地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

氮肥溶液磁化灌溉下土壤入渗特征和水氮迁移规律研究

为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律,采用恒定磁场强度300 mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1 g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理,以未磁化处理为对照,测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高,电导率和表面张力显著减小,并随溶液浓度变化有显著影响,但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率K_s以及有效土壤水扩散率■均增大,湿润峰处的土壤水吸力S_f、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小,增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力,且随溶液浓度增大持水能力增强,一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系,二者共同作用下,磁化高浓度溶液硝态氮含量...     

地下水浅埋下的层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示地下水浅埋下的波涌畦灌层状土间歇入渗水分入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土BC-GA(Brook-Corey和Green-Ampt)改进入渗模型,确立了层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润深度的函数关系,表明其湿润锋面水吸力随深润深度的增加逐渐减小,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力变化是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数,周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大;根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大,供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。     

氯化钠溶液浓度对水平-维入渗特性影响研究

通过室内不同浓度氯化钠溶液的水平一维入渗试验,分析了氯化钠溶液浓度对水平一维入渗的湿润锋、累积入渗量、土壤含水量和土壤氯离子含量的影响.结果表明:增大氯化钠溶液浓度,减小了湿润锋、累积入渗量和土壤含水量,但增大了土壤中氯离子含量.以上研究成果为微成水合理灌溉提供理论依据.     

尿素溶液浓度对一维垂直入渗特性影响的试验研究

通过室内试验分析了尿素肥液浓度对一维垂直积水入渗的累积入渗量、湿润锋以及入渗结束后土壤含水量的分布影响.结果表明:累积入渗量和湿润峰运移距离随着尿素肥液浓度的增大而减小;在不同区域,尿素肥液浓度对土壤含水量分布影响不同,在传导区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而增大,在湿润区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而减小.研究结果可以为农田灌溉施肥技术提供支持.     

基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示波涌灌间歇入渗的影响机制与规律,基于Green-Ampt和Philip入渗模型理论,建立了波涌灌间歇入渗分区模型,将第2供水周期及其后的供水周期内形成的入渗湿润区分别划分为重力势湿润区和基质势湿润区,并阐述了基于间歇入渗过程湿润区的分区入渗理论,通过Green-Ampt模型和Philip模型参数间的内在联系,建立了关于土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的数学模型,并进一步根据土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的线性图形特征,确定了不同分区下各供水周期的水分运动参数,分别为湿润锋面处吸力hf与表征饱和导水率Ks,且各间歇周期供水阶段的hf随着周期数的增大呈减小趋势,最后,利用分区模型将不同供水周期下的累积入渗量与湿润锋运移距离计算值同实测资料相比较,与实际值相比总体平均相对偏差分别为3.6%和8.6%,改进模型的适用性较好,拟合精度较高。因此,该模型可以较准确地描述波涌灌间歇入渗机理,为波涌灌灌水技术的合理设计提供了理论依据。     

PAM与SAP交并施用对一维水分垂直入渗特性的影响

PAM(聚丙烯酰胺)和SAP(高吸水性高分子)分别作为具有显著固土截流和土壤水分保蓄能力的两类土壤化学调控材料,对于水土流失防治、生态环境保护、农业水分高效利用、作物增产等意义重大。目前PAM和SAP的研究按各自作用特点和一定应用条件集中在单一材料上,而针对PAM和SAP在旱区坡耕地交并施用的研究未见报道。通过室内一维垂直积水入渗法试验,分析PAM和SAP并施对坡地土壤水分垂直入渗特性的影响。结果表明:在同一SAP处理水平下,随着PAM施用量的增加,土壤入渗率、饱和导水率、累积入渗量均减小;在同一PAM处理水平下,土壤入渗率、饱和导水率、累积入渗量均呈现随SAP施用量增加而减小的趋势。所以,PAM和SAP处理均降低了土壤的入渗能力;但相对于SAP,PAM对一维水分垂直入渗的抑制作用显著。     

磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响

采用300 mT磁感应强度恒定磁水器对不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)进行磁化处理,并进行一维垂直土柱入渗试验,研究磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响。结果表明:微咸水磁化处理后,土壤入渗速率及湿润锋迁移速率显著降低,湿润体含水率显著提高;微咸水矿化度对磁化效果具有显著影响,磁化微咸水矿化度为3 g/L时,相同入渗时间累积入渗量和湿润锋深度相对减少量最大,湿润体含水率相对增加量最多。磁化微咸水入渗对Philip和Green-Ampt入渗公式参数有显著影响,相同矿化度的磁化微咸水土壤吸渗率S、饱和导水率K_s及湿润锋处吸力hf均小于未磁化微咸水;磁化与未磁化微咸水相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系,在矿化度为3 g/L时,相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s均达到最大。磁化微咸水能够提高土壤持水能力,相同土层深度的土壤含水率显著增加;微咸水磁化处理后,脱盐率显著提高,土层深度0~20 cm磁化微咸水脱盐率均大于未磁化微咸水,矿化度为3 g/L的磁化微咸水磁化脱盐强度最大,相对脱盐效果更好。     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm3时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.     

KCl溶液对土壤入渗及氯离子运移特性影响研究

为了研究不同质量浓度KCl溶液对土壤入渗及溶质运移特性的影响,将KCl溶液质量浓度分别设置为0、2、3、4、5、8和10g/L,基于一维土柱入渗试验,采用CXTFIT模型对Cl-运移特性进行拟合。结果表明,累积入渗量、湿润锋推进速度、入渗率、土壤的导水能力均随着KCl溶液质量浓度的增加而增加。Kostiakov模型、Philip模型对KCl溶液入渗具有良好的适应性,相同历时下的累积入渗量与湿润锋推进距离存在良好的线性关系(R2=0.912 9)。此外,CXTFIT模型能够较好的反应不同质量浓度KCl溶液下的Cl-的运移过程且质量浓度高的KCl溶液在土壤中的对流弥散速度大于质量浓度低的。     

土壤水力参数对点源入渗湿润体形状的影响

为探究点源积水入渗的运移机理,以达西定律和质量守恒原理为基础,利用HYDRUS软件对点源积水入渗过程进行数值模拟分析与验证,分析点源积水入渗条件下土壤水平湿润锋与垂直湿润锋的比值(湿润锋比)和土壤水力参数(进气吸力、形状系数以及饱和导水率)之间的关系,并基于土壤饱和扩散率建立水平湿润锋运移模型。结果表明:细质土壤(进气吸力大于11 cm)的湿润体形状近似为以积水中心为椭圆心、以垂直湿润锋和水平湿润锋为长半轴和短半轴的椭圆体,而粗质土壤(进气吸力小于8.7 cm)湿润体的椭圆心位于积水中心下方,从而导致短半轴大于水平湿润锋、长半轴小于垂直湿润锋;细质土壤的湿润锋比随时间变化较小,可近似为常数,土壤湿润锋比与形状系数和饱和导水率之间无显著的函数关系,但与进气吸力呈线性递增关系,决定系数R^2为0.999;湿润锋运移过程可以采用入渗时间的幂函数进行拟合,且幂函数系数和指数可以分别用土壤饱和扩散率的一次多项式和二次多项式进行估计,经验证得到的模型在误差允许范围内具有较好的效果。本研究可为分析点源积水水盐运移等问题提供机理性依据,也为我国北方干旱半干旱地区合理规划设计滴灌系统、提高农业灌溉用水效率提供科学依据。     

地表积水条件下滴灌入渗特性研究

大流量供水条件下滴灌入渗地表积水区域不断变大,直到通过积水区域的水分渗透能力和滴头的供水强度达到平衡。不同滴头流量条件下水平和垂向湿润锋的推进速率和入渗时间存在极显著的幂函数关系。滴头流量对湿润体水平和垂向湿润距离的比值有显著的影响,滴头流量越大该值也越大,并且该值随着入渗时间的增加而逐渐变小。滴灌积水入渗的稳定渗透通量Jo大于垂直一维入渗的稳渗率,并且Jo随滴头流量的增加而减小,Jo和地表积水半径的倒数呈显著的线性关系,根据Wooding入渗方程可推导出该直线的截距代表了一维入渗条件下土壤的饱和导水率。     

泰安棕壤土不同土地利用类型饱和导水率比较

为了分析土地利用类型对土壤饱和导水率的影响,利用单环入渗概化解法对泰安棕壤土草地、麦地、果树行间裸地3种土地利用类型饱和导水率进行研究.结果表明:草地、麦地、果树行间裸地的饱和导水率、入渗速率以及累计入渗量呈现依次降低的变化趋势.随着时间的增加,累计入渗量不断增加,试验时间120 min内,草地累计入渗量最大,数值为78.564 cm;麦地入渗量次之,数值为67.609 cm;果树行间裸地入渗量最小,数值为30.082 cm.利用实测累计入渗量与观测时间的拟合关系,得到3种土地利用类型累计入渗量的表达式,对累计入渗量进行估算,草地、麦地、果树行间裸地累计入渗量计算值与实测值相对误差分别在6,8,7 min后波动在5%以内,在15,52,56 min后波动在1%以内,同时推求了草地、麦地和果树行间裸地3种不同土地利用类型下的土壤饱和导水率K_s分别为0.073 1,0.032 9,0.015 8,以期为不同土地利用类型对原状土饱和导水率的影响研究提供参考.     

涌泉根灌肥液入渗水氮运移特性研究

为了提高涌泉根灌模式下水肥利用率,减少氮肥流失与深层渗漏,通过涌泉根灌肥液入渗田间试验,研究了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗湿润体及其水氮运移特性,揭示了涌泉根灌土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液质量浓度的变化关系;建立了不同肥液质量浓度涌泉根灌入渗量和湿润锋运移经验模型;分析了入渗湿润深度范围内肥液质量浓度分别对土壤NO-3-N和NH+4-N含量分布特性的影响。结果表明:肥液质量浓度增大,单位面积累计入渗量随入渗时间增加而增大,并且入渗量和湿润锋运移距离均与入渗时间呈极显著幂函数关系,决定系数分别达到0.98和0.96,均大于临界相关系数rα(0.605 5);入渗再分布阶段,肥液质量浓度41.7 g/L能更好地保证枣树根系水分的吸收,而不同肥液质量浓度对土壤氮素转化率影响有所不同,硝态氮转化率基本不明显,而肥液质量浓度为33.3 g/L时铵态氮转化率最高。     

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。     

入渗水头对盐碱土水盐运移影响的试验研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,分析了不同水头作用下湿润峰、累积入渗量、土壤含水量、电导率及Cl-浓度的变化特征。研究结果表明,不同水头条件下湿润峰和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,影响顺序为10 cm>5.0 cm>2.5 cm;在脱盐区不同入渗水头土柱剖面的土壤含水量、电导率及Cl-浓度分布基本一致,而在盐分累积区,随着入渗水头的增加积盐深度减小,无论是入渗结束时还是再分布15 h,不同入渗水头脱盐效果有明显差异,表现为2.5 cm>5.0 cm>10 cm;随着入渗水头的增大,脱盐区深度略有增加,入渗结束时装土容重1.35、1.45 g/cm3的入渗脱盐深度与湿润峰的比分别为0.682和0.690,再分布条件下的比分别为0.619和0.632,在不同入渗水头作用下,再分布过程土壤的水盐运移比入渗过程缓慢。