渠床土壤二维稳定入渗率实验及渗漏损失计算

本文针对干旱地区、连续供水的大中型灌区渠道效率评估需要,用保角映射原理简化稳定入渗率的实验计算式;在克服渠床土壤空间变异性影响、改进国外的分离式静水套坑法为合一式静水套统、测定二维稳定入渗率实验法,求得一维流稳定入渗率的二维改正系数r;结合理论计算,可简便求得渠道渗漏损失用于输水效率评估。     

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。     

区域尺度土壤入渗特征参数的变异性研究

以杨凌地区为例,进行野外双环入渗试验研究,运用2种常用模型(Kostiakov模型和Philip模型)对土壤入渗参数进行模拟。在分析土壤特征参数,寻求适合区域尺度的最优入渗模型同时,对土壤的状态变量进行标定并研究标定系数的空间变异性,研究结果表明:Philip模型可作为区域最优入渗模型,土壤入渗特征参数存在明显的空间变异性,标定系数aA比as对模型参数的标定效果好,且在较大范围内存在一定的趋势性,有较好的预测效果。因此,可根据标定系数随机模拟得到某一具体时刻的土壤入渗量的空间分布,为定量分析土壤水分运动、研究土壤水分入渗的空间分布提供理论基础。     

土壤入渗特性应用参数的计算

由于确定土壤入渗参数的双环入渗仪法在方法和技术上存在各种误差,所以其试验结果在相同测试条件下变差很大。这种变差必然扩大土壤入渗特性的空间变异性。为了减少入渗试验的本身误差,本文提出了兼用双环入渗仪法和田间灌水过程测定法取得土壤入渗特性应用参数的方法。对考斯加可夫入渗函数,用双环入渗仪确定其指数,用灌水过程测定法确定或修正其系数。     

充分供水条件下膜孔入渗的Philip模型

通过室内垂直入渗和膜孔入渗试验 ,研究了充分供水条件下膜孔入渗特性 ,建立了充分供水条件下膜孔入渗的 Philip模型 ,分析了膜孔入渗与一维垂直入渗之间的关系 ,可以由一维垂直入渗资料确定充分供水条件下膜孔入渗模型。     

基于空间变异理论的大坝安全监测位移场插值研究

为了利用有限的大坝位移观测资料分析大坝内部位移场情况,将基于空间变异理论的克里金法应用于大坝安全监测位移场,进行插值拟合计算位移等值线。克里金法是以变差函数作为基本工具,在研究区域化变量的空间分布结构特征规律性的基础上,综合考虑空间变量的随机性和结构性的一种数学地质方法。应用克里金法结合某大坝的位移观测资料绘制等值线图,结果表明,该方法能有效地应用于大坝安全监测数据插值拟合,形成位移场等值线,并为大坝安全监测可视化提供基础数据。     

非参数统计理论与人工智能技术在水土空间变异中的应用研究

采用非参数统计理论中的指示克立格与BP神经网络技术,以河套灌区内一典型实验区的土壤水盐预测为例,在一条采样基线上比较了指示克立格与BP神经网络技术的优劣,发现指示克立格与BP神经网络技术在一维空间的土壤水盐预测中能改进普通克立格平滑效应,具有条件模拟的仿真功能,可用于空间水盐插值与预测。     

网格尺度上宁夏平原区土壤水分入渗空间变异性分析

以宁夏平原区从北到南3个典型试验区进行的入渗试验为基础,采用经典统计学方法、Pearson相关系数法以及多重分形方法研究宁夏平原区土壤水入渗水力特性的空间变异性及其与土壤物理特性的相关关系。结果表明,1土壤水力特性中,稳定入渗率、累积入渗量、饱和含水率均具有多重分形特征,且分别在3个试验区都具有较强的空间变异性。2从北到南稳定入渗率和累积入渗量空间变异性呈走强趋势,相反饱和含水率空间变异性从北到南呈走弱趋势。3土壤水力特性均受长距离变异影响,且由高值造成,但是通过分析土壤基本物理特性与土壤水力特性的相关关系及多重分形谱宽度、多重分形谱图、广义维数等,发现3个试验区土壤物理特性的空间变异性各有不同,且造成3个试验区的土壤水力特性及其土壤物理特性的因素也不尽相同。     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

一维水平红壤水分入渗特征与Green-Ampt模型的应用

根据Green-Ampt模型结构上的特点,本文将活塞模型假定应用到一维水平入渗,利用水量平衡原理建立入渗过程累积入渗量、湿润锋位移、入渗率与入渗时间之间的关系。通过室内水平土柱入渗试验,获得两种质地红壤水平入渗试验资料,从而验证一维水平红壤水分入渗各参量的定量关系,并分析了模型的计算结果与实际测定的入渗资料间的误差,结果表明Green-Ampt模型可较好地描述一维水平入渗过程,但仍需进一步修正和改进。     

降水头垂直入渗Green-Ampt模型显式近似解研究

在分析降水头入渗过程的基础上,应用Green-Ampt入渗模型,并假定降水头垂直一维入渗也适用于Philip入渗模型的前提下,通过二模型参数间的转换关系建立了适用于降水头垂直一维入渗的累积入渗量的显式函数,并利用3种不同土壤进行了检验。结果表明,降水头垂直一维入渗的累积入渗量可适用于Philip入渗模型,所建立的降水头垂直一维累积入渗量显函数的整体相对误差分别为1.89%、0.02%、0.10%;均方根误差分别为0.13、0.07、0.08,模型的模拟精度较高,能有效地模拟连续降水头条件下的入渗过程。     

渠道渗漏量的试验及分析方法

应用静水入渗试验、双环入渗试验和渠道引水条件下附近地下水位变化的观测分析及理论公式的模拟计算,对渠道自由渗漏情况下的渗漏量和渠中水深关系进行了综合分析,并对点测渗仪试验方法进行了初步探讨和评价。     

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。     

非饱和土壤有压和无压入渗稳定入渗率间的关系研究

基于非饱和土壤有压和无压入渗试验,分析了土壤有压积水入渗与无压入渗相对稳定入渗率之间的数量关系。结果表明,同一土壤质地条件下,非饱和土壤有压积水入渗的相对稳定入渗率随入渗水头的增加而增大,它们之间呈线性关系;土壤水动力学理论和试验数据都证明了土壤有压和无压入渗相对稳定入渗率间存在确定的数量关系。研究结果可为非饱和土渠床渗漏损失水量的数值模型计算提供依据。     

尿素溶液浓度对一维垂直入渗特性影响的试验研究

通过室内试验分析了尿素肥液浓度对一维垂直积水入渗的累积入渗量、湿润锋以及入渗结束后土壤含水量的分布影响.结果表明:累积入渗量和湿润峰运移距离随着尿素肥液浓度的增大而减小;在不同区域,尿素肥液浓度对土壤含水量分布影响不同,在传导区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而增大,在湿润区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而减小.研究结果可以为农田灌溉施肥技术提供支持.     

不同种植年限压砂地土壤水分入渗过程及模型分析

为探究不同种植年限对土壤水分入渗的影响,利用室内垂直一维土柱入渗试验分析了不同种植年限(2,5,10,20,30,40 a)压砂地土壤水分入渗速率、累积入渗量和湿润锋运移规律,借助4种入渗模型对土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性,通过一维代数模型及相关参数预测土壤剖面含水率分布特征.结果表明:随种植年限增加,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均减小,入渗时间为300 min时,5,10,20,30,40 a的累积入渗量相较于2 a分别减少了27.01%,43.32%,53.22%,54.79%和54.68%,湿润锋运移距离减小了24.84%,38.38%,48.56%,52.67%和54.00%.4种入渗模型的R²从大到小依次为Horton模型、通用经验模型、Kostiakov模型、Philip模型.入渗完成后同一深度土壤剖面含水率呈现出随种植年限增大而减小的趋势,一维代数模型拟合的不同种植年限土壤剖面含水率值与实测值间的MAE均位于0.48%~2.09%,RMSE为0.52%~2.13%,D均大于0.782,t检验P值均大于0.05,说明其可以较好地拟合不同种植年限压砂地水分分布状况.压砂地种植年限越长,水分入渗能力越差、土壤剖面含水率越低,建议通过加强农田管理、休耕等措施实现压砂地可持续发展.     

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。     

氮肥溶液磁化灌溉下土壤入渗特征和水氮迁移规律研究

为探明不同浓度氮肥溶液磁化前后土壤入渗特征和水氮迁移规律,采用恒定磁场强度300 mT对质量浓度分别为0、0.4、0.7、1.1 g/L的硝酸钾溶液进行磁化处理,以未磁化处理为对照,测定各处理溶液的电导率、pH值、溶氧量、表面张力、累积入渗量、湿润锋运移距离和入渗后不同土壤剖面水氮迁移分布。试验结果表明：磁化处理溶液溶氧量显著提高,电导率和表面张力显著减小,并随溶液浓度变化有显著影响,但对pH值无显著影响。氮肥溶液磁化入渗增大了相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,Philip、Green-Ampt、一维代数入渗模型拟合所得参数土壤吸渗率S、饱和导水率K_s以及有效土壤水扩散率■均增大,湿润峰处的土壤水吸力S_f、土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数m均减小,增渗效果随氮肥溶液浓度增大而增大。磁化氮肥溶液可提高土壤持水能力,且随溶液浓度增大持水能力增强,一维代数入渗公式可较好描述不同磁场强度下各浓度溶液土壤入渗结束时的土壤含水率分布情况。氮肥溶液和磁化作用对土壤硝态氮含量的影响呈显著正相关关系,二者共同作用下,磁化高浓度溶液硝态氮含量...     

层状土膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化模拟研究

采用试验与数值模拟相结合的方法，探究了层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化规律。试验设置了3种夹砂层位置，利用HYDRUS-3D模型对层状土膜孔灌肥液自由入渗水氮运移和氮素转化过程进行模拟预测，并进行了验证。研究表明:根据简化膜孔灌入渗量的计算方法，将膜孔灌分为垂直一维入渗和膜孔侧渗，膜孔侧渗量在膜孔入渗量中起主导作用，并且受夹砂层位置的影响较大，随夹砂层埋深的增加而增大，而夹砂层位置对垂直一维入渗减渗作用较小；层状土膜孔灌湿润体的湿润锋面形状与均质土的半球体或半椭圆体有明显不同，并且在土?砂交界处有明显的不连续现象；随再分布时间的延长，土壤湿润体中尿素含量整体呈降低趋势；再分布阶段，膜孔中心处附近铵态氮均大于湿润锋处的，并随着远离膜孔中心方向逐渐减小，铵态氮主要集中分布在夹砂层以上土层中，并且在土?砂界面含量明显增加；随着时间的增加，相同位置处的硝态氮含量增大，水平湿润锋处的硝态氮含量较膜孔中心附近的增加速度快，并在土?砂界面含量较大；尿素转化运移过程中氮素的实测值与模拟值一致性较好，说明氮素链式反应参数选取较合理，模型模拟效果较好。该研究为模拟预测层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移和转化规律提供了理论和方法基础。