城市绿地覆盖砂石后土壤水分入渗过程及模型分析

【目的】对城市绿地砂石覆盖土壤水分入渗过程进行研究和模型分析,为城市绿地水资源的合理利用提供理论参考。【方法】以银川城市绿地砂石覆盖土壤为研究对象,采用一维垂直定水头入渗法,选取砂石覆盖厚度为影响因子,设置5个覆盖厚度(0,2.5,5.0,7.5,10.0cm),观测湿润锋运移和累计入渗量变化规律,比较各处理土壤入渗特征,并用Horton、Kostiakov、Philip和通用经验模型模拟土壤的入渗过程,从中选出模拟效果最佳的模型。【结果】不同砂石覆盖厚度条件下湿润锋进程与入渗时间呈显著的函数关系,影响大小依次为10.0cm7.5cm5.0cm2.5cm0cm。砂石覆盖可以提高土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累计入渗量。与无覆盖相比,砂石覆盖厚度为2.5,5.0,7.5,10.0cm时的初始入渗速率分别增加了2.4%,5.2%,23.4%,27.6%;稳定入渗速率分别增加了6.0%,25.3%,32.8%,82.0%;平均入渗速率分别增加了12.5%,29.2%,39.6%,79.2%;累计入渗量分别增加了4.2%,11.7%,12.7%,17.0%。利用4种入渗模型拟合覆盖不同厚度砂石的土壤水分入渗过程,发现Horton模型拟合效果最好,Kostiakov模型次之,Philip模型和通用经验模型拟合效果较差。【结论】城市绿地覆盖砂石可以提高土壤入渗速率,增加入渗量,其中以覆盖厚度为10.0cm时最高,且Horton模型是拟合砂石覆盖与水分入渗关系的最佳模型。     

土壤初始含水率对深层坑渗灌入渗特性的影响

通过室内模拟试验与理论分析,探究4种不同土壤初始含水率条件下深层坑渗灌土壤水分运动规律。结果表明:初始含水率对入渗特性有显著影响。相同入渗时间,初始含水率越大,累积入渗量越小,入渗率也越小;而湿润锋运移距离随初始含水率的增大而增加;初始含水率越大,湿润体也越大,且相同位置的含水率也越大。建立了改进的Kostiakov入渗模型,以及初始含水率与湿润锋运移距离的幂函数关系,对所建模型进行验证,精度较高。     

表层掺黏土对砂壤土水分入渗的影响

[目的]针对我国北方砂壤土水分利用效率低的特点,通过室内模拟试验研究了砂壤土表层添加不同黏粒量对砂壤土湿润锋进程、累计入渗量、土壤剖面含水率的影响,分析了土壤中黏粒添加量对砂壤土水分运动影响和机制,旨在为砂壤土工程改良提供理论依据和实践指导.[方法]通过室内土柱模拟试验,设置常规对照（CK）以及2％、5％、10％和20％4个掺黏量,定水头条件下研究不同掺黏量对砂壤土水分入渗特征的影响.[结果]砂壤土表层掺黏后,显著减小了湿润锋进程.随着土壤表层掺黏量的增加,湿润锋下移速率、入渗速率逐渐减慢,累计入渗量减少.湿润锋、累计入渗量与时间之间符合幂函数关系.[结论]在入渗过程中,土壤表层掺黏能显著增加土壤对外界水分的蓄积量,提高土壤的储水量.     

生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响

为减缓黏质砂红壤沼液水分下渗,本研究以生物炭不同混掺量和不同混掺厚度为影响因子进行室内土柱模拟试验,设置3种生物炭混掺量(1%、3%和5%)和4种混掺厚度(5、10、15 cm和20 cm),同时设置不混掺生物炭为对照处理(CK),以探究生物炭对黏质砂红壤沼液入渗减渗效果的影响,并优选出适宜的土壤水分入渗模型。结果表明:生物炭减小了沼液灌溉下红壤的湿润峰运移速率和累积入渗量,对红壤入渗表征为减渗效果。对于不同混掺量,红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着生物炭混掺量的增加而减小,其中5%混掺量处理为最小值。对于不同混掺厚度,1%和3%混掺量时,红壤湿润锋运移速率和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈先减后增的趋势,其中10 cm混掺厚度处理为最小值,较CK处理平均分别减小21.62%和26.89%;5%混掺量处理下,红壤湿润锋运移距离和累积入渗量随着混掺厚度的增加呈递减趋势,其中20 cm混掺厚度处理为最小值,较CK处理分别减小35.58%和45.49%。采用Philip、Kostiakov、Horton模型对红壤水分入渗过程进行模拟,通过比较模型参数、RMSE和R²发现,...     

单点源入渗土壤水分运移室内试验

通过室内滴灌试验对滴灌情况下土壤中的水分运移情况进行观察和含水率变化测定。结果表明,在同一滴头流量下,滴灌所得水平湿润锋X与Y方向上的运移速率一致,且水平湿润锋形状呈圆形分布;在不同滴头流量下,其水平湿润锋在同一方向上的运移速率随着流量的增加而增大,灌溉结束后的湿润锋距离也随着流量的增大而增大,且湿润锋的距离与时间呈幂函数关系;在垂直方向上,滴灌入渗深度随着流量的增大而增大,不同深度土壤的含水率变化前期与时间呈对数函数关系,随着水分再扩散过程的进行,含水率整体下降且最终趋于稳定。     

膜沟灌溉入渗规律试验初报

膜沟灌溉是与地膜覆盖技术相结合的沟灌,它将带有渗水孔的地膜敷贴在灌水沟内形成膜沟,灌溉时水在沟内的膜上流动,并通过膜孔渗入土壤。针对膜沟灌溉的累积入渗量、湿润深度随入渗历时变化规律进行了研究。研制了膜沟灌溉入渗试验装置,针对2排3列膜孔布置方案进行了膜沟灌溉入渗试验,观测得到了不同入渗历时的累积入渗量和湿润深度。结果表明,累积入渗量与入渗历时之间的关系符合Kostiakov-Lewis模型,湿润深度随入渗历时的变化符合幂函数关系,因此可用该2个模型描述膜沟灌溉的入渗规律。     

潮土水分入渗与再分布性能的模拟研究

对潮土入渗性能的室内土柱模拟研究结果表明,土壤水分的湿润深度深度与入渗时间呈指数关系,当湿润锋下移至额富饶饿加水深度后,其速度明显下降;水分湿润深度与湿润层的含水量呈线性关系,与湿润锋下移速度呈乘幂关系;湿润层的含水量与湿润速率呈指数关系;入渗时间与润湿层的土壤吸力呈线性关系。     

地埋微润管入渗试验研究

[目的]探明微润管地埋条件下的水分入渗和分布规律,为微润灌溉的工程设计和技术应用提供依据.[方法]设置3m、2m两种压力水头,在室内土槽中进行微润灌入渗试验,观测湿润锋随时间的运移规律及横断面的土壤含水量分布状况.[结果]形成以微润管为中心的圆形湿润体,湿润锋运移距离、推进速度与入渗时间存在良好的幂函数关系;土壤含水率以微润管为中心对称分布,离微润管距离越远含水率越低.[结论]微润管地埋出流条件下的湿润锋运移受重力作用影响较小,湿润锋和土壤含水量以微润管为圆心对称分布.     

容重对红壤土水平一维入渗水分运移特性的影响

[目的]研究水平一维入渗条件下,容重对红壤土水分入渗的影响。[方法]以不同容重的红壤土为研究对象,进行了室内水平入渗试验。[结果]相同时间内容重越大,水分运移的速度越慢,湿润锋运移距离越小,累积入渗量越小;在湿润锋之上,相同容重的土壤含水量差别不大,在相同的入渗距离,土壤容重越大,含水量越小。[结论]建立了红壤土一维水平入渗条件下容重与湿润锋关系模型,改进了一维水平入渗条件下的Philip模型。     

不同残膜含量对淡灰钙土水分入渗过程的影响

为探讨不同残膜含量对土壤入渗性能的影响,以银川平原淡灰钙土为研究对象,设置5组不同残膜量：0（T0）、100（T1）、200（T2）、400（T3）、800 kg·hm^-2（T4）,利用一维垂直定水头入渗法,观测湿润锋运移规律和水分入渗过程,并利用4种入渗模型拟合土壤入渗过程,分析其适用性。结果表明,随残膜含量递增,在同一入渗历时内累积入渗量逐渐减小。当入渗时间为390 min时,与T0相比,T1~T4处理的累积入渗量分别减少4.7%、5.8%、6.3%、11%。在入渗同等时间内,残膜量越高其湿润锋运移距离越短。当湿润锋在土柱完成运移时,T0~T4处理分别耗时390、420、510、600、660 min,即随残膜含量的升高入渗时间延长。T0~T4稳定入渗速率分别为0.27、0.24、0.21、0.19、0.16 mm·min^-1,入渗率随残膜含量的升高而降低。入渗模型拟合的R²大小依次为通用经验模型 > Kostiakov模型 > Philip模型 > Horton模型,通用经验模型适合描述含残膜土壤的水分入渗过程。研究表明残膜对淡灰钙土水分入渗存在抑制作用,其影响程度随残膜量增加而增大。     

肥液浓度对膜孔入渗水分运移特性的影响

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单点源室内入渗试验,研究了不同浓度的肥液膜孔入渗量、湿润锋运移距离及土壤含水量分布。揭示了土壤膜孔入渗量和湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了不同肥液浓度膜孔入渗量和湿润锋运移经验模型;提出了由清水入渗参数、湿润锋运移参数和肥液浓度分别推求膜孔入渗量和湿润锋运移距离的理论模型,经实测资料验证表明,模型精度较高;随肥液浓度的增大,湿润锋运移距离越大,相同深度处的土壤含水量也增大。研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。     

马铃薯生物炭对土壤水分入渗及蒸发的影响

【目的】研究施加马铃薯生物炭对宁南山区土壤水分运移和氮素的影响。【方法】采用室内土柱模拟试验,研究不同马铃薯生物炭添加量(0、1%、2%、3%、5%、6%)对宁南山区典型土壤(山地草甸土、黑垆土)水分入渗、蒸发特性及硝态氮淋溶的影响规律及差异。【结果】山地草甸土的入渗湿润峰进程和累积入渗量随生物炭添加量的增加逐渐降低,黑垆土呈现先增加后递减的趋势;Philip入渗模型适合山地草甸土的水分入渗过程,Kostiakov模型适合黑垆土的水分入渗过程;生物炭显著降低了2种土壤的累积蒸发量,土壤蒸发量和蒸发时间复合幂函数关系;2种土壤硝态氮(NO^-₃-N)淋溶损失质量减少幅度均随着生物炭添加量增加呈现先增加再减小后加强的趋势,且均在1%添加量时减幅最小,6%时减幅最大。【结论】施加马铃薯生物炭能提高宁南山区土壤持水能力,减小土壤硝态氮损失。     

土壤容重对深层坑渗灌入渗特性影响的试验研究

为了揭示土壤客重对深层坑渗灌入渗量的影响规律,通过室内均质土模拟试验,采用非线性回归法对试验数据进行分析;建立了以土壤容重为参数深层坑渗灌的Kostiakov和Philip改进模型,并进行了验证.结果表明:入渗时间相同时,入渗量随着土壤容重的增大而减小;Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型都适用于模拟深层坑深灌的入渗过程,相关系数均在0.99以上;建立的2个改进模型计算精度均很高,效率系数分别为99.7%和99.9%.相比较而言,深层坑渗灌的Philip模型具有一定的理论依据,计算精度较高且模拟效果好,可作为计算深层坑渗灌入渗量的有效模型.     

沼液穴灌土壤水分运移的交汇入渗特征

通过室内试验研究不同沼液浓度(原液与水的体积比为1∶4、1∶6、1∶8、CK)和穴孔直径(3、5、7 cm)对沼液穴灌土壤水分运移交汇入渗特征的影响。结果显示:相同入渗时间内,累积入渗量随沼液浓度的增大而减小;相同沼液浓度条件下,土壤水分累积入渗量随穴孔直径的增大而增大,土壤水分入渗速率随入渗距离的增大而减小;在相同穴孔直径及入渗位置,沼液浓度越大,土壤入渗速率越小;在相同入渗位置,随穴孔直径的增加,土壤入渗速率逐渐增加;Kostiakov入渗模型准确描述了累积入渗量随入渗时间增加而增加的关系,且模型拟合系数R2均大于0.99;沼液浓度相同时,土壤含水率为22%等值线以上的面积随着穴孔直径的增加而增大;土壤含水率为22%等值线以上的面积随沼液浓度的减小而增大。综合分析结果表明,沼液穴灌交汇入渗速率、累积入渗量及土壤含水率分布受沼液浓度、穴孔直径的影响。     

基于不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗的影响

为揭示土壤结构改良剂聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)在不同湿润速度下对土壤入渗的影响机制, 通过土槽入渗试验, 研究混施干粉PAM(0、22.5、45 kg·hm^-2)的砂壤土在不同湿润速度(2.5 mm·min^-1和6.25 mm·min^-1)下土壤入渗参数的变化, 通过测定非毛管孔隙率、导气率和团聚体含量来描述土壤结构特征。结果表明:湿润速度显着影响土壤累计入渗量和稳定入渗率, 高速湿润条件下的累计入渗量和稳定入渗率比低速度湿润条件分别降低了23.75%和26.70%.在同一湿润速度下, PAM在不同阶段对土壤入渗的影响截然相反:湿润阶段, 在PAM作用下土壤累计入渗量、土壤非毛管孔隙率和导气率等均有不同程度降低, 且PAM用量越大降低幅度越大, 此时正处在逐渐水解过程中的PAM分子长链堵塞了土壤孔隙, 抑制了土壤水流运动;连续流阶段, PAM能够提高土壤稳定入渗率、土壤非毛管孔隙率和导气率, 且PAM用量越大提高幅度越大, 此时PAM分子已经完全水解, 发挥了稳定土壤结构的作用, 增加了土壤结构中水稳性团聚体含量, 从而促进水流入渗。研究不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗性能的影响, 可以为PAM在改良土壤结构方面更广泛的应用提供理论依据。     

深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗数值模拟

为探讨深层坑渗灌双灌水器土壤水分入渗特性,采用Hydrus-2D软件,建立深层坑渗灌双灌水器条件下的土壤水分运动模型,并通过机理试验对比分析,推求模型参数.结果表明:水平、垂直向上以及垂直向下3个方向湿润锋的拟合结果和实测结果的误差分别为1.28％,3.73％和4.04％,观测点土壤含水量拟合结果与实测结果的平均误差为9.1％,说明所建模型模拟的湿润锋和土壤含水量精度较高.在此基础上,采用该模型分析了湿润体内的土壤水分运动过程,结果表明,随入渗时间的增加,土壤水分运动速度逐渐变慢.     

南疆滴灌棉田休闲期土壤入渗特性研究

【目的】南疆塔里木盆地是生态环境极其脆弱的极端干旱内陆河流域,是中国主要优质棉生产基地,覆膜及滴灌等节水灌溉技术的发展缓解了棉花生育期水资源短缺矛盾,但冬春灌定额较高。探索膜下滴灌棉田不同地表覆盖模式和冬灌定额对春季休闲期土壤入渗特性的影响,为合理确定春灌定额和提高灌水效率提供依据。【方法】利用双环定水头土壤入渗仪进行土壤入渗试验,设计灌溉方式为冬灌定额200 mm和免冬灌两种;地表覆盖方式分为裸地（冬灌前拔掉棉秆、揭去残膜）、留秆（冬灌时棉秆不拔除,棉秆及残膜留在地里）和玉米秸秆覆盖（冬灌后在留秆棉田覆盖长度5-10 cm、厚度5 cm的玉米秸秆）3种,合计6个处理。比较各处理土壤入渗特性、模型模拟土壤入渗过程、分析土壤入渗影响因素。【结果】冬灌可降低土壤初始入渗速率、稳定入渗率和累计入渗量,冬灌裸地、留秆和秸秆覆盖初始入渗率比免冬灌裸地、留秆和秸秆覆盖减少22.51%、21.49%和12.94%;稳定入渗率分别减少75.86%、27.27%和42.86%;累计入渗量分别减少61.98%、22.18%和29.31%,（免）冬灌秸秆覆盖初始入渗率比裸地和留秆分别减少14.74%、15.20%和4.20%、5.96%;（免）冬灌稳定入渗速率和累计入渗量为裸地＞秸秆覆盖＞留杆处理,稳定入渗率（免）冬灌裸地分别是秸秆覆盖和留秆的2.96、4.39倍和1.25、1.46倍,累计入渗量免冬灌裸地最大,为免冬灌秸秆覆盖的2.13倍、免冬灌留秆的2.39倍、冬灌裸地2.63倍、冬灌秸秆覆盖3.01倍和冬灌留秆3.07倍。免冬灌裸地入渗速率衰减速度最慢,冬灌裸地入渗速率衰减速度最快。通过对决定系数和均方根误差的分析,通用经验模型和 Kostiakov模型能较好模拟各处理土壤入渗过程,Horton模型次之,Philip模型拟合较差。相关分析表明,土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量与土壤初始含水量和土壤干容重成负相关关系,而与土壤温度和土壤总孔隙度成正相关关系。土壤浅层初始含水量较深层初始含水量对土壤入渗参数影响明显。初始入渗率与0-10 cm土壤初始含水量、土壤温度、土壤容重、土壤孔隙度成显著相关关系,稳定入渗率和累计入渗量与0-10 cm土壤初始含水量、土壤容重、土壤孔隙度成显著相关关系。【结论】南疆滴灌棉田冬季休闲期通过地表覆盖和灌水可降低春季土壤入渗性能,有利于减少春季灌水定额,提高灌水效率。     

膜孔单点源肥液入渗运移特性研究

通过单膜孔点源室内入渗试验,研究了膜孔肥液入渗的分布特性与运移规律。研究表明,膜孔肥液入渗湿润体土壤含水率比清水的大;分析了肥液入渗累积入渗量比清水入渗增加的机理;供水入渗过程中,浓度锋运移距离和浓度最大值均随时间的延长而增大;再分布过程中,浓度锋运移距离继续增大,而浓度最大值逐渐减小;膜孔肥液入渗土壤浓度与土壤含水量的关系在不同时间均近似于“S”型曲线。该研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。