蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法.蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的.该文通过室内试验,对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势;入渗水头对入渗指数也有一定的影响,但其变化范围较小.这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值.     

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的。该文通过室内试验，对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究，结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响，入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势；入渗水头对入渗指数也有一定的影响，但其变化范围较小。这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值。     

入渗水头对土壤水平一维入渗影响初探

蓄水坑灌法是一种适用于我国北方山丘区果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤水分入渗是在变水头条件下进行的。本文着眼于研究蓄水坑的侧向水平入渗,通过室内试验,对水平土柱在不同水头作用下的土壤入渗状况进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,对入渗指数有一定的影响,入渗系数和入渗指数均随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势。这一研究成果对进一步研究蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性具有重要价值。     

蓄水坑灌降雨径流的产汇流特性研究

蓄水坑灌法是一种具有水土保持作用的山丘区果林灌溉新方法。根据蓄水坑灌法田间工程的特点,分析了在蓄水坑灌条件下的产汇流特性;在此基础上对单棵果树控制面积内的径流过程、初损历时、径流量及径流系数进行了分析推导,建立了相应的计算模型,并以设计算例说明了计算模型的应用。此项研究对于在一定的水土流失防治标准下设计蓄水坑灌的田间工程具有重要的价值。     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动有限元模拟

为了合理设计干旱地区果树蓄水坑灌,该文根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特点,建立了单坑二维土壤水分运动数学模型,采用有限单元法求解,并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型。室内单坑入渗土壤水分运动验证试验结果表明坑内水位变化过程、土壤含水率、湿润锋的实测值与模型计算值吻合较好,说明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型和坑内水位变化过程数学模型是正确的,采用有限元法对其求解是可行的,该模型可用于模拟单坑土壤水分分布规律。     

甘肃秦王川地区双层土壤结构的入渗特性

针对甘肃秦王川地区土壤的自然特征,对双层结构的土壤入渗特性进行了试验研究,对入渗的物理过程及其土砂界面处的最大临界含水量进行了论述及测定,结果表明,该类型土壤结构对提高土壤蓄能水力有明显作用。     

深层坑渗灌不同开孔方式单点土壤入渗特性研究

为了探讨深层坑渗灌灌水器不同开孔方式对湿润体的影响,通过室内机理试验研究了砂壤土条件下底面开孔、侧面开孔以及底面和侧面同时开孔的3种灌水器的入渗特性,试验结果表明:开孔方式对累积入渗量,空间3个方向最大湿润锋运移距离以及土壤含水率均产生影响,采用幂函数拟合各方向湿润锋与时间的变化关系,在对3种灌水器条件下的湿润体形状分析基础上,建立了湿润体体积计算模型,验证了该模型精度。在实际应用过程中,对于根系分布较浅的作物,可选取侧面开孔灌水器;对根系分布较深的作物,则选择底部开孔的灌水器。研究结果为深层坑渗灌技术的发展奠定了基础。     

蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟

为了提高蓄水坑灌条件下土壤氮素的利用率,建立了蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型,利用有限体积法进行了求解,并利用室内蓄水单坑灌施尿素条件下土壤水分和氮素运移转化实测数据进行了验证。结果表明,蓄水单坑灌施尿素1 700 mg/L条件下,土壤铵态氮主要分布在20～70 cm深度范围内,1～3 d内土壤铵态氮含量明显增大,7 d后开始减小;土壤硝态氮主要分布在湿润锋附近,1～7 d内硝化作用逐渐增强,20～70 cm范围内硝态氮浓度不断增大。土壤含水率、湿润锋、铵态氮、硝态氮含量计算值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的。该模型可较好地模拟蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的动态变化。     

不同入渗水头条件下的Green-Ampt模型

在蓄水坑灌灌水时,蓄水坑内入渗水头的增加会改变入渗界面土壤结构性状,从而导致土壤水分入渗特性发生变化。为了能够模拟不同入渗水头作用下的入渗过程,该文在分析入渗水头对水分入渗影响的机制基础上,将入渗水头对入渗的影响归结为对概化饱和区导水率的影响,建立了能够模拟不同入渗水头对入渗影响的改进Green-Ampt模型。在室内进行了不同入渗水头入渗试验对改进后的Green-Ampt模型进行验证,结果表明不同入渗水头条件下不同时刻对应入渗率的Green-Ampt模型计算值和试验实测值吻合较好,改进的Green-Ampt模型可以有效地模拟不同入渗水头条件下的入渗过程。     

单坑变水头入渗条件下均质土壤水分运动的数值模拟

变水头入渗条件下的土壤水分运动是蓄水坑灌的基本理论问题。该文根据土壤水动力学的基本理论,分析了蓄水坑变水头入渗的复杂边界条件,并推导了其坑水位变化与坑壁变水头入渗关系的数学表达式,进而建立了蓄水坑灌单坑变水头入渗及土壤水分运动的数学模型。采用ADI交替方向隐式差分格式将土壤水分运动方程离散,用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程,实现了单坑变水头条件下的土壤水分运动的数值模拟。实验验证表明,数值计算结果与实测值有着较好的一致性。     

山丘区蓄水坑灌田间工程规划设计——以山西省太谷县节水灌溉示范园为例

[目的]对蓄水坑灌田间工程规划设计进行研究,解决蓄水坑灌未来推广运用中的问题,为推动山丘区蓄水坑灌的规模化、产业化发展奠定基础。[方法]以山西省太谷县节水灌溉示范园区为背景,将蓄水坑灌田间工程基本要素与微灌工程技术和低压管道输水灌溉工程技术相结合,因地制宜地对蓄水坑灌田间工程进行设计。[结果]采用水平集雨沟整地方法;每株果树布置4个蓄水坑,蓄水坑深度40cm;在降雨径流蓄滞能力设计为5a一遇24h最大暴雨量标准下,蓄水坑设计直径为30cm;坑内布置一体化设计的底板、固壁和顶盖;环状沟深度20cm,宽度30cm,半径50cm;输配水闸管系统包括干管、支管、毛管3级,管材为聚乙烯;四孔出流毛管沿环状沟内径呈环形绕树布置;给出了各管道管径、长度及进口工作水头的计算方法,以及系统工作制度的确定方法。[结论]对整地技术、蓄水坑设计与布置技术和低压管道系统设计技术的规划设计,能够满足山丘区蓄水坑灌的特殊灌溉要求。     

膜孔多向交汇入渗特性及其影响因素研究

通过大量膜孔多向交汇入渗试验资料,分析了膜孔多向交汇入渗特性和影响因素,研究了膜孔直径、膜孔间距、土壤质地、土壤容重和土壤初始含水率等因素对膜孔多向交汇入渗的影响,提出了各影响因素与膜孔交汇入渗量之间的关系,并分析了膜孔多向交汇入渗机理,该研究成果可为进一步研究膜孔交汇入渗规律和膜孔灌技术提供参考。     

蓄水坑入渗表层土壤体积质量和饱和导水率的变化

表层土壤体积质量和导水率是影响土壤入渗及水分运动的重要物理参数。该文采用土壤切片技术和数字图像分析技术,分析了蓄水坑灌条件下入渗水头对砂壤土表层土壤体积质量的影响,进行了不同入渗水头、土壤体积质量对砂壤土表层土壤饱和导水率的试验研究,并对蓄水坑侧向水平入渗湿润锋变化的试验结果与数值模拟结果进行对比分析。结果表明：该研究试验条件下（土壤体积质量为1.345 g/cm3）,入渗水头对土壤体积质量和表层土壤饱和导水率有较明显的影响。随着入渗水头的增大,其作用下的表层土壤体积质量趋于增大,土壤结构趋于密实,表层土壤的饱和导水率趋于减小;表层土壤饱和导水率与入渗水头和土壤体积质量之间呈乘幂关系,且表层土壤饱和导水率对土壤体积质量的变化较为敏感,当土壤体积质量达到某一程度时（1.466 g/cm3）,入渗水头对表层土壤饱和导水率的影响甚微。研究成果揭示了入渗水头影响蓄水坑土壤入渗的微观机制,为进一步研究蓄水坑灌法提供了理论依据。     

太行山区侧柏林地人工降雨下的入渗特性

对降雨入渗的研究是揭示华北地区水源地来水量变化研究的基础。运用人工模拟降雨,在2个2m2的径流小区(编号为P1、P2,坡度分别为19.6°,11.7°)上研究了太行山区侧柏林地的入渗特性,分析了雨强、土壤前期含水量和坡度对入渗的影响。结果表明:(1)入渗过程经历了供水控制阶段和剖面控制阶段,在供水控制阶段,降雨全部入渗,雨强越大,初始入渗率越大;在剖面控制阶段,表观入渗率逐渐降低并直至稳定,而P2小区的首场降雨中表观入渗率却呈现出"先降低后升高"的特点且供水控制阶段时间更短;(2)雨强越大,初始入渗率越大。在P1小区,表观稳定入渗率随雨强增大而增大,这一现象并没有在P2小区出现;(3)土壤前期含水量越大,供水控制阶段的时间越短;对比场次降雨下的土壤负压势变化表明湿润锋运动速度随土壤前期含水量的增加而增快;(4)坡度较大的P1小区(19.6°),其平均表观稳定入渗率较大(0.57mm/min),P2小区(11.7°)的平均表观稳定入渗率较小(0.35mm/min)。     

肥液间歇入渗土壤湿润特性实验研究

通过肥液间歇和连续入渗实验,分析了肥液间歇入渗土壤湿润特性。结果表明,肥液间歇入渗湿润锋运移速度较连续入渗慢,并随周期数的增加而减小;分析了肥液间歇入渗湿润锋运移的分段模型,提出了由连续入渗湿润锋运移参数计算间歇入渗湿润锋运移距离的简化模型,实例计算表明该方法简单有效;对比了肥液间歇入渗和连续入渗土壤含水量的分布,肥液间歇入渗土壤含水量分布较连续入渗均匀,相同深度土层中入渗水量占总入渗量的比例较大。     

均质土非恒定水位单坑入渗的分析

蓄水坑灌法是适用于干旱、半干旱地区果园灌溉的一种新方法，其灌溉理论有待于进一步研究。针对均质土非恒定水位蓄水坑入渗问题进行了研究，建立了均质土非恒定水位蓄水坑入渗的数学模型，并通过物理模型试验求得了入渗参数，还对影响非恒定水位蓄水坑入渗过程的主要因素进行了分析。研究结果将对蓄水坑灌法的进一步研究具有重要的价值。     

不同林地类型土壤水库蓄水特性研究

研究不同林地类型土壤水库的蓄水特性,以期加深对森林土壤水库削洪补枯机理的认识。以裸露地为对照,木荷林地、杉木林地和封山育林地为研究对象,对它们土壤水库的蓄水功能及其动态变化进行研究。结果表明:木荷林地、杉木林地、封山育林地和对照土壤水库的年均蓄水量分别为381.1,368.7,336.9和243.6mm,分别占各自总库容的75.62%,78.18%,74.62%和59.57%。不同季节中不同林地类型土壤水库的月均蓄水量大小顺序均为多雨期>雨量中等期>少雨期,木荷林地、杉木林地和封山育林地土壤水库多雨期的月均蓄水量分别比对照的多124.8,121.9和85.0mm,少雨期的月均蓄水量也分别比对照的多141.0,129.2和91.0mm。     

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响.结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低.采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好.     

膜孔灌单向交汇入渗数学模型研究

通过室内膜孔单向交汇入渗试验资料，分析了膜孔单向交汇入渗特性，在此基础上，根据不同的已知资料情况，提出了相应的3个膜孔单向交汇入渗数学模型，其中模型1是建立在膜孔单向交汇入渗相对膜孔自由入渗的减渗量参数和膜孔自由入渗参数已知条件下的一个入渗模型，模型2建立在膜孔单向交汇入渗的自由入渗阶段和交汇入渗阶段的入渗参数均为已知的基础上，模型3建立在膜孔单向交汇入渗相对膜孔自由入渗减渗率和自由入渗参数为已知的基础上。经实测资料验证表明，3个模型均为计算膜孔单向交汇入渗量的有效模型，这一研究成果可为膜孔灌技术研究提供参考。