施加PAM的坡地降雨入渗过程及其模型研究

作为一种新型高效的土壤结构改良剂 PAM,在一定条件下能显著地提高土壤入渗能力 ,减小坡面径流。采用室内人工模拟降雨试验 ,研究了不同 PAM覆盖度下降雨产流随时间的动态变化及其与雨强、坡度的关系 ,以及入渗率随时间的变化规律 ,分析了 PAM、坡度、雨强对入渗率的影响。结果表明 ,地表施加 PAM后土壤的入渗率及稳定入渗率都比未施 PAM显著提高。通过对比施加 PAM后 Kostiakov入渗模型与 Horton入渗模型的显著性 ,表明 Horton入渗公式的适用性更好     

调控亏水度灌溉对成龄桃树生长和产量的影响

自1988到1990年,在北京市林业果树研究所桃园17年生的桃树上进行了调控亏水度灌溉法(RDI-Regulated Deficit Irrigation)的试验研究。试验设有3个灌溉水平,即在果实细胞分裂完成后至快速膨大前的一段时间内果实的缓慢生长阶段(RDI期间),分别按80％(对照),40％,20％美国A级皿蒸发量补给。测得的各处理桃树的叶水势情况为:在RDI期间供水量少(处在水应力状态)的桃树,其叶水势较对照低(负的最值大);当RDI结束后各处理同样充分灌水,结果表明,此间曾经受过水应力作用的桃树的叶水势较对照(80％)高(负的量值小)。这种水应力作用的结果表现在对桃树生长量的影响上为:RDI期间,枝条的生长量明显为水势的降低所抑制;而在后期桃果实快速膨大时,经受过RDI的桃树上的果实因水势较高而膨大更快,收获时单果重更大,成熟果实略多,从而提高了产量。另外经受RDI的果树用水量明显减少,从而大幅度提高了水的利用效率。     

电容式传感器测量水流泥沙含量的研究

首次提出了电容法测量水流含沙量的测量方法 ,并研制了两种结构形式的电容传感器 ,尝试测量了水流中泥沙含量与传感器输出间的关系 ,以及温度、径流流速、土壤种类、土壤含盐量对传感器响应特性的影响。结果表明 ,水流泥沙含量与传感器的输出呈线性关系 ;传感器的输出随温度的升高而逐渐增大 ;流速、土壤种类、土壤含盐量对传感器的输出影响较小。     

滴灌湿润比的有理设计方法及应用

由滴头下水平、铅直湿润距离与时间关系及湿润土体的形状,首次提出并验证了湿润宽度与时间关系函数及其经验常数间应满足的约束条件。首次提出了据此进行湿润比有理设计的方法,可用于计算湿润范围不超过计划湿润深度时湿润比的计算方法,湿润范围超出计划湿润深度时湿润比及渗漏湿润土体、渗漏水量的计算方法。由滴头下湿润锋的实验结果,求出了湿润距离与时间关系表达式的系数,并给出了不同条件下进行湿润比有理设计的实例。     

WEPP细沟剥蚀率模型正确性的理论分析与实验验证

基于物理过程基础上的WEPP土壤水蚀预报模型将坡面侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀,建立了独立的细沟间模型和细沟模型.其中细沟侵蚀产沙方程从概念上可以预报细沟侵蚀过程,但没经实验或理论验证.该文经过理论分析表明,WEPP模型中的剥蚀率是水流含沙量的线性函数,并由给定的试验条件计算得到了函数中的参数.将理论分析结果和已有的实验结果进行了比较,验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.同时将已得到的确定细沟剥蚀率的微分方程代入细沟侵蚀产沙方程并求解,从理论上得到了含沙量随沟长变化的函数关系.将理论分析结果和由实验所得的结果进行了对比,进一步验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.该文从细沟剥蚀率和产沙量两方面对WEPP模型中细沟侵蚀产沙模型进行了验证.     

产流积水法测量降雨侵蚀影响下坡地土壤入渗性能

坡地土壤降雨入渗性能与下垫面对降雨的再分配过程密切相关。该文提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的产流积水法。由水量平衡原理，根据径流在坡面上推进的过程和积水情况下积水深度随时间变化的过程，推导得到了计算土壤入渗性能的数学模型。采用两种工况：1)雨强为60 mm/h、坡度5°、径流面与入渗面长度比为1∶2；2)雨强30 mm/h、坡度20°、径流面与入渗面长度比为1∶1。进行室内试验，计算得到了两种工况的入渗性能曲线。分析了这种新型测量方法和计算模型的合理性。将时段降雨量和累计入渗量进行对比，估计了两种工况的测量误差。该方法可以克服传统的降雨器和双环入渗仪方法的不足，用于测量坡地降雨、径流、土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗性能过程曲线。为相关研究提供有力的工具。     

估计作物吸水强度的动态模拟方法及其应用

本文根据现代控制理论中“黑箱”理论的思想,提出了一种直接采用土壤水瞬态运动模拟方法求得吸水项的方法,从而省去了试图估计根系分布的困难。并且在估计方法中采用线性系统的叠加原理,对SPAC系统进行分解与叠加,将异常复杂的SPAC系统的求解过程简化为对几个相对简单得多的子系统的求解,从而使得相应的求解与验证实验更加简单和方便。给出了采用交替方向的P—R有限差分二维模拟算法的计算表达式。并在估计桃树吸水模型中得到应用。提出了修正的桃(果)树吸水模型(函数)及其参数估计方法。对方法及模型的正确性进行了验证。     

用水平土柱与Green-Ampt模型方法测量土壤入渗性能的原理与误差

土壤入渗是自然界水循环中的一个重要环节。研究提出了一种新的方法，根据水量／物质平衡原理和水平土柱中土壤剖面含水率分布所遵循的Green—Ampt模型中的活塞假定，测量和计算土壤入渗性能。用天然容重下的风干砂壤土，通过室内水平土柱试验，说明了获取数据的实验方法、过程，并利用提出的数学模型计算得到土壤入渗性能曲线。利用测量得到的土壤入渗性能回归计算得到的入渗水量分别与实际供水量和由土壤含水率的实际分布计算得到的入渗水量进行对比，得到相对误差分别为11．5％、15．89％，而实际供水量与由土壤含水率实际分布计算得到的水量之间的相对误差只有1．02％，说明了该方法的测量精度以及方法精度有进一步提高的可能性。该方法与传统的土壤入渗率测量方法相比，可以测量出土壤初始很高的入渗率，而且试验操作简单，省水，省时，为相关研究提供了有力的工具。     

利用γ射线透射法测量径流含沙量及算法

首次尝试采用γ射线透射法测量土壤侵蚀径流中的含沙量。用两种不同土壤(黄绵土、粘土)、三种含沙量增量(3%、5%、10%)和三种测量时间(6s、10s、20s)进行了含沙量测量实验,以验证用γ射线测量泥沙含量的可行性、确定泥沙含量对γ射线的响应特性。并推导了根据γ射线透射强度计算含沙量的理论计算公式。将实验结果与理论计算值进行对比,以检验理论计算的准确性和测量实验与理论计算的一致性。结果表明,γ射线透射通过泥沙溶液的强度与水流含沙量间有极度显著的线性相关关系,并与理论计算结果高度一致,表明可由γ射线透射强度稳定、可靠、准确地确定含沙量值     

线源入渗仪布水器水力特性的理论分析与试验

布水器是土壤入渗线源测量方法的重要组成部分。该研究提出了一种线源布水器的新型材料与结构。布水器采用特殊的海绵材料制作。从理论上对理想布水器的材料要求进行了深入地分析。在此基础上,选用合适的海绵材料进行试验以确定布水带材料。采用离心机测量了所选用的海绵材料-103~-105 Pa范围内的水分特征曲线。这种材料中的含水量与水吸力之间具有很好的幂指数关系,相关性系数R2=0.948,在低水势时,含水量维持在很低的水平,当水势增加时含水量几乎维持不变。当水势超过一定值后,含水量随着水势的增加急剧增加。用水势连续的概念,分析了水在布水器和土壤界面运动的特征,说明试验中所选用的海绵在水力特征上是理想的布水器材料。给出了布水器的结构。用制作的布水器进行室内试验,地表湿润面积推进过程具有非常好的线性,验证了对布水带水力特性的分析以及试验得到的材料水动力学数据,说明了线源布水器的可行性。该研究将有助于土壤入渗线源测量方法的实际应用,也为相关的研究提供借鉴。