微咸水入渗条件下Philip模型与Green-Ampt模型参数的对比分析

近年来，国内外学者对土壤入渗特征进行了大量研究，提出了具有不同特点和用途的入渗模型。随着土壤水分运动理论的发展，模型的发展日益趋于简单化、数值化、理论化，各模型之间的关系越来越紧密，许多学者试图通过对土壤入渗模型中特征参数的对比分析，建立模型参数间的关系，从而为获取相关土壤入渗参数提供手段，便于土壤入渗模型的实际应用。描述土壤水分入渗过程的模型很多，其中Philip和Green-Ampt入渗模型具有明确的物理意义，应用较广泛。王全九等建立了Philip和Green-Ampt两个入渗模型参数间的理论关系，并用实验结果进行了合理性验证。在利用淡水入渗的情况下，发现利用Green-Ampt参数推求Philip公式的参数适用于计算短历时的累积入渗量，而利用Philip模型推求的Green．Ampt参数对于长短入渗时间的累积入渗量计算的精度都比较高。利用淡水入渗得出如上结论，那么当用微咸水入渗时，入渗过程中发生复杂的物理化学作用，所建立的参数关系是否仍然成立？入渗水的矿化度对计算精度的影响如何？都是值得探讨的问题，需要进一步分析研究。本文利用室内进行的垂直一维微咸水入渗实验资料，分别用Philip和Green-Ampt两个入渗模型处理实验资料，分析不同水质对入渗参数的影响，并应用王全九建立的理论关系式互推模型参数，验证该公式在微咸水入渗情况下的精度及分析水质对计算精度的影响。     

微咸水入渗条件下碱土和盐土水盐运移特征分析

通过微咸水入渗实验结果和入渗模型分析实验资料方法研究了碱土、盐土在微咸水入渗条件下土壤水盐运移特性。结果表明:当矿化度在一定范围,相同入渗时间内两种土壤的累积入渗量、湿润锋随入渗水矿化度的增加而增加;不同SAR的微咸水入渗对盐土、碱土入渗能力影响不大,特别是盐土。碱土的水分和盐分运移与入渗水矿化度均呈正相关关系,盐土则不然。     

土壤初始含水量对微咸水入渗特征影响

由于淡水资源短缺,微咸水开发利用成为缓减农业水资源短缺的重要措施。但由于微咸水中含有各种盐分离子影响土壤人渗特征,并对不同土壤初始含水量会表现出不同影响程度。本文进行了不同初始含水量条件下微咸水人渗试验．结果表明在低含水量情况下,土壤累积人渗量随着含水量增加而增加,但在高含水量表现不很明显。同时利用Green—Ampt人渗公式对实验资料进行分析,发现随着含水量增加土壤饱和导水能力增加,而湿润锋处吸力减少,与利用饱和导水能力测定结果相一致。     

微咸水间歇供水土壤入渗特征

为了合理开发利用微咸水,以缓解农业淡水资源短缺的问题,该文通过室内微咸水垂直一维间歇入渗模拟试验,研究了微咸水矿化度为2、3、4、5和6 g/L,及不同周期和循环率下土壤的间歇入渗特性。根据Philip入渗公式分析了吸湿率S与矿化度间的关系。研究结果表明,微咸水间歇入渗符合间歇入渗的一般规律,但微咸水间歇入渗具有增加湿润深度的特点;不同矿化度微咸水累积入渗量和湿润深度不同,土壤吸湿率随矿化度的增大而增大（矿化度6 g/L除外）,间歇入渗第一周期吸湿率最大,以后各周期吸湿率逐步减小,但变化幅度不显著,并趋于稳定。     

微咸水入渗条件下碱土和盐土水盐运移特征分析

通过微咸水入渗实验结果和入渗模型分析实验资料方法研究了碱土、盐土在微咸水入渗条件下土壤水盐运移特性。结果表明：当矿化度在一定范围,相同入渗时间内两种土壤的累积入渗量、湿润锋随入渗水矿化度的增加而增加;不同SAR的微咸水入渗对盐土、碱土入渗能力影响不大,特别是盐土。碱土的水分和盐分运移与入渗水矿化度均呈正相关关系,盐土则不然。     

微咸水入渗下施加石膏对盐碱土水分运动特征的影响

基于一维垂直土柱积水入渗和水平土柱吸渗试验,研究了微咸水入渗条件下,石膏施量(0,0.1,0.2,0.4,0.6kg/m~2)对盐碱土入渗特性及水动力参数的影响。结果表明:(1)微咸水入渗条件下,施加石膏能够降低土壤入渗速率,增加土壤保水性能;随石膏施量的增大,Philip入渗模型吸渗率S逐渐减小并趋于稳定。(2)随着石膏施量的增加,饱和体积含水率增加,而饱和导水率减小,其变化均符合二项式关系。(3)van Genuchten模型参数α值随着石膏施量的增加而减小,而土壤水分特征曲线指数n值增大。(4)土壤水分扩散率随着石膏施量的增加而递减,当石膏施量0.4kg/m~2时,土壤水分扩散率趋于稳定。施加石膏能够改善微咸水在盐碱土中的水分运动特性,提高微咸水利用率。     

Green-Ampt模型与Philip入渗模型的对比分析

土壤入渗是田间水循环的重要组成部分,国内外学者提出了具有不同特点和用途的入渗模型。该文通过对比分析了具有明确物理意义的Philip入渗模型和Green-Ampt入渗模型,建立了两模型参数间的内在关系,并利用一维垂直入渗实验资料对理论关系进行了比较。发现Philip入渗模型对参数精度要求较高,而Green-Ampt入渗模型对参数要求较低     

滨海盐渍土和棕壤咸水入渗特征分析

基于室内均匀土柱一维垂直积水人渗试验,分析了入渗水矿化度对滨海盐渍土和棕壤人渗历时、入渗速率、累积入渗量、平均含水率增量的影响.结果表明,相对淡水入渗,咸水入渗显著增加土壤入渗能力,盐渍土和棕壤入渗能力分别在矿化度为12 g/L和3 g/L时最强,到达25 cm湿润锋处入渗历时分别比淡水少32.5％和38.2％.同一矿化度条件下,通常盐渍土入渗能力较棕壤强;不同矿化度条件下,盐渍土入渗能力差异较小.Philip模型对短历时咸水入渗拟合精度较高,偏差在±0.19％范围内.不同矿化度水入渗,盐渍土湿润剖面平均含水率增量为38.22％～38.85％,棕壤为36.64％～37.82％.     

盐碱土入渗下修正Green-Ampt模型参数确定与验证

为进一步探究盐碱土的入渗机理,实现科学的盐碱土农业生产与灌溉,基于传统Green-Ampt模型,根据盐碱土的入渗特性引进扩散率,并结合对土壤剖面含率分布的划分假定对模型进行修正.利用5种盐碱土进行一维积水入渗试验,采用入渗率、湿润锋数据验证该修正模型.结果显示:修正模型模拟值与实测值的一致性良好,进行相关分析得到5种盐...     

基于图形特征的Green-Ampt入渗模型关键参数Sf和Ks的简化求解

Green—Ampt入渗模型应用广泛，是模拟坡面降雨入渗、产流过程常用的手段，湿润锋平均基质吸力S和表征导水率K是模型中的关键参数。对地表积水入渗过程中湿润区内平均含水率增量△θ（t）进行了定义，对烟台棕壤土积水入渗试验分析表明，在入渗过程中△θ（t）为一常量0．34。根据水量平衡原理得到了Greer-Ampt入渗模型中概化湿润锋磊和实际湿润锋Z^αf的定量关系，并通过对Green．Ampt入渗模型的分析，提出了利用i（t）～I（t）或i（t）-Z^αf之间图形特征关系来确定湿润锋平均基质吸力Sf，和表征导水率Ks的方法。同实测资料相比，利用基于i（t）-I（t）和i（t）-Z^αf图形关系所获Sf和Ks预测的累计入渗量和湿润锋精度较高，整体相对误差小于6％。     

微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响

土壤斥水性影响着作物的产量,为了研究微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响,进行了室内土柱微咸水入渗试验。对比了不同矿化度和斥水程度对两种土质水盐运移的影响,探讨了微咸水入渗后土壤斥水性的变化特征。结果表明,不斥水土壤的入渗能力随矿化度的增加而增加。亲水和斥水土壤的入渗率均可采用Kostiakov公式简单模拟。斥水土壤入渗能力在矿化度为1?g/L时达到最大,超过1?g/L后则随矿化度的增大而减小。微咸水入渗的累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系,斥水性土壤中的相同剖面水盐的含量比不斥水的减小。微咸水入渗后土壤产生了一定的斥水性。该研究表明微咸水灌溉对盐渍化土壤的水盐分布和斥水性均有一定程度的影响。     

去电子处理微咸水矿化度对土壤水盐运移特征的影响

为探究去电子处理微咸水对土壤水盐运移的影响,该文通过室内土柱试验,分析了不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)经去电子处理后土壤水分入渗及盐分分布规律。结果表明:不同矿化度去电子微咸水土壤入渗速率及湿润锋运移速率明显大于未处理微咸水,入渗时间为200 min时,累积入渗量和湿润锋运移深度在矿化度为4 g/L时增加幅度最大。相同矿化度去电子微咸水与未处理微咸水相比,Philip入渗公式吸渗率、Green-Ampt入渗公式饱和导水率及湿润锋处吸力均显著增加。去电子微咸水能够显著提高土壤的持水效率和上层土壤盐分的淋洗效果,矿化度为4 g/L时,相对淋盐率和Na+相对淋洗率最大。该研究表明去电子化处理能够改善土壤水盐运移特性,有利于微咸水安全利用。     

非饱和土壤一维水分入渗与再分布的解析解法

Soil infiltration and redistribution are important processes in field water cycle, and it is necessary to develop a simple model to describe the processes. In this study, an algebraic solution for one-dimensional water infiltration and redistribution without evaporation in unsaturated soil was developed based on Richards equation. The algebraic solution had three parameters, namely, the saturated water conductivity, the comprehensive shape coefflcient of the soil water content distribution, and the soil suction allocation coefficient. To analyze the physical features of these parameters, a relationship between the Green-Ampt model and the algebraic solution was established. The three parameters were estimated based on experimental observations, whereas the soil water content and the water infiltration duration were calculated using the algebraic solution. The calculated soil water content and infiltration duration were compared with the experimental observations, and the results indicated that the algebraic solution accurately described the unsaturated soil water flow processes.     

入渗水矿化度对土壤水盐运移影响的试验研究

合理开发利用咸水和微咸水资源已成为当今世界各国关注的热点问题.为了分析微咸水矿化度、水量及土壤初始条件等因素对土壤水盐运移的影响,采用土柱在室内进行了微咸水入渗试验.该文分析了入渗水矿化度对入渗过程的影响,分析了盐分的分布特征,建立入渗水矿化度和土壤总盐量之间的数学模型,总结了土壤剖面的盐分运移规律.分析结果表明入渗水矿化度的增加可增大土壤的入渗能力,入渗水的矿化度在1～5 g/L时,土壤积盐量随入渗水矿化度增加而增大;不同矿化度的水入渗后,土壤表层含水率基本相近,接近饱和含水率.     

不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响

采用室内土柱模拟试验,对比研究了不同微咸水灌水量条件下覆砂与不覆砂对土壤水盐分布和运移的影响,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论支持。结果表明,与不覆砂相比,覆砂增加了土壤水分下渗深度,最大增加深度可达8 cm;减少了试验期间土壤水分累计蒸发量,低、中、高3个灌水量分别减少了74%、54%和21%,减少幅度随灌水量增加有降低的趋势。在土壤水分再分布过程中,土壤剖面出现明显分界点,覆砂提高了分界点处土壤水分含量,增加量为2%~5%;保蓄了上层土壤水分含量,尤其是低灌水量时,不覆砂处理0~20 cm土壤水分含量在试验期间减少幅度达到34%,而覆砂处理仅减少了16.9%;增加了下层土壤水分含量。同时,覆砂明显抑制了表层土壤盐分累积,抑制幅度达到92.4%~95.2%;提高了土壤剖面盐分峰值处盐分含量,提高幅度在11.02%~37.55%;盐分峰值的位置随着试验时间延长不断向下运移。表明,微咸水灌溉条件下,覆砂措施通过减少土壤水分蒸发和增加土壤水分入渗而抑制表层土壤盐分累积,促进土壤盐分向下层运动。     

地下渗灌土壤水分运动数值模拟

为了寻找一种准确实用的土壤水分运动模拟方法用于指导田间渗灌,该文对一种橡塑渗灌管田间渗灌过程进行监测,并采用Green-Ampt积水入渗模型和一维水平吸渗模型Philip解法分别对渗灌过程中土壤水分在垂直和水平方向的运动进行模拟,通过与田间实测值对比,检验模型的适用性。结果表明,应用Green-Ampt积水入渗模型模拟田间渗灌过程垂直方向土壤水分运动具有较好的准确性,一维水平吸渗模型Philip解法在水平方向的模拟则存在一定偏差。     

河北省曲周盐渍化地区微咸水灌溉对土壤环境效应的影响

在田间条件下，利用微咸水和淡水对河北省曲周盐渍化地区冬小麦进行灌溉试验，对冬小麦耗水量及其构成以及土壤环境效应等方面进行了研究和分析。两年的研究结果表明在小麦生长季灌溉过多，不利于作物根系深扎，不能充分利用土壤水分，造成水资源的浪费。利用微咸水进行灌溉增加了土壤盐分，使土地质量有着潜在恶化的趋势；在小麦收获时土壤表层溶液电导率可达10 dS/m左右，如不采取适当的田间管理措施，土壤盐分将危害下一季作物生长。如合理利用，可充分发挥此地区地下浅层微咸水资源的生产潜力，可缓解该地区的水资源紧张，促进农业发展；但微咸水灌溉的长期土壤环境效应需进一步研究。     

Characteristics of Water Infiltration in Layered Water-Repellent Soils

Water-repellent(WR) soil greatly influences infiltration behavior. This research determined the impacts of WR levels of silt loam soil layer during infiltration. Three column scenarios were utilized, including homogeneous wettable silt loam or sand, silt loam over sand(silt loam/sand), and sand over silt loam(sand/silt loam). A 5-cm thick silt loam soil layer was placed either at the soil surface or 5 cm below the soil surface. The silt loam soil used had been treated to produce different WR levels, wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR. As the WR level increased from wettable to severely WR, the cumulative infiltration decreased. Traditional wetting front-related equations did not adequately describe the infiltration rate and time relationships for layered WR soils. The Kostiakov equation provided a good fit for the first infiltration stage. Average infiltration rates for wettable, slightly WR, strongly WR, and severely WR during the 2 nd infiltration stage were 0.126, 0.021, 0.002, and 0.001 mm min~(-1) for the silt loam/sand scenario,respectively, and 0.112, 0.003, 0.002, and 0.000 5 mm min~(-1) for the sand/silt loam scenario, respectively. Pseudo-saturation phenomena occurred when visually examining the wetting fronts and from the apparent changes in water content(?θ_(AP)) at the slightly WR,strongly WR, and severely WR levels for the silt loam/sand scenario. Much larger ?θAPvalues indicated the possible existence of finger flow. Delayed water penetration into the surface soil for the strongly WR level in the silt loam/sand scenario suggested negative water heads with infiltration times longer than 10 min. The silt loam/sand soil layers produced sharp transition zones of water content. The WR level of the silt loam soil layer had greater effects on infiltration than the layer position in the column.