线源入流方法测量土壤入渗性能的田间应用

为分析坡度和土壤环境对土壤入渗性能的影响,采用线源入流测量法对田间土壤的入渗性能进行试验研究。结果表明:土壤含水率、坡度一定时,影响入渗性能的主要因素为土壤容重,容重较小的土壤的稳定入渗率较大;土壤容重和含水率一定时,主要影响因素为坡度,坡度越大(<90°),稳定入渗率越小。理论入渗量与总入渗量之间的最大相对误差为8.39%,表明试验具有较高精度;水流推进面积、土壤入渗性能与时间均具有较好的幂指数相关关系。此测量方法简单易行、省时省水,测量装置成本低,适合于野外田间测量。     

点源入流测量条件下水质对盐碱土入渗性能的影响

应用土壤入渗性能自动测量装置,采用无压点源入流测量方法,在4种不同水质条件下(蒸馏水;钠吸附比为5(mmol/L)0.5,电导率分别为2.5、5.0、10.0ds/m),研究灌溉水矿化度对盐碱土壤入渗性能的影响规律。结果表明:1)点源入流方法可以避免雨滴打击以及快速湿润土壤所引起的土壤物理结构破坏,完整地测量出灌溉水质单因素下的土壤入渗率。2)提高灌溉水的矿化度可以增加土壤入渗能力,但随着灌溉水矿化度的增加,土壤入渗能力提高的速率逐渐降低。3)入渗初期,最大湿润深度和累积入渗量均随时间呈幂函数增长,随着入渗趋于稳定二者均随时间近似呈直线关系增长,且最大湿润深度和累积入渗量均随着矿化度的提高而增加。4)连续入渗4h后,3种含盐水的累积入渗量均大于蒸馏水,最多约达蒸馏水的2倍。试验结果对盐碱地水盐管理具有指导意义。     

应用热脉冲法确定土壤热参数的可行性研究

利用自行研制的土壤热特性试验系统,测定了4种质地的土壤热特性,计算了不同质地土壤在不同含水率情况下的热扩散率,并与热传导方程解析解法计算的热扩散率进行比较。结果表明,利用热脉冲方法计算的热扩散率比解析解法计算的热扩散率值略微偏大。但是,利用2种方法计算所得到的土壤温度剖面相差不大,相对误差均小于5%。由此可见,利用热脉冲方法确定土壤热扩散率是可行的。     

太湖流域直播水稻田水量平衡分析与径流污染负荷研究

为准确、方便地分析水稻田水量平衡关系及研究水稻田非点源污染负荷,本文采用基于降雨-水位原位观测方法(方法一)和基于降雨-水位的灌溉、产流识别方法(方法二)对太湖流域直播试验水稻田进行水量平衡分析和径流污染负荷计算。通过水稻田水位变化数据计算得到水稻田生长季总蒸散发和渗漏损失为1 087.2 mm。根据水量平衡原理,方法一、方法二计算的水量亏损值分别为18.1、81.8 mm,分别占入流总量的1.4%和6.0%,方法一在试验点水稻田水量平衡分析中更准确。应用方法一计算得到水稻田灌溉水量为866.9 mm,入流总量为1 330.6 mm,径流总量为303.2 mm。两种方法计算的灌溉水量相近,方法二可用于灌溉水量的对比分析。水稻田径流污染负荷计算中,应用方法一计算得到TN、TP输出系数为9.18、0.45 kg·hm~(-2),在合理的范围内。应用方法一进行水稻田水量平衡分析和非点源污染负荷核算具有较好的准确性和适应性。     

由土壤物理性指标估算入渗参数的方法

针对土壤入渗参数不易获得、精度较低的现状,依据2011年南皮县育种农场得到的试验结果,基于土壤质地、干密度及初始含水率等物理性指标得到土壤入渗的Green-Ampt模型,进而提出估算Kostiakov模型入渗参数的方法。结果表明,由该方法得到的入渗参数精度较高,所得到的入渗过程与通过畦灌水量平衡法所得到的入渗过程之间吻合程度较好,累积入渗量相对误差平均值为6.26%,相关系数为0.999 9,模型效率为0.999 3。研究结果可在减小田间工作量的同时保证较高的计算精度。     

平原区土壤水资源量计算模型的研究

土壤水资源是独立于地表水资源和地下水资源并具有独特存储空间和性质的水资源,本研究结合河北省土壤水资源评价工作,明确了土壤水资源的概念,提出了计算模型。阐述了评价层概念和河北平原区评价层的确定,针对土壤水资源的概念和动态特性,运用水量平衡原理,在地表产流上基于超渗产流模型计算,在评价层以下损失量(不形成土壤水资源的量)上基于蓄满排泄模型计算,以日为计算时段长度,综合考虑截流、蒸发等损失,周年土壤水资源量为逐日降雨量和与逐日损失量和之差。该模型已用于河北省土壤水资源的评价工作。     

彭曼法计算民勤沙漠绿洲春小麦耗水的适用性分析

用彭曼法和水量平衡法分别计算民勤沙漠绿洲小麦的阶段耗水量、全生育期的总耗水量以及阶段日耗水强度,结果表明两种方法得到的阶段耗水规律均一致:小麦在拔节期和抽穗期的阶段耗水量最大,用彭曼法和水量平衡法计算这两阶段的耗水量分别占全生育期总耗水量的56.6%和58.1%,阶段耗水量和总耗水量的计算差异分别为10%~15%和14.1%,彭曼法比水量平衡法的计算结果偏大。彭曼公式法计算结果与水量平衡法计算结果较为一致,用彭曼公式法计算得到的春小麦耗水量结果可作为该地区制定一般灌溉制度和田间管理参数的依据。     

基于水量平衡的膜孔沟灌水流推进模型研究

【目的】研究建立膜孔沟灌水流推进模型,通过分析膜孔沟灌水流推进过程,准确、方便确定膜孔沟灌灌水技术要素、田间平均入渗率和糙率。【方法】通过引入地表储水形状系数、下渗水形状系数和膜孔沟灌入渗方程,建立基于水量平衡的膜孔沟灌水流推进模型,并通过田间试验对模型进行检验。【结果】模型检验表明,试验实测数据与模型计算值吻合较好;对田间膜孔沟灌试验验证模型计算误差绝对值均值的分析可知,试验中各灌水沟除个别组误差绝对值均值大于5%外,其余均在5%以下;多组灌水沟的误差绝对值均值小于4%,可以满足膜孔沟灌灌水技术指标确定的需要。【结论】所建模型具有较为严谨的物理基础,计算求解方便、精度较高,具有较强实用性。     

入渗模拟结果对土壤水分特征曲线高吸力段的敏感性分析

针对非饱和土壤水分特征曲线传统测量方法上对仪器精度要求高、耗时长、成本高的问题,研究了土壤水分特征曲线高吸力段误差对入渗模拟结果的影响。针对黏土的土壤水分特征曲线,设计了正负共8种高吸力段的偏离情况,利用数值模拟方法分析土壤入渗过程,得到累积入渗过程、湿润锋发展过程和4个典型时刻的土壤水分分布。结果表明,土壤水分特征曲线在吸力大于100 cm部分存在不超过±20%的偏差时,对于土壤入渗数值模拟结果无显著影响,因此,对土壤水分特征曲线高吸力段的试验精度要求可适当放宽。     

降水入渗过程的模型研究

为了研究不同田面条件对降雨入渗过程的影响，给出了土壤运动控制方程的边界条件和初始条件。根据Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ入渗理论首次提出了土壤入渗能力特征的概念，建立了土壤水入渗动力学特征方程，所推导出的降雨或洒条件下土壤表层由第１类转化为第２类边界的时刻ｔｐ的计算公式，使土壤水运动基本方程数值计算的收敛性和稳定性在理论上得到保证。全面深松田面处理和开槽田面处理条件下的季雨试验验证表明，用本模型确定ｔｐ的准     

应用间断有限元方法求解一维对流占优土壤水流问题

在某些特定条件下,Richards方程的解在时空上呈现陡峭的锋面。为能有效地模拟具有对流占优特性的非饱和多孔介质中的水流问题,推广一种内部惩罚间断有限元(Interior penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法应用于一维非饱和土壤水入渗问题的模拟。针对具有van Genuchten-Mualem模型和Dirichlet入渗边界条件的Richards方程,分别采用间断有限元法和标准有限元方法求解。借助于相对L2模和相对最大模误差进行讨论。几种不同质地的均质土壤水入渗的数值算例结果表明:相比标准有限元方法,间断有限元方法在选取的4种不同网格剖分单元结点上能够有效地模拟非饱和对流占优土壤水流问题,并且能够获得准确的全局质量守恒。     

不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响

利用人工模拟降雨试验,研究了不同耕作管理措施对坡耕地降雨入渗的影响,并采用有限差分法对入渗过程进行了数值模拟。结果表明,土壤入渗速率的计算值与实测值吻合较好,且耕作管理措施可明显增加坡面土壤的水分入渗,在相同入渗时间情况下,土壤稳渗速率大小排序为等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直线坡,在中小坡度和中小雨强条件下,这种特征表现更为显著。     

单点源入渗条件下肥液入渗水磷分布与数值模拟

【目的】 研究不同滴头流量在滴灌条件下对风沙土中水磷分布的影响。【方法】 采用室内试验,研究相同灌水量不同滴头流量(0.3、0.9、1.2 L/h)单点源入渗条件下的土壤水分和有效磷在土壤中的分布情况,进行数值模拟研究。【结果】 滴头流量为0.3 L/h时,土壤湿润范围由0~15 cm深度向30~45 cm深度逐渐缩小,土壤中有效磷分布较均匀。滴头流量为0.9 L/h时,各深度土层土壤湿润范围一致,滴头下方15~30 cm深度土壤有效磷浓度峰值为800 mg/kg,高于滴头流量为0.3 L/h时。且有效磷含量水平方向上分布范围较1.2 L/h流量时广。在相同的滴头流量下,磷肥随着水分入渗向下迁移,有效磷含量主要聚集在15~30 cm深度内;随着滴头流量增大,磷肥向土壤深层迁移量增大。【结论】 在灌水量为225 m³/hm²、磷酸二氢铵施入量为300 kg/hm²时,土壤中有效磷浓度较高。在不同滴头流量条件下,土壤有效磷分布符合滴头正下方浓度较高,随水扩散后含量逐渐降低的规律。     

土壤水运动理论研究综述

土壤水是陆地植物赖以生存的源泉,是农业生产的必要务件.土壤水研究在理论和应用上均有重要意义.从土壤水运动的基本方程、土壤水分入渗、土壤水分运动参数的确定、土壤水分运动数值模拟、SPAC等几方面论述了国内外土壤水分的研究概况,并对未来土壤水的研究进行了展望..     

北京九龙山不同植被水源涵养作用的研究

通过对北京九龙山植被的一系列水文因子研究表明,在试区降雨稀少、土壤干旱瘠薄的立地条件下,良好的灌木植被同样具有良好的水源涵养作用,其林冠截持率、林下土壤渗透量以及枯落物持水量都不比本区乔木差,并提出了在本区营造水源涵养林应注意的问题。     

参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

四川省洪雅县3种林分的土壤持水与入渗特性

根据2003年7月到2006年12月的实测数据,对四川洪雅县退耕还林还草工程中的3种林分(光皮桦林、苦竹林和撑绿杂交竹林,农耕地作为对照)进行研究。结果表明,3种典型林分森林土壤的非毛管持水量均大于农地;除撑绿杂交竹竹林外,各林分土壤的有效蓄水容量为农地的1.1~2.1倍;3种林分森林土壤持水量、初渗率和稳渗率的顺序为:苦竹林>光皮桦林>农地对照>撑绿杂交竹林;从土壤持水性能和入渗性能看,苦竹的水文功能好于其他林分土壤,而光皮桦林次之,撑绿杂交竹林差。     

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。     

用有理设计方法优选地表滴灌滴头流量合理性分析

针对地表滴灌单个滴头下土壤水分入渗过程中地表湿润半径r和垂直入渗深度h的随时间变化问题,采用室内土柱试验方法和有理设计方法,运用试验数据对r和h与入渗时间T的幂函数方程进行参数估算,并检验参数间相互约束条件。以粉砂壤土为试验材料,试验研究不同土壤容重(1.3、1.4、1.5 g/cm~3)和滴头流量(1、2、4、8 L/h)条件下,单个滴头灌水时r及h随时间变化的规律。结果表明:1)随着土壤容重的增大,土壤饱和容积含水量降低,r几乎没有变化,垂直入渗深度h减小;2)采用有理设计方法对入渗参数A、B及幂指数C、D进行估算并检验,参数间满足相互约束条件,误差较小,表明可以根据参数A、B、C、D估算值,及r和h与入渗时间T的幂函数方程,计算r和h随时间的推进过程;3)给定灌水量2 L时,滴头流量为1 L/h,垂直入渗深度较大,用有理设计方法计算表明一次灌水持续时间较长,不能满足田间轮灌的要求,且易产生深层渗漏;滴头流量为8 L/h时,地表湿润半径过大,滴头附近地表产生积水。粉砂壤土采用滴灌时,4种滴头流量里,滴头流量为2～4 L/h时最为适宜。用有理设计方法计算r和h为滴灌系统优化设计提供了理论参考。