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。     

层状夹砂土柱室内积水入渗试验及模拟

为了研究夹砂层对入渗强度、湿润锋行进和沿程土壤含水率变化的影响,进行了室内层状夹砂土柱一维薄层积水入渗试验和相应情况下均质土柱的对照试验。结果表明,当湿润锋到达夹砂层上界面后,层状夹砂土柱的入渗过程与均质土入渗表现出明显不同。在湿润峰穿过夹砂层上界面时入渗率有较大波动,且最终进入稳渗阶段,其稳渗率明显小于同时刻均质土柱入渗率;当湿润锋穿过夹砂层后,夹砂层内的土壤含水率明显小于其饱和含水率。根据试验和分析,建立了针对层状夹砂土入渗的S-Green-Ampt模型,该模型可以较准确地反映层状夹砂土柱积水入渗的机     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

不同初始含水率条件下的微咸水入渗实验

针对矿化度均为3g/L的微咸水入渗时,土壤初始含水率对土壤入渗过程的影响,采用室内均匀土柱一维垂直入渗实验方法,分别对初始含水率为2.25%、8.18%、13.12%、16.40%的土柱入渗过程进行了研究。分析了不同土壤初始含水率对累积入渗量和湿润锋推进深度以及土柱剖面含水率的影响。采用Kostiakov模型对累积入渗量和时间的关系进行了拟合,结果表明累积入渗量与初始含水率呈负相关关系。采用幂函数将初始阶段的湿润锋推进深度与时间关系进行拟合,结果表明二者呈明显的幂函数关系,且初始含水率越高湿润锋推进速度越慢。采用一维代数模型对土壤剖面含水率进行分析发现,初始含水率越高,模型的理论值越准确。总之微咸水在土壤中的入渗能力与初始含水率有着密切关系,随着入渗过程的进行,初始含水率对入渗能力的影响逐渐减小。     

层状红壤水分入渗特征试验与模拟

认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm³的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.     

褐土区生物炭施用量对水分入渗规律的影响

为了研究生物炭在黄土高原东部褐土区的改良作用,探究生物炭施用量对水分入渗规律的影响。利用室内一维土柱垂直入渗试验,设置6个施用量（0、1%、3%、5%、7%、9%）,监测3 h内土柱湿润锋的运移情况及累积入渗量和入渗率的变化情况,测量3 h时土柱深度为2.5、5、7.5、10、12.5、15、17.5和22.5 cm的土壤含水率。用Kostiakov、Philip模型与Horton模型对入渗率进行模拟,拟合效果较好的是Kostiakov模型,适宜对不同生物炭施用量进行模拟分析。用幂函数可以很好地分析生物炭对湿润锋运移的规律。施用生物炭对褐土区土壤有减渗作用,生物炭施用量越大,入渗速率、累积入渗量、湿润锋运移距离越小,土壤含水率越高。     

残膜对土壤水分入渗的影响及入渗模型适用性分析

为研究不同残膜量对土壤水分入渗的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了滴灌条件下6个残膜添加量(0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2)处理分别对土壤入渗率、湿润锋运移距离及水分分布的影响,比较了Kostiakov模型、Philip模型和Green-Ampt模型对含残膜土壤水分入渗过程的适用性。结果表明,残膜延长了土壤水分入渗时间,入渗至45 cm土层深度时入渗历时随残膜量增加而增大;入渗一定时间,含残膜的入渗曲线与无残膜曲线分离,分离时间随残膜量增加而提前,分离时间与残膜量之间呈对数函数减小;Kostiakov模型更适合模拟含残膜土壤的入渗过程;湿润锋运移距离与入渗时间呈幂函数增长关系,但湿润锋运移距离随残膜量增加而递减;随残膜量增加,作物适宜生长区和水分分布重心逐渐上移。残膜对土壤水分入渗有较大不利影响,其影响程度随残膜量增加而增大。     

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。     

基于染色图像变异性分析的优先流程度定量评价

应用统计学样本变异性分析方法,结合形态学图像处理技术,对田间尺度下土壤染色剖面优先流染色区的图像进行变异性分析,评价不同处理条件下农地土壤优先流的发育程度。结果表明:土壤湿润锋渗透速率和土壤染色图像指数(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数)的变化均表征湿润农地的优先流程度高于干燥农地;将提出的优先流评价方法与土壤染色图像指数进行对比分析,所得结果相一致,表明所提方法可以准确评价土壤优先流发育程度。优先流区图像变异性分析方法简单易行,提高了直观评价染色图像的准确性,能够从统计学和形态学角度来量化分析土壤优先流的发育程度。     

大田土壤间歇入渗试验方法及其精度提高措施

间歇灌,又称波涌灌,这种新的地面节水灌水技术的出现,使土壤入渗规律的研究分为土壤连续入渗规律和间歇入渗规律两方面的研究。间歇入渗条件下,土壤入渗规律除受连续入渗的影响因素制约外,还受构成其特殊灌水过程的灌水技术参数的影响。影响因素的增加,加之野外土壤条件的时、空变异性,决定了间歇入渗试验工作量大,且具有更大的复杂性。为提高成果精度和工作效率,笔者根据1991年冬季和1992年春季在陕西关中宝鸡峡灌区灌溉试验站进行的141组一维土壤连续和间歇单点入渗试验实践,介绍了用双套环入渗仪进行单点间歇入渗试验的方法,提出了提高土壤间歇入渗试验精度的可行措施,可供参考。     

基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析

以重庆紫色砂岩区坡耕地田间染色示踪试验为基础,采用形态学和统计学方法,对3种坡耕地土壤剖面染色图像进行指标提取,运用多指标评价法确定了优先流指数PFI,并结合几何学中的分形理论,定量评价了土壤优先流的发育程度。结果表明:6个优先流特征指标(优先流区染色面积比、基质入渗深度、优先流分数、长度指数、峰值指数和变异系数)均表现出南瓜地和柑橘地的优先流程度高于玉米地;优先流指数PFI由大到小为南瓜地(0.88)、柑橘地(0.77)、玉米地(0);通过Fractal Fox 2.0软件计算得到的优先流湿润峰迹线分形维数由大到小为南瓜地、柑橘地、玉米地。与土壤优先流指数PFI进行比较,所得结果基本一致,说明利用分形维数来评价土壤优先流发育程度是准确可行的。     

组合内窝孔精密排种器护种和投种过程分析

通过对组合内窝孔精密排种器护种和投种过程进行分析，探明护种和投种过程中种子的运动规律、机理及其影响因素，为系统建立该排种器的设计理论，进行优化设计奠定了基础。     

土壤水分入渗影响机制研究综述

分析了土壤水分入渗理论及过程模型发展历程,阐明了此领域目前的研究热点。重点对影响土壤水分入渗的结皮、初始含水率、密度、机械组成、结构、有机质含量、温度、钠离子含量及剖面特征等因素逐个做了仔细分析,总结了各因素对土壤水分入渗能力的影响机制。在此基础上,提出土壤水分入渗研究未来研究重点。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

半无限深盐碱土等温再分布的水盐运移试验研究

通过不同入渗湿润深度的半无限土体等温水盐再分布试验,分析了含水量剖面的动态变化特征,确定了水分再分布脱水区与吸水区的分界点,得出了由入渗湿润深度和时间确定的初始湿润层水量、排水率及再分布湿润锋函数关系。对比再分布初始(入渗结束)和再分布结束的含盐率和盐分浓度特征,建立了由垂向位置和入渗湿润深度确定的含盐率和盐分浓度剖面定量关系。分析表明,再分布的初始湿润层水量、脱水率、相对湿润锋及湿润锋推进速度等均可采用再分布时间与入渗深度二因子定量表达;再分布的剖面含盐率和盐分浓度均可采用指数函数形式由垂向位置和入渗深度二因子定量表达。     

土壤干缩裂缝几何特征对入渗的影响

通过碘-淀粉染色示踪试验,结合数字图像处理技术,分析了裂缝宽度、深度及表面裂缝面积率3个裂缝表征参数对土壤水分入渗的影响。研究结果表明:大裂缝即实际宽度大于1.25 cm的裂缝,其入渗深度超过45 cm,能够促进土壤水分入渗,为水分运移提供明显的优先通道,随着大裂缝宽度的增加,入渗深度在45~65 cm范围内变化,没有明显的规律,小裂缝对入渗的作用不明显。裂缝深度较小时,土壤水分可看作一维半无限均匀运动,而深度较大的裂缝对入渗的影响显著,土壤水分运移表现出明显的优先流特征。表面裂缝面积率与湿润的土体体积具有良好的正相关关系(r=0.95),建立了一元回归模型,并提出以表面裂缝面积率作为裂缝对入渗影响程度的表征指标,面积率越大,裂缝对入渗的作用越明显。