经验解模型     

间接地下滴灌土壤湿润体特征参数

该文将恒定水头钻孔积水入渗求解土壤饱和导水率的稳态原理用于定量化求解间接地下滴灌技术中与任意导水装置尺寸相匹配的滴头流量,并以计算的技术参数为基础,研究了间接地下滴灌水分运移过程中的土壤湿润体特征参数。研究结果表明,用于描述恒定水头钻孔积水入渗法求解土壤饱和导水率的稳态模型能够较好地设计与不同类型土壤和导水装置尺寸相匹配的适宜滴头流量。间接地下滴灌灌水过程中,从零开始逐渐增大并趋于稳定的积水深度加速了水分在垂直方向的运移,缩小了横向湿润距离和垂向湿润距离之间的差异,但变化的积水深度对湿润锋在垂直方向向上和向下的运移速率影响不大,使湿润体形状表现为扁率不断减小的椭球体,且椭球体对称轴分布在靠近导水装置底部的位置。湿润锋最大湿润距离和湿润体体积是灌水时间的函数,湿润体内平均体积含水率增量与灌水时间关系不大,保持为一定值。湿润体体积和湿润体内平均体积含水率增量不仅与土壤类型有关,还与导水装置参数和滴头流量的不同组合有关。     

土壤质地和灌水器材料对负压灌溉出水流量及土壤水运移的影响

负压灌溉法是一种新近提出的节水灌溉技术，灌溉时供水水头为“负值”，即灌溉水源高程低于灌水器高程。不同材料灌水器和土壤质地是影响灌溉系统出水流量及土壤水运移的重要因素。该文研究了在高程差H为-0.5 m情况下两种灌水器及两种质地土壤对两者的影响。结果表明：灌水器相同时，累计入渗量、水平和垂直最大湿润距离随时间呈幂函数关系变化；在历时相同时黏壤土较砂壤土大；湿润体近似为六分之一的竖直椭球体，但黏壤土水平与垂直最大湿润距离之比大于砂壤土。土壤质地相同时，纤维灌水器较陶土灌水器出水流量高。试验结果进一步证明了负压灌溉的可行性，并为确定负压灌溉系统应用范围及规划设计过程中灌水器选择提供了依据。