多因素浑水膜孔灌入渗特性分析

主要选取土壤容重、土壤初始含水率、膜孔直径和浑水含沙率4个影响因素,研究多个因素综合作用下的浑水膜孔灌单点源入渗特性及分析各因素的敏感性.试验采用正交设计,利用SPSS软件多元回归分析法,对四因素影响下的单位膜孔面积累积入渗量进行了回归分析,拟合决定系数R=0.98,表明各影响因素均对浑水膜孔灌单点源入渗有影响.利用相对值法分析了各因素入渗参数对单位膜孔累积入渗量的影响程度,且显著程度由大到小依次为膜孔直径、土壤容重、土壤初始含水率、浑水含沙率;利用敏感性指标判断得出在同一入渗时间,各影响因素越大对浑水膜孔灌单点源入渗的入渗速率的影响越弱.     

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.     

土壤渗透特性的圆盘张力入渗法测定研究

以川中丘陵区紫色土为研究对象,采用圆盘张力入渗法,测定坡耕地和林地土壤在5个水头下(0、-1、-3、-6、-9cm)的导水率曲线,并对比分析野外圆盘张力入渗法和环刀土样室内降水头法测得的土壤饱和导水率的差异。结果表明,土壤稳定入渗率和非饱和导水率随负压绝对值的增大而降低,且坡耕地的变化幅度大于林地。野外圆盘张力入渗法测得的饱和导水率明显高于环刀土样降水头法的测定值。基于研究结果,推荐使用圆盘张力入渗法测定导水率曲线和饱和导水率。     

产渗流土壤入渗性能测量仪的设计及应用

设计了一种在降雨、径流和侵蚀影响作用下测量土壤入渗性能的入渗仪,该装置由针头式降雨部分、下垫面产流集流部分和观测部分组成。与传统双环入渗仪比较表明：产渗流入渗仪可以测量降雨初期数值较高的土壤入渗性能,从降雨开始完整地测量土壤入渗性能变化全过程。降雨初期测量土壤入渗率大于双环法测量结果,随着雨强的增大,土壤入渗性能降低速度也随之加快。     

EN—1对黄土性固化土水分垂直入渗特征的影响

采用一维垂直入渗试验方法,对不同容重、不同固化剂掺量处理的固化土水分入渗过程进行了研究.结果表明:黄绵土容重在1.2～1.4g/cm3范围内,土壤容重对黄土性固化土的入渗能力有较大影响,土壤容重越大,对应于同一时刻入渗率越低,累积入渗量越小,湿润锋推进距离越短.3种土壤容重条件下,不同EN-1固化剂掺量对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响均显著(P＜0.05),且随着固化剂掺量增大,累积入渗量和湿润锋运移距离均有先增大后减小的趋势;固化剂掺量在0.05％ ～0.1％范围内累积入渗量最大;累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系.固化剂掺量对土层含水率的影响在低容重(1.2 g/cm3)条件下明显,随着容重增加,影响逐渐减小.利用Philip模型、Kostiakov经验公式和指数公式对固化土入渗率与入渗历时的关系进行拟合时发现,Kostiakov公式拟合值更接近于实测值,且容重越大,拟合精度越高.     

土壤环式入渗仪测量效果分析

土壤入渗率的测量受到广泛关注与研究。环式入渗仪是目前广泛应用的土壤入渗性能测量仪器之一。模拟降雨法和双环法是目前测量土壤入渗的常用方法,圆盘入渗仪多用于测量土壤的饱和导水率。大量测量结果表明,环式入渗仪测量得到的最可靠结果是土壤稳定入渗率,但结果远高于人工降雨测量结果,说明环式入渗测量方法并不准确。环式入渗仪入土过程中,环与土壤间的缝隙为土壤水入渗,提供优先路径是造成测量结果远高于土壤本身入渗性能的重要原因。环式入渗仪测量过程中采用的时间步长偏大是产生入渗率偏大的另一原因。采用数值计算方法分析了计算入渗赋值方式和时间步长对测量得到的土壤入渗性能曲线的影响,具体估算了不同时间步长和赋值方式下,在入渗初期可能引起的入渗测量误差。     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

环式入渗仪测量土壤初始入渗率效果试验

提出一种环式入渗试验装置,可以在入渗进行一段时间后,通过观测初始入渗水在土壤剖面的分布,估量初始入渗的过程。该入渗环为可拆分的两个半环,以便通过观察入渗水分在土壤剖面的分布估计初始入渗特性。论述了环的构成和测量过程与方法。同时用有机玻璃圆管装填土样,对比观察模拟真实一维入渗过程。用采自北京的粉壤土和该试验装置进行土壤入渗试验。试验分为3种入土打击能量:1、2、4 kg铁锤,自1 m高处自由落体打击入渗环入土。土壤干体积容积密度分别为:1.2、1.3、1.4 g/cm3。每次试验均向环内注入2 L水,每组试验进行2次重复。入渗环内土壤湿润土体表明,实际发生的土壤入渗为由环壁向环内土壤的径向入渗和由地表向下垂直入渗构成,环壁与土壤剖面间产生的优先流极大地影响了初始土壤入渗率的测量精度。在初始入渗阶段,由环壁向土体的水平径向入渗宽度和由地表向土体的垂直入渗深度近似相等,垂直入渗深度是水平径向入渗宽度的1.001倍。环式入渗仪测得的土壤初始入渗率为模拟真实一维入渗率的3.3倍。研究结果可为环式入渗仪测量结果的评估提供参考。     

四种入渗模型在KCl溶液入渗的适应性

为了探讨4种常规的入渗模型在含盐水入渗条件下的适用性,采用室内一维垂直土柱进行积水入渗实验,对比不同KCl质量浓度下的土壤入渗规律,并采用4种模型分别拟合土壤入渗率变化特征。结果表明,相同时间内的累积入渗量随KCl质量浓度的增加而增加,并且湿润锋的推进距离与累积入渗量之间具有较好的线性关系(R2>0.7)。Philip和Horton入渗模型的拟合效果要优于Green-Ampt模型和Kostiakov公式。     

间歇组合灌溉下中度盐碱土壤入渗规律

为了进一步揭示咸淡水间歇组合灌溉入渗的影响机制与规律,在室内采用垂直一维积水入渗试验,研究了不同间歇时间、组合次序下的土壤入渗特征;基于实测资料探讨3种常规的入渗模型对间歇组合灌溉在中度盐碱土壤入渗规律的适用性.结果显示:在同一入渗时间下,累积入渗量从大到小依次为间歇组合灌溉(0 min),间歇组合灌溉(30 min), 间歇组合灌溉(60 min), 间歇组合灌溉(120 min),且它们之间的差异随时间的延长越来越具有统计学意义;在整个入渗过程,入渗速率分为初渗阶段和稳渗阶段,且与先咸后淡相比,先淡后咸先到达稳定入渗率;与Green-Ampt模型、Philip模型相比,Kostiakov模型能更加准确地描述间歇组合灌溉的入渗率变化特征,但在Kostiakov模型中,先淡后咸拟合精度低于先咸后淡,说明咸淡水组合次序对模型拟合精度影响较大.     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

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。     

冻融土壤Philip入渗模型参数的BP预报模型

为提高季节性冻土区冬、春季储水灌溉的灌水质量和效果,在季节性冻土区冻融期间进行了大田冻融土壤的系列入渗试验,获取了自然冻融条件下的大量土壤入渗试验数据,拟合得到了不同冻融条件下的Philip入渗模型参数,建立了入渗模型参数与土壤基本理化参数间的BP神经网络的预报模型,实现了基于土壤体积含水率、黏粒含量、土壤密度、土壤温度以及灌溉用水水温等基本理化参数对Philip入渗模型参数稳渗率A、吸渗率S的预报。所得到的预测值与实测值之间相对误差的平均值控制在7%以内。研究表明,利用冻融土壤条件下土壤常规理化参数对Philip入渗模型参数进行预报是可行的,可为季节性冻融土壤灌溉技术参数的确定提供有力支撑。     

多维入渗理论在测量土壤水力特性参数中的应用

张力渗透仪是一种根据多维入渗原理进行土壤水分和溶质运移参数原位测量的仪器。介绍了张力渗透仪的测量原理和方法，并用盘源入渗试验得到人工填装土壤的饱和导水率、与土壤渗透仪测定的结果进行了比较，表明利用多维入渗理论所测数据与渗透仅测定结果接近，可用于土壤水分特性参数的测量。     

田间点源入渗试验的水盐分布特征分析

通过田间点源入渗试验,研究了田间点源入渗土壤水盐分布特征,得出以下结论:①滴头下方距滴头距离较近的区域,滴头流量较小的处理土壤含盐量较小;距滴头距离较远的区域,滴头流量较大的处理土壤含盐量较小.水平方向土壤含盐量变化相似;②表层土壤盐分随着入渗时间的增加而减小.滴头下方土壤含盐量总体上随着入渗水量的增加而减小,入渗水对土壤中的盐分的淋洗效率和压盐深度均与入渗时间成正比.     

荒漠草原灰钙土土壤入渗特征及测定方法比较

为了研究荒漠草原土壤水分入渗特征,并对比不同方法间的差异,以宁夏天然草地地带性灰钙土为研究对象,采用双环法和环刀法测定其入渗过程,分析并比较2种方法的试验结果及影响因素,利用模型拟合土壤的水分入渗过程。结果表明:环刀法测得的初渗率、稳渗率、平均入渗率和达到稳渗时间均小于双环法,分别小了77.69%~94.67%,27.69%~52.88%,56.74%~64.79%,12.50%~42.5%。双环法更适宜采用Horton模型描述入渗速率随时间变化的过程;环刀法更适宜采用Kostiakov模型。土壤累计入渗量采用一元二次方程拟合效果最好,其决定系数R^2均在0.991以上。土壤物理性质对入渗特征的影响因土壤内部条件在2种试验方法中的差异而略有不同。     

三峡库区紫色土土壤水分入渗特性研究

利用室内环刀法对三峡库区紫色土土壤水分入渗特性进行了研究。结果表明,不同土地利用类型土壤稳定入渗率位于为0.0075~1.73 mm/min之间,大小依次为竹林地>榨菜地>柑桔地>荒草地;Horton入渗方程在紫色土不同土地利用类型上拟合的结果在α=0.01上达到了显著水平,可以作为表达三峡库区紫色土土壤水分入渗过程的模型。土壤稳定入渗率与土壤理化性质间存在一定相关关系,其中土壤稳定入渗率与砂粒含量之间呈幂函数关系,与容重呈指数函数关系,与非毛管孔隙度呈幂函数关系,与大于0.25 mm的水稳性团聚体含量之间呈指数函数关系。多元对数线性回归模型可作为紫色土土壤水分入渗特性参数预报模型。     

新型智能土壤入渗特性试验仪

在研究土壤入渗规律时,国内常用双套环法进行现场测定试验,这种方法虽然简单,但靠人工长时间观测记录,非常落后,必须改进。因此,应用先进的自动控制技术,采用高精度的液位继电器、电磁阀、双套环和数据采集器等,组成新型智能化土壤入渗特性试验系统。本系统运行稳定、测量精度高、自动化程度高。     

水分入渗对土壤内部综合压力影响的试验研究

利用自制土壤内部压力测量装置对水分入渗过程中土壤内部的综合压力进行了测量,分析了水分入渗过程中不同土层的土壤内部压力的变化特征以及不同容重土壤的内部压力的变化特征。结果表明:同一容重下不同土层的土壤,在灌水初期0～20min左右,水分入渗对土壤内部扰动的综合压力随着土层深度的加深而减小;在360～420min内综合压力值随土层深度的加深而增大。不同容重下同一土层的土壤,水分入渗对土壤内部扰动的综合压力在表层土0～15cm土层,压力值随着容重的增大而增大;15～30cm和30～45cm土层在测定时间0～90min内,容重越大压力值越小,90min后压力值随着容重的增加呈递增的趋势。试验结果同时表明同一时段内,容重越大,压力值的变化幅度越小即压力差越小。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.