基于EMD方法的土壤入渗空间异质性及其影响因素研究

利用经典统计学方法和经验模态分解方法(EMD),分析了杨凌区、武功县和乾县临平镇一带0~40cm土层土壤物理性质(初始含水率、体积质量、有机质、颗粒组成)和入渗性能(90min累积入渗量、初始入渗率、稳定入渗率)的空间变异性,研究了EMD分量对变异的贡献率,并进一步对多尺度下土壤入渗性能与土壤物理性质进行了相关性分析。结果表明:1土壤物理特性空间序列中,除土壤体积质量变异系数为0.08、表现为弱变异外,含水率、颗粒组成及有机质均表现为中等变异,变异系数为0.11~0.35;2对于土壤入渗特性,稳定入渗率、90min累积入渗量和初始入渗率均表现为中等变异,且三者变异程度依次减弱;3EMD分解研究发现:小尺度分量对土壤入渗性能总变异的贡献率比大尺度分量高;不同的土壤物理性质对土壤入渗性能的影响随尺度变化。     

层状夹砂土柱室内积水入渗试验及模拟

为了研究夹砂层对入渗强度、湿润锋行进和沿程土壤含水率变化的影响，进行了室内层状夹砂土柱一维薄层积水入渗试验和相应情况下均质土柱的对照试验。结果表明，当湿润锋到达夹砂层上界面后，层状夹砂土柱的入渗过程与均质土入渗表现出明显不同。在湿润峰穿过夹砂层上界面时入渗率有较大波动，且最终进入稳渗阶段，其稳渗率明显小于同时刻均质土柱入渗率；当湿润锋穿过夹砂层后，夹砂层内的土壤含水率明显小于其饱和含水率。根据试验和分析，建立了针对层状夹砂土入渗的S-Green-Ampt模型，该模型可以较准确地反映层状夹砂土柱积水入渗的机     

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.     

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。     

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.     

土壤紧实度估算G-A模型参数的空间变异分析

为了分析土壤入渗空间变异特征并为灌溉系统设计和管理提供依据,基于土壤初始重量含水率、土壤紧实度、土壤黏粒含量和入渗过程数据,利用多元线性回归方法,分析选用土壤紧实度对简化的G-A入渗模型参数进行估算的合理性;通过半方差函数分析,进一步探讨了不同畦田规格下土壤入渗空间变异特征.结果表明:土壤紧实度与土壤质地、结构和含水率关系密切,在与土壤入渗参数的回归关系中达到了系统的显著性要求,采用其对简化的G-A入渗模型参数进行估算是可行的;畦田规格由0.5 hm2扩展到3.0 hm2时,简化的G-A入渗模型参数的变异系数均在0.1~1.0,空间变异程度呈中等,空间结构具有中等相关性,且都可用球状模型进行描述,畦田规格差异对G-A入渗模型参数空间变异程度和空间结构影响不具有统计学意义.     

变异函数在禹城土壤入渗参数分析中的应用

通过野外布点试验,运用地统计学方法,研究了禹城市农田土壤稳渗率的空间分布,结果表明:稳渗率具有较大的空间变异性,服从对数正态分布.空间结构可用球状变差函数模型进行描述.地表层与犁底层稳渗率的相关距离分别为23.7m和17.2m.利用克里格法绘制了稳渗率的等值线图.     

土壤水分入渗特性的时间变异规律研究

以大量的大田土壤水分入渗试验资料为依据,分析农业生产周期内土壤水分入渗特性的时空变异规律。结果表明:给定土壤质地条件下,不同耕作条件土壤入渗能力差异甚大;在农业生产周期内,土壤入渗能力、土壤入渗速度和土壤的稳定入渗率随着耕作条件的发展而呈减小趋势;各种耕作条件土壤水分入渗过程有所不同。研究结果为土壤水分入渗特性的进一步研究和节水灌水技术参数的确定提供参考。     

区域尺度下土壤入渗特征参数的空间变异性研究

以华北平原中等区域尺度下农田土壤作为研究对象,利用双环入渗仪测定土壤入渗曲线,并利用经典入渗模型来率定入渗特征参数,同时采用经典统计学和地统计学方法来研究区内土壤入渗参数空间变异性特征。结果发现:适宜于该区域土壤入渗特征参数计算的是Horton和Kostiakov模型;各入渗特征参数具有中等的变异程度并服从正态分布。在区域尺度内各入渗特征参数空间变异程度受空间异质性影响较大,各入渗参数的空间自相关距离在2 979.12~4 079.11m。利用Kriging插值结果分析表明:区域上农田土壤入渗参数受到人为随机性影响较大,空间上并没有明显的规律性。     

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。     

河套灌区渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响

【目的】探究渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响及其变化规律。【方法】以河套灌区典型斗渠规模的渠道水深对渠床土壤入渗特性的影响为对象,采用水位下降静水法入渗试验,分析了渠道水深对累积入渗量、入渗率、渗漏强度的影响。【结果】(1)在同一渠道水深条件下,土壤累积入渗量随着渗漏用时的延长而增加;土壤入渗率和渠道渗漏强度均随渗漏用时逐渐减小并最终趋于稳定。(2)不同渠道水深条件下土壤累积入渗量、土壤入渗率和渠道渗漏强度均呈现出随水深的增加而增大的趋势。(3)在渠道水深作用下渠床土壤含水率动态分布受基质势梯度、土壤导水率及湿周的影响较大。【结论】渠道水深对渠床土壤入渗特性中的累积入渗量、入渗率、渗漏强度及渠床土壤含水率动态分布均有较大影响,且前三者均随水深的增加而呈现指数规律增大,并且在不同渠道水深的相近入渗特性下最优水深为70 cm。     

人工模拟暴雨条件下紫色土坡耕地入渗过程研究

结合室内物理化学试验等研究手段,运用人工模拟降雨法,分别探讨了不同暴雨强度,地面坡度及聚丙烯酰胺(PAM)加入量对紫色土坡耕地降雨入渗率的影响.研究结果表明,随着降雨强度的增大,稳定入渗率有增大的趋势;在0°～10°范围内随着坡度的增大紫色土坡面入渗量随之增加;PAM的加入可以较大程度促进土壤水分的入渗,提高稳定入渗率...     

田间膜下滴灌土壤水分运动特征试验研究

通过田间试验,分析了滴灌条件下土壤水分运动过程,以及湿润体变化特征,结果表明地表积水半径达到稳定的时间和达到的稳定值随着滴头流量的增大而增大,地表积水半径稳定值与滴头流量符合乘幂关系。水平湿润半径随着入渗时间的增加而逐渐变大,在入渗的开始阶段湿润半径增加的速率较大,随着时间的延长速率逐渐变慢。滴头流量大,相同时刻的湿润体水平距离大,故水分运动快,反之水分运移越慢。湿润半径差值随时间的延长而不断增加。通过分析滴灌水平湿润锋和入渗时间之间关系可知,水平湿润锋和入渗时间之间存在着显著的幂函数关系,其中的拟合系数与滴头流量有关。     

入渗水头对土壤入渗参数的影响

通过室内试验,对水平土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,对入渗指数有一定的影响,入渗系数和入渗指数均随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势。这一研究成果为进一步研究蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性奠定基础。     

畦灌土壤入渗参数的空间变异性及其对灌水质量的影响

针对畦灌,研究了Kostiakov模型入渗系数K和入渗指数α的空间变异性及其对灌水质量的影响。根据2008年在河北吴桥进行的棉花播前灌水试验数据,采用最优模式搜索技术估算土壤入渗参数并分析其空间变异性,进而采用地面灌溉模拟软件SRFR模拟了土壤入渗参数空间变异性对灌水质量的影响。结果表明,当其它灌水技术要素相同时,灌水均匀度和灌水效率对K和α的响应关系均为单峰型二次曲线。K的稳定区间较大,α的稳定区间较小,当二者在小值范围内变化时,灌水质量的波动较为平缓;当二者在大值范围内波动时,会引起灌水质量的急剧变化。因此,在畦灌设计过程中,土壤入渗参数的差异性不容忽视。     

肥液浓度和生物质掺混量对微润灌溉入渗特性的影响

为了探明肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉土壤水分入渗特性的影响,采用室内土箱模拟试验的方法,设置3个肥液质量浓度水平(清水F₀:0 mg/L,低浓度F_L:200 mg/L,高浓度F_H:400 mg/L)和4个生物质掺混质量比水平(自然风干土B₀:0 g/kg,低掺混量B_L:15 g/kg,中掺混量B_M:30 g/kg,高掺混量B_H:45 g/kg),以发酵腐熟花生壳粉末为掺混生物质,研究微润灌溉的水分入渗速率、累积入渗量、湿润体体积以及湿润体质量含水率的分布特征.试验结果表明:肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉的初始入渗速率、稳定入渗速率、累积入渗量和湿润体质量含水率均值影响均具有统计学意义.与水平F₀B₀相比,增加肥液质量浓度和生物质掺混质量比可提高初始入渗速率13.02%~44.85%、稳定入渗速率13.50%~48.78%、累积入渗量5.65%~56.62%和湿润体质量含水率均值6.62%~30.09%;不同入渗时间内的累积入渗量符合Kostiakov模型;湿润体体积随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大,且湿润体体积与入渗时间呈二次多项式关系;湿润体剖面面积和灌水均匀系数随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大.