垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律及其模型适用性研究

为了提高垂直线源灌的水分利用效率,探明垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,通过模拟试验,研究了垂直线源灌不同线源直径下的入渗规律,比较了三种常规入渗模型的适用性。结果表明,随着线源直径的增加,入渗率和累积入渗量均增大;三种模型均能模拟不同线源直径下的入渗规律,其中Kostiakov入渗公式和Philip入渗模型较精确,Horton(变形)入渗公式更适合于入渗中期和后期的模拟;得出不同线源直径3种入渗模型的经验公式。该研究结果可为垂直线源灌技术推广应用提供理论依据。     

垂直线源灌溉条件下交汇入渗特性研究

以模拟试验为基础,分析了垂直线源灌溉条件下不同线源长度和线源间距的交汇入渗特性,并提出了含线源长度和线源间距因子的入渗模型。结果表明,随着线源长度的增加,沿着供水管方向剖面和交汇面的湿润深度增加,湿润宽度无明显变化;随着线源间距的增加,沿着供水管方向的剖面的湿润深度减小,湿润宽度增大,在交汇面处湿润深度和湿润宽度均减小;累积入渗量随着线源长度的增加而增大,随着线源间距的增加而增大。经实测资料验证,入渗模型能有效的模拟垂直线源灌溉条件下交汇入渗特性。     

垂直线源入渗土壤水分分布特性模拟

基于非饱和土壤水动力学理论,利用Hydrus-2D软件分析了垂直线源入渗条件下的土壤水分分布特征。通过试验对比验证,反推出试验土壤的水力参数。结果表明,Hydrus-2D软件可用于垂直线源入渗土壤水分分布特征的模拟,且精度较好。对不同灌水技术要素条件下的垂直线源入渗土壤水分分布特征进行模拟研究,结果表明,垂直线源入渗条件下,不同质地土壤的湿润体形状差别不大,大小有明显的差别：砂壤土和粘壤土的水平湿润半径分别是砂土的0.59和0.24,垂直湿润深度分别是砂土的0.42和0.31;在不同线源埋深情况下,土壤湿润体的形状和大小差别不大,湿润体的位置有显著的差别,当埋深增加5cm,砂土、砂壤土、粘壤土的垂直湿润深度分别增加6%、11.5%、16%;线源长度和直径对土壤水分分布影响较大,其中线源长度主要影响垂直湿润深度,线源直径主要影响水平湿润半径;初始含水率高时,相同断面处的含水率增大;在相同入渗时段内,湿润锋水平运移距离和垂直运移距离随土壤初始含水率的增大而增大。     

负水头条件下入渗模型对于水分入渗规律适用性研究

通过室内土柱入渗实验,对比了不同负水头高度条件下的土壤入渗规律,并采用了三种入渗模型分析了土壤水分入渗特点。实验结果表明,累积吸渗量与时间呈良好的幂函数关系,湿润锋与时间平方根间呈良好的线性关系,并且负水头高度减小,累积入渗量逐渐减小,湿润锋的推进速度减慢。累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系。利用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov公式对入渗率与入渗时间的关系进行拟合,得出Kostiakov公式能更准确地描述出入渗率与时间关系。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题，该文设计了一种垂直线源灌水器，并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程；入渗时间一定时，砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系；2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系；2种土壤相比，偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大，但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快，偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大，但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

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.     

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。     

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。     

农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30 cm时,砂壤土残膜量400 kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01 m L(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。     

Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析

通过室内试验方法利用Philip和Green-Ampt入渗模型对3种土壤水平一维入渗进行了分析,对Green-Ampt入渗模型的含水率分布进行了修正从而改进二模型参数的互推公式,根据互推参数分别计算累积入渗量,并与实测值进行比较。结果表明,修正模型能很好地反应土壤入渗性能,随着土壤粘性的增加,Philip模型参数吸湿率S和Green-Ampt模型参数kssf都逐渐减小,用Philip模型推求修正的Green-Ampt模型参数k′ss′f具有较高的精度,且对于不同质地土壤的入渗表现出不同程度的正效应,此互推公式可应用于不同土壤水平入渗的试验研究。     

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.     

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。     

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.     

远程智能控制滴灌土壤入渗多参数节水效果试验研究

基于使用远程智能控制系统,研究扬黄灌区土壤水分入渗试验,分析讨论了2种类型土壤,基于不同压力、埋深程度研究土壤水分入渗速度、湿润锋、时间等,并初步总结出不同外界条件下土壤入渗的变化规律,为保持水土、提高土壤水分生产力提供重要的科学依据。研究表明:压力、贴片式滴灌带的埋深程度对土壤累计入渗量和入渗速度的影响都比较明显。土壤累积入渗量随着压力水头的增加而增大,湿润运移距离位移不单单和环境有关系,压力对其的影响也很大。在越强的压力作用下,水的运送速度越快,这样土壤的入渗速度就越快。速度的增大也加快了各个方向的运移速率,从而达到在短时间内入渗大面积的土壤,增大了运移距离。实验结果显示,湿润锋能够在压力为0.2 MPa的情况下达到最大运移距离;埋深程度也同样影响着土壤累积入渗量和土壤的累计入渗速度,经试验测量埋深10 cm土壤入渗量最大,且地表不宜蒸发到。     

基于HYDRUS-3D模型的微润灌溉土壤水分入渗模拟

掌握土壤水分入渗规律对于合理制定灌溉方案、设置灌溉参数和改进灌溉技术有重要意义。为探究微润灌溉条件下土壤水分入渗规律，利用HYDRUS-3D有限元模型对微润灌溉下土壤水分入渗进行了数值模拟，讨论了初始压力水头和土壤质地对土壤水分入渗的影响。数值模拟结果显示：在土壤水分入渗的垂直剖面上湿润体以微润管为中心呈同心圆状向外扩散，扩散速率与初始压力水头呈正相关。模拟试验周期为36h，分3个时间段进行土壤水分扩散速率的计算，0~5h内土壤水分平均入渗速率为1.85cm/h，6~15h内的平均入渗速率为0.79cm/h，16~36h内的平均水分入渗速率为0.59cm/h。土壤含水率最大值出现在微润管周围，向外围呈减小趋势。相同时间内土壤湿润峰运移距离随初始压力水头的增大而增大，微润灌溉下水分入渗速率在3种质地的土壤（砂壤土、壤土、粘壤土）中依次增大，并测得在压力水头为-180cm时整个模拟周期中3种质地土壤的平均水分扩散速率分别为：0.69、0.53、0.46cm/h。研究表明，土壤含水率和水分扩散速率随压力水头的增大而增大，随土壤黏粒含量的增大而减小。     

基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动模拟

为研究负压微润灌不同技术参数组合下的土壤水分运动过程,以土箱试验实测含水率为依据,构建并验证了基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动反演模型,并结合反演模型对负压微润灌多种组合情景的土壤湿润体模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,探究适宜于不同设施作物的负压微润灌技术参数组合。结果表明：采用HYDRUS-2D反演模型能够较好地模拟负压微润灌不同供水水头条件下的土壤湿润体特征,土壤湿润距离（水平距离、垂直向上距离和垂直向下距离）、含水率及累积入渗量模拟值与实测结果之间的决定系数和NSE分别达到0.98和0.77以上。试验及模拟结果均表明,负压微润灌条件下供水水头与土壤含水率、累积入渗量及不同方向的湿润距离均呈负相关关系。此外,基于反演模型对负压微润灌不同湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,拟定了不同设施作物适宜的负压微润灌技术参数范围。本研究对农业生产中负压微润灌技术参数的选择及新型节水微润灌技术的推广具有指导意义。     

河套灌区畦田内不同位置土壤入渗特性及影响因素分析

为明确河套灌区畦田田块不同位置土壤的入渗特性,通过野外试验和室内检测对试验区田块不同位置土壤理化性质和入渗过程进行分析,并基于土壤入渗模型对试验区田块不同位置的土壤入渗过程进行拟合,同时探讨影响土壤入渗过程的影响因素.研究结果表明:试验区田块内不同位置土壤理化性质及入渗特性具有一定差异性且不同位置土壤入渗特性与土壤理化...     

滴灌条件下积水区特性的试验研究

滴灌条件下供水强度大于土壤入渗速率时,地表产生积水区,滴灌条件下地表的积水区与土壤质地和滴头流量有关,且积水区的运移是规律的。当供水与入渗达到平衡状态时,积水区稳定。通过试验,研究不同土质在相同滴头流量下积水区运移规律,同种土质在不同流量条件下积水区运移规律,分析其影响因素,得到滴灌条件下积水区的运动符合幂函数关系。