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。     

天然沸石对土壤水分运动特性及水稳性团聚体的影响

【目的】为研究沸石对土壤水分运动及团聚体分布的影响。【方法】向土壤中加入0%、5%、10%、15%、20%的沸石,进行室内土柱试验和水稳性团聚体分析试验,研究了施加沸石对土壤水分运动和土壤水稳性团聚体的影响。【结果】①沸石可以减小土壤累计入渗量和入渗速率,并阻碍湿润锋的推进,与对照组相比,添加沸石试验组的累计入渗量和入渗率不断减小,添加20%沸石,累计入渗量、入渗率、湿润锋减小幅度最大;②利用Kostiakov和Philip入渗模型拟合试验数据,Kostiakov模型和Philip模型拟合后R2均大于0.99,拟合效果较好,拟合参数A、S均小于对照组,进一步验证沸石有减缓入渗的作用。③沸石对水稳性团聚体及分形维数的影响与其添加量有较大关系,沸石施加量由0增加到10%时,≥0.25 mm土壤水稳性团聚体的量、分形维数分别由10.8%增加到18.3%、2.69减小到2.58,沸石施加量继续增加到20%,≥0.25 mm团聚体量减小至6%,分形维数增大至2.72。【结论】沸石能够减缓土壤水分入渗过程,在一定量的施加范围内,沸石能增大土壤中水稳性团聚体量。     

黄土区空闲坡耕地地表径流产沙近似解析模型

准确地预测农田地表径流是实现农业面源污染控制的基础,根据降雨和地表径流的运动特征,耦合Green-Ampt模型累积入渗量显函数、运动波模型和稳态的产沙模型,建立了降雨条件下的坡面产流产沙近似解析模型。该模型通过线性表示入渗率和水深之间的关系近似求解了运动波方程,通过设置30~90 mm/h的5种不同雨强的模拟降雨试验,推求模型参数并验证模型精度,并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:(1)径流和泥沙的模型计算值与实测值吻合较好,且模型更适合于模拟60 mm/h雨强下的产流产沙过程,曼宁糙率系数均分布在0.00026~0.00029 min/cm^1/3,入渗率参数c与雨强的关系可以用指数函数c=9×10^-4p^-0.644对其进行描述,产沙模型中的参数a和b分别分布于0.13~0.15和0.10~0.12,由于泥沙运动的偶然性因素,产沙过程的模型模拟精度低于径流过程。(2)当c取值为0~0.05时,Dif值变化较小,即地表径流对入渗率参数c敏感性较弱;径流产沙过程中,Dif值随参数a和b的变化均有不同程度的波动。总体来看,径流产沙率对径流冲刷系数a比雨滴侵蚀系数b更为敏感。     

蚯蚓粪对黄土区坡耕地径流产沙和硝态氮流失特征的影响

蚯蚓粪对土壤入渗和水稳性团聚体组成均有显著影响,通过在黄土区空闲农田坡耕地试验小区采用混施和层施的方式分别施入0,200,400,600,800 g/m^2 5个不同梯度的蚯蚓粪,研究其对降雨条件下坡面径流泥沙和养分流失的调控作用。结果表明:(1)2种施加方式均有效延缓了产流起始时间,且层施800 g/m^2处理下的产流起始时间较CK推迟了3.88 min,延缓效果最为明显;(2)层施800 g/m^2处理下可以显著减小产流前期的径流增大速率,并推迟进入稳定入渗阶段的时间,累积径流量随时间的变化均可以很好地用幂函数描述;(3)混施和层施800 g/m^2的2种处理下,稳定产沙率分别较CK显著减小79.61%和86.74%;累积泥沙量随时间变化均可以用幂函数描述,且初始产沙率均随蚯蚓粪施加量的增大呈显著减小趋势。(4)较混施而言,层施可以显著减小径流中硝态氮的浓度,且施加量越大,效果越明显。总之,蚯蚓粪施入均会对黄土区空闲坡耕地水土养分流失起到一定的调控作用,当施加量较大且施加方式为层施时,可以起到良好的保水控沙控肥效果。     

微咸水膜下滴灌不同灌水量对水盐运移和棉花生长的影响

在新疆巴州水管处重点灌溉试验站进行了不同微咸水灌水量(分别为300mm,337mm,375mm和412.5mm)的棉田膜下滴灌试验,研究了不同微咸水灌水量对棉田不同水平位置和垂直深度处的土壤水盐运移影响,分析了在不同灌水量下棉花生长及产量的变化,以寻求适宜棉花生长的膜下滴灌灌溉制度。结果表明:在棉花生育期内,土壤0—40cm深度宽行土壤含水量随灌水量变化波动较小,窄行及膜间土壤含水量随灌水量变化波动较大,膜间土壤含水量较宽行窄行要小;棉花生育期内滴头下方0—20cm的土壤含盐量均有减小,20—40cm土层的土壤含盐量随灌水的波动较大,灌水量较小的土壤含盐量较大,375mm灌水量对棉花根区土壤盐分淋洗的效果最好;随着灌水量的增加,宽行0—40cm土壤盐分均有一定程度的累积,窄行土壤均表现为脱盐,而膜间土壤由脱盐转变为积盐;种植区总的脱盐率分别为-12.8%,-33.3%,89.0%和94.4%;微咸水灌水量较大的棉花株高和茎粗变化较快,叶片数越多,叶面积越大;在棉花生育期末不同灌水量处理对铃重影响较大,且灌水量越大棉花产量越大,籽棉产量分别为4 681.35,5 052.45,5 006.85,5 817.90kg/hm2。     

变雨强对黄土坡地水土养分流失机制研究

通过人工降雨装置模拟了一次降雨事件中3种雨强变化(100,130,160mm/h)对黄土坡地径流、泥沙及养分含量变化的影响。结果表明:(1)降雨过程中,雨强的变化是影响地表产流的重要因素,雨强由大到小降低的产流量明显高于雨强由小到大渐增的产流量;(2)径流产沙过程中,雨强由小到大渐增的降雨产流携沙量最多,对坡面土壤侵蚀最严重;(3)变雨强对养分流失影响与径流相似,雨强由大到小降低的降雨养分流失累计量高于另外2种降雨,表明初期雨强较大的降雨对于坡地养分流失最严重。     

凹凸棒土对土壤水分运动基本参数的影响

通过向土壤中均匀添加不同含量(0,10,20,30,40,50,60g/kg)凹凸棒土(ATP)来研究其对土壤水分运动及土壤水动力学参数的影响。结果表明,随着ATP含量的增大,土壤入渗速率、累积入渗量减小,Philip公式中的吸渗率S和稳渗率A均减小,Kostiakov公式中入渗系数K减小,经验指数β增大;土壤持水性随着ATP含量的增加而增大,van Genuchten公式中滞留含水率θr减小,饱和含水率θs增大,进气值的倒数α增大,形状系数n减小;利用van Genuchten公式中的相关参数对非饱和土壤导水率、非饱和土壤水扩散率及容水度进行计算,结果表明随着ATP含量的增加,非饱和土壤导水率、扩散率及容水度都呈减小的趋势,利用经验公式对非饱和土壤水扩散率进行拟合,其相关性较高。综合分析可知,加入ATP后的土壤有一定的阻渗作用,持水能力增强且土壤中的大孔隙减少,在一定程度上具有改良土壤的作用。     

地下水埋深对污灌氯离子地下水环境影响试验研究

地下水埋深是影响污灌污染物在土壤-地下水系统中运移特性的主要因素之一。通过室内污水入渗试验,研究了不同地下水埋深条件下污灌污染物氯离子在土壤中的运移特性及对地下水环境的影响。研究结果表明:地下水埋深的不同,导致了土壤内水分分布的差异,同时造成了污灌污染物迁移路径的不同,从而影响了污灌污染物在土壤-地下水系统中的运移特性。土壤氯离子增量随地下水埋深增加而增大,地下水中氯离子浓度随地下水埋深增加而减少,埋深越浅,氯离子污染地下水环境的程度越大。     

土壤间歇入渗水肥耦合特性试验研究

为研究肥液浓度对施肥条件下土壤间歇入渗特性的影响，通过不同肥液浓度土壤间歇入渗试验，分析了不同肥液浓度波涌灌溉土壤间歇入渗水肥耦合特性。结果表明：在周期入渗时间相同时，土壤间歇入渗量与间歇入渗率均随肥液浓度的增加而增大，在间歇入渗的的第一周期表现明显，以后各周期这种差异变化随周期数的增加而变缓。同时分析了土壤间歇入渗量随肥液浓度增渗的机理，提出了不同肥液浓度土壤间歇入渗量计算模型，建立了不同肥液浓度土壤间歇入渗参数与清水连续入渗参数的关系，实现了根据清水连续入渗资料与肥液浓度确定波涌灌溉肥液间歇入渗量。实例计算表明，该方法可简单而有效地确定土壤间歇入渗量。     

膜孔灌溉田面综合糙率系数的确定

根据膜孔灌溉田面水流运动特性，建立了膜孔灌溉田面水流运动零惯性量数学模型，并将其与优化理论相结合，提出了确定膜孔灌田面综合糙率系数的优化模型。实例计算与方法验证表明，该方法能够简单而有效地确定膜孔灌溉田面综合糙率系数。该研究成果为膜孔灌溉理论与技术的进一步研究奠定了基础。