入渗水头对盐碱土水盐运移影响的试验研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,分析了不同水头作用下湿润峰、累积入渗量、土壤含水量、电导率及Cl-浓度的变化特征。研究结果表明,不同水头条件下湿润峰和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,影响顺序为10 cm>5.0 cm>2.5 cm;在脱盐区不同入渗水头土柱剖面的土壤含水量、电导率及Cl-浓度分布基本一致,而在盐分累积区,随着入渗水头的增加积盐深度减小,无论是入渗结束时还是再分布15 h,不同入渗水头脱盐效果有明显差异,表现为2.5 cm>5.0 cm>10 cm;随着入渗水头的增大,脱盐区深度略有增加,入渗结束时装土容重1.35、1.45 g/cm3的入渗脱盐深度与湿润峰的比分别为0.682和0.690,再分布条件下的比分别为0.619和0.632,在不同入渗水头作用下,再分布过程土壤的水盐运移比入渗过程缓慢。     

土壤膨胀性对降雨入渗产流影响试验

入渗产流是水循环的重要环节,膨胀性土会改变土壤水分运动参数,从而对降雨入渗产流过程产生影响。以具有膨胀性的黄绵土和娄土为研究对象,在室内模拟降雨条件下,研究了土壤膨胀性对4种厚度(分别为10、20、30、40cm)的土壤容重、累积入渗量、径流强度等土壤水分运动参数的影响,并采用Philip公式、Kostiakov公式和Horton公式对土壤水分运动特征曲线拟合。结果显示:各种厚度的膨胀性土壤受到膨胀力和重力双重作用均导致表层0~10 cm土壤平均干容重相对减小,10 cm以下深度土壤干容重随深度增加而相对增加。随着土壤厚度增大,黄棉土和娄土的土壤累积入渗量变小。径流强度随历时增加而增加,然后稳定,且因不同土层土壤颗粒稳定性不同影响波动幅度。Philip公式拟合效果不理想,Kostiakov公式只适用于土壤饱和段的拟合,而Horton公式考虑到膨胀土体积变化影响土壤饱和过程中土壤水入渗速率,适用于初始入渗至稳定入渗的过程。     

水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响

为了解水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响,通过室内滴灌入渗模拟试验,研究了滴灌条件下西安粉壤土在不同水温(4,20,30,40 ℃)时的水分入渗特性．结果表明:水平和垂直湿润锋运移距离均随着入渗时间的延长而增大,相同入渗历时,入渗水温越高,滴头流量越大,入渗的水量越多,湿润锋运移距离越大;分别建立了滴灌条件下不同温度水分入渗时水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和水温的关系模型,其相关系数均大于097．湿润体的平均含水量与入渗水温和时间密切相关,入渗水温越高,土体平均含水量越小;含水率等值线随着到滴头距离由近到远而从疏到密分布,离滴头越近,土壤含水率越高;随着入渗水温的不断升高,入渗到同一深度所需时间逐渐减小,对土层温度的影响越大,在入渗400 min内以土面至土面以下15 cm深度范围内的土温变化更为突出．结论可为更合理发展滴灌技术提供参考依据．     

含钠盐量变化对土壤水分入渗特性影响的试验研究

【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。     

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。     

珍珠岩粒径对土壤水分运移的影响

【目的】探究不同粒径珍珠岩对土壤水分运移的影响。【方法】设置大(1～3 mm)、中(50～200μm)、小(<50μm)3种粒径珍珠岩处理,对其表面结构进行扫描电镜观察研究各处理的吸水及在不同温度下的保水性能;向土壤中施加大、中、小3种粒径珍珠岩,通过盆栽与土壤水分入渗试验,探究其对土壤水分的影响。【结果】通过扫描电镜观察到珍珠岩表面孔隙随粒径的减小,孔隙数量减少,且孔径也减小,小粒径(<50μm)珍珠岩不具有孔隙;通过不同温度下珍珠岩持水量测定,表明大粒径(1～3 mm)与中粒径(50～200μm)珍珠岩在常温下具有一定的吸水性和保水性,中粒径珍珠岩在3个处理中吸水量最大,保水性最好;通过盆栽试验,发现大粒径与小粒径珍珠岩能促进土壤水分的蒸发,减少土壤水分,中粒径珍珠岩在土壤中具有一定的保水性;通过水分入渗试验,发现大粒径与中粒径珍珠岩能促进土壤水分入渗,土壤累积入渗量和湿润锋深度随着珍珠岩粒径增大而减小,Horton公式拟合更适合本试验的入渗模型。【结论】不同粒径的珍珠岩对土壤水分运移影响不同。大粒径珍珠岩具有疏松土壤,增加土壤水分散失的作用;中粒径珍珠岩能良好地协调土壤水气状况,促进土壤水分入渗,并且有一定的保水能力;小粒径珍珠岩会对土壤造成不良影响,不宜作为土壤添加基质。     

秸秆条施对土壤水分运移分布的影响

通过室内试验,研究了秸秆条施深度对一维垂直入渗情况下土壤水分入渗和分布的影响。结果表明,1秸秆条施深度对累计入渗量有影响,相同入渗时间下不同条施深度的累计入渗量大小顺序为:深6 cm宽4 cm深4 cm宽4 cm深2 cm宽4 cm不施秸秆;2秸秆条施深度对垂直湿润锋运移距离大小顺序与累积入渗量大小顺序相同;3不同秸秆条施深度的土壤含水率的分布规律相似,土壤含水率等值线在秸秆条施附近近似呈半圆形,在湿润锋附近近似为直线,且距离秸秆条施处越远,土壤含水率分布曲线越密集;相同入渗时间下,深6 cm宽4 cm处理土壤平均含水率最高,其次是深4 cm宽4 cm处理。秸秆条施深度对于土壤水分运移分布有影响。     

套管长度和灌水器流量对涌泉根灌入渗特性的影响

为确定黄土高原苹果涌泉根灌时的适宜应用参数(流量和套管长度),选用PP棉滤芯作为配套套管进行室内土箱试验,探究灌水器流量和套管长度对其入渗特性的影响.试验结果表明:大灌水器流量有利于土壤水分在垂直方向上的运移;流量越大,灌水结束时和土壤水分再分布后,湿润体的体积、湿润体内高含水区域范围以及含水率的最大值也随之增大.套管内积水可增大入渗面和入渗水势梯度,从而使土壤水分的运移速率明显增大.灌水器流量和套管长度的交互作用会直接影响土壤水分在水平和垂直方向上的运移,当灌水器流量为12 L/h、套管长度为40 cm时所形成湿润体的体积最大,湿润体内水分分布更均匀,最有利于土壤水分在水平和垂直方向上运移.     

微咸水入渗土壤水盐运移特征分析

提高水分的淋洗脱盐效率也是节水的一个重要途径。通过室内垂直入渗试验研究了淋洗水量、入渗水质和土壤初始含水量对土壤脱盐状况和水分洗盐效果的影响。结果表明,脱盐深度随入渗水量的增加呈幂函数增加,随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而减小;脱盐区土壤平均含盐量随累积入渗量的增加而减少,随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而增加。水分的脱盐效率随淋洗水量的增加呈幂函数减小,随入渗水矿化度的增加线性减少。土壤初始含水量对初期水分脱盐效率有影响,但对后期水分脱盐效率影响不大。对脱盐效率影响因素的分析可以为设计合理的淋洗水量提供参考。     

微咸水入渗条件下的一维代数模型研究

入渗水水质是土壤水分入渗过程的主要影响因素之一,将入渗水水质因素融入淡水入渗模型,可改善其对微咸水入渗过程的描述和计算精度。首先采用淡水条件下的一维代数模型模拟微咸水入渗土壤含水率分布,在对模拟结果对比分析的基础上,将微咸水水质对水分入渗特性的影响归结为土壤孔隙率发生改变的结果,从而建立了微咸水入渗条件下的一维代数模型,验证结果表明模型的计算精度较高。改进模型便于描述微咸水灌溉条件下的土壤水分运动,为在实际生产中预测预报土壤水分特征提供了新的方法。     

地下水浅埋下的层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示地下水浅埋下的波涌畦灌层状土间歇入渗水分入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土BC-GA(Brook-Corey和Green-Ampt)改进入渗模型,确立了层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润深度的函数关系,表明其湿润锋面水吸力随深润深度的增加逐渐减小,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力变化是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数,周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大;根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大,供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。     

裂隙网络对坡面流及土壤水分入渗影响

为研究裂隙对坡面流及土壤水分入渗的影响，通过染色示踪试验，对染色示踪图像进行二值化处理，提取出各像素点染色信息。对染色信息及试验数据处理得到径流量、土壤水分入渗量等参数，进而分析裂隙网络对入渗深度、染色面积、坡面流及土壤水分入渗的影响。结果表明，裂隙网络的存在减小了坡面径流系数，增大了降雨入渗系数；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均径流系数减小了 0.42，降雨入渗系数增大了0.53；30 mm/h 雨强裂隙试验平均径流系数减小了 0.15，降雨入渗系数增大了 0.38。裂隙网络的存在增大了剖面的入渗深度、染色面积；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了 21.34 cm，平均染色面积增大了36.0%；30 mm/h雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了5.70 cm，平均染色面积增大了9.5%。     

裂隙网络对坡面流及土壤水分入渗影响

为研究裂隙对坡面流及土壤水分入渗的影响，通过染色示踪试验，对染色示踪图像进行二值化处理，提取出各像素点染色信息。对染色信息及试验数据处理得到径流量、土壤水分入渗量等参数，进而分析裂隙网络对入渗深度、染色面积、坡面流及土壤水分入渗的影响。结果表明，裂隙网络的存在减小了坡面径流系数，增大了降雨入渗系数；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均径流系数减小了 0.42，降雨入渗系数增大了0.53；30 mm/h 雨强裂隙试验平均径流系数减小了 0.15，降雨入渗系数增大了 0.38。裂隙网络的存在增大了剖面的入渗深度、染色面积；较无裂隙试验相比，50 mm/h 雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了 21.34 cm，平均染色面积增大了36.0%；30 mm/h雨强下裂隙试验平均入渗深度增大了5.70 cm，平均染色面积增大了9.5%。     

沟灌条件下灌水沟入渗特性研究

为探明沟灌时灌水沟的水分入渗规律,从沟灌二维入渗过程、入渗湿润锋运移特性、累计入渗水量变化过程、土壤含水量分布等方面研究了沟灌的入渗特征及其影响,研究表明：灌水沟中水深、沟底宽、湿周对沟灌入渗过程均有明显影响。沟中水深增大,有利于加大侧向入渗,垂向入渗减少,而水深减小,会加大垂向入渗,增加深层渗漏。灌水沟底宽不影响灌水沟的侧向入渗,仅影响垂向入渗,底宽减小,垂向入渗深度相应减小,且土壤表面以下40 cm深以内水平向入渗深度平均值与最大垂向入渗深度的比值在沟底宽小时均大于沟底宽大时。合理的断面形式和大小有利于减小垂向入渗,加大水平侧向入渗,灌水沟断面形式为梯形断面时,宽深比近似为2效果最优。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

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。     

微成水入渗土壤水盐运移特征分析

提高水分的淋洗脱盐效率也是节水的一个重要途径。通过室内垂直入渗试验研究了淋洗水量、入渗水质和土壤初始含水量对土壤脱盐状况和水分洗盐效果的影响。结果表明，脱盐深度随入渗水量的增加呈幂函数增加。随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而减小；脱盐区土壤平均含盐量随累积入渗量的增加而减少，随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而增加。水分的脱盐效率随淋洗水量的增加呈幂函数减小，随入渗水矿化度的增加线性减少。土壤初始含水量对初期水分脱盐效率有影响，但对后期水分脱盐效率影响不大。对脱盐效率影响因素的分析可以为设计合理的淋洗水量提供参考。     

滴灌水温对土壤入渗和土壤温度的影响

为了解水温对滴灌土壤入渗特征和土壤温度的影响,研制一套恒温试验装置,可使水温变化控制在±0.5 ℃范围内,选择5,20,35 ℃作为试验水温,进行不同水温室内滴灌入渗试验,分析各水温下土壤水分入渗和土壤温度变化特征.结果表明:在相同时段内,随滴灌水温升高,水平和垂直湿润锋运移距离增大,垂直湿润锋运移速率增大.分别建立水平、垂直湿润锋运移距离与入渗时间和滴灌水温的关系模型,决定系数R²均大于0.99.湿润土体平均含水量与入渗时间关系不大,但随入渗水温的升高而减小.土壤水分扩散率与水温成正比;水温升高,饱和导水率随之增大,二者呈指数函数关系;土壤吸持水分的能力随温度的升高而降低.不同灌溉水温改变了土体中的温度分布,随着距滴头距离的增加,由水温引起的土壤温度的变化量逐渐减小.结论可为指导大田和温室滴灌技术提供理论依据.     

容重对红壤区地下滴灌水分入渗能力影响研究

为分析红壤区容重对地下滴灌水分入渗能力的影响,采用室内试验模拟容重对红壤地下滴灌水分运动规律的影响。结果表明:随着容重的增大,湿润锋、累计入渗量及入渗率均逐渐减小,但容重越大,减小的幅度越小,且累计入渗量和稳渗率与容重均呈幂函数负相关关系;在灌水结束及重分布期间,容重对含水率的分布均有显著影响,灌水结束时间越长,容重的影响越弱,在灌水结束及重分布1 d,20 cm深度土壤含水率最高,而重分布3 d时,30 cm深度含水率最高。通过Kostiakov入渗模型表明,容重对土壤初渗率及入渗率的衰减速度均有显著影响,土壤初渗率随容重增大而减小,而入渗率的衰减速度随着容重的增大而增大。     

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。     

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。