间歇供水条件下考虑土壤水滞后作用的水分入渗数值模拟

本文对间歇供水条件下土壤入渗过程进行了试验研究，采用数值模拟方法描述了考虑土壤水滞后的水分入渗过程。     

微咸水间歇供水方式土壤水盐分布分析

为了研究间歇供水微咸水不同入渗方式对土壤水盐分布的影响,开展了一维积水间歇入渗试验,研究了微咸水矿化度分别为1.75、3和5g/L,及不同周期数和循环率入渗条件下的入渗特性,并对比了不同矿化度、不同周期数与不同循环率对间歇入渗后土壤水盐分布的影响。结果表明,微咸水间歇入渗与一般的间歇入渗规律相同,但在试验取用范围内高矿化度、小周期数和高循环率可以有效促进水分入渗,矿化度提高土壤中盐分含量也随之增加,盐分含量随着间歇入渗周期数的增大而增大。     

水泥潜入土壤方式对土壤水入渗能力的影响研究

基于水泥随入渗水潜入土壤表层的入渗试验,分析了水泥潜入土壤的方式对土壤水入渗能力的影响。试验表明:水泥随土壤渗流水潜入土壤后,间歇12h开始供水的方式可以明显地降低土壤水分的入渗能力;间歇0h(添加水泥后立即供水)方式对降低土壤水分入渗能力的效果不是很明显。水泥添加方式的不同直接影响了水泥在土壤中聚合和凝结效果的差异,从而造成土壤孔隙度改变程度大小的不同,最终导致对土壤水入渗能力的影响不同。研究结果对于防止污水中污染物向地下水运移有重要的现实意义。     

基于Green-Ampt和Philip模型的波涌灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示波涌灌间歇入渗的影响机制与规律,基于Green-Ampt和Philip入渗模型理论,建立了波涌灌间歇入渗分区模型,将第2供水周期及其后的供水周期内形成的入渗湿润区分别划分为重力势湿润区和基质势湿润区,并阐述了基于间歇入渗过程湿润区的分区入渗理论,通过Green-Ampt模型和Philip模型参数间的内在联系,建立了关于土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的数学模型,并进一步根据土壤体积含水率增量与累积入渗量之间的线性图形特征,确定了不同分区下各供水周期的水分运动参数,分别为湿润锋面处吸力hf与表征饱和导水率Ks,且各间歇周期供水阶段的hf随着周期数的增大呈减小趋势,最后,利用分区模型将不同供水周期下的累积入渗量与湿润锋运移距离计算值同实测资料相比较,与实际值相比总体平均相对偏差分别为3.6%和8.6%,改进模型的适用性较好,拟合精度较高。因此,该模型可以较准确地描述波涌灌间歇入渗机理,为波涌灌灌水技术的合理设计提供了理论依据。     

非充分供水土壤水分入渗模型的试验研究

基于均质土壤的非充分供水入渗试验数据,通过回归分析的方法,分析讨论了Kostiakov二参数模型、三参数模型、Horton模型和Philip模型,对非充分供水条件下土壤控制阶段入渗过程的适用性。结果表明:Kostiak-ov二参数模型、三参数和Philip模型的显著性和相关性都较高;综合考虑Kostiakov三参数模型的显著性、相关性以及回归参数与实际入渗过程边界值的吻合性,认为用Kostiakov三参数模型描述土壤入渗能力控制阶段入渗特性效果最好。     

基于HYDRUS—2D的负压灌溉土壤水分入渗数值模拟

依据土壤水动力学理论,结合负压灌溉条件下土壤水分运动特征,建立了土壤水分入渗模型。利用HYDRUS-2D对所建模型求解,并模拟在负压地下灌溉下,水分在土壤垂直剖面随时间的入渗变化规律。将模拟结果与试验测量结果进行对比验证,结果表明,两者相对误差为2%~4%,所建模型可以有效描述负压地下灌溉条件下土壤水分入渗规律。利用该模型模拟研究了不同灌水器半径(8、10、12 cm)和不同土质(北京地区土壤和基质)下土壤水分的入渗情况。结果表明:灌水器半径是影响土壤水分入渗的显著性因素。灌水器半径越大,水分入渗速率越快。灌水器尺寸对入渗起始时的入渗延迟有较大影响,灌水器半径越大,延迟越小。土壤水分入渗速率与灌水器半径呈正相关。     

微咸水入渗条件下的一维代数模型研究

入渗水水质是土壤水分入渗过程的主要影响因素之一,将入渗水水质因素融入淡水入渗模型,可改善其对微咸水入渗过程的描述和计算精度。首先采用淡水条件下的一维代数模型模拟微咸水入渗土壤含水率分布,在对模拟结果对比分析的基础上,将微咸水水质对水分入渗特性的影响归结为土壤孔隙率发生改变的结果,从而建立了微咸水入渗条件下的一维代数模型,验证结果表明模型的计算精度较高。改进模型便于描述微咸水灌溉条件下的土壤水分运动,为在实际生产中预测预报土壤水分特征提供了新的方法。     

降雨入渗补给量计算的数值模拟方

基于土壤水运动的物理过程，提出了降雨入渗补给地下水的计算模型。该模型以超渗产流和蓄满产流的混合产流模式计算地表产流量，以双层土壤蒸发模式和植物蒸散发机制计算蒸散发量，并在考虑大孔隙对土壤水运动影响的基础上，采用一维土壤水运动分层计算模型模拟土壤水运动。利用零通量面法确定非饱和土壤渗透系数、土壤水分率定模型其它参数。利用江苏徐州汉王水文试验站蒸渗仪实测资料对模型计算的入渗补给量进行了检验，结果表明，模型可以较好地模拟以土壤水运动为核心的水文过程及降雨入渗补给量。     

间歇组合灌溉下中度盐碱土壤入渗规律

为了进一步揭示咸淡水间歇组合灌溉入渗的影响机制与规律,在室内采用垂直一维积水入渗试验,研究了不同间歇时间、组合次序下的土壤入渗特征;基于实测资料探讨3种常规的入渗模型对间歇组合灌溉在中度盐碱土壤入渗规律的适用性.结果显示:在同一入渗时间下,累积入渗量从大到小依次为间歇组合灌溉(0 min),间歇组合灌溉(30 min), 间歇组合灌溉(60 min), 间歇组合灌溉(120 min),且它们之间的差异随时间的延长越来越具有统计学意义;在整个入渗过程,入渗速率分为初渗阶段和稳渗阶段,且与先咸后淡相比,先淡后咸先到达稳定入渗率;与Green-Ampt模型、Philip模型相比,Kostiakov模型能更加准确地描述间歇组合灌溉的入渗率变化特征,但在Kostiakov模型中,先淡后咸拟合精度低于先咸后淡,说明咸淡水组合次序对模型拟合精度影响较大.     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

Changes in soil properties under intermittent water application

Summary A simple laboratory method was developed to measure changes in saturated hydraulic conductivity and bulk density as affected by intermittent saturating and draining of soil columns. Significant changes in soil properties were measured after intermittent wetting and draining. Laboratory experiments showed significant changes in bulk density and saturated hydraulic conductivity of soil samples during drainage period following saturation of initially dried samples. The rate of changes in soil properties during the drainage period was a function of soil type and degree of desaturation. The effect of intermittent application of water in reducing the soil hydraulic conductivity and subsequently the infiltration rate was verified in the field by measuring the changes in soil intake rate during intermittent (Surge-flow) irrigation.     

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.     

间歇灌节水高产机理研究

本试验研究采用灌溉──土壤水分──植物系统──小气候系统理论体系，测定间歇灌供水条件下土壤水分入渗特性的变化、作物生育性状和农田小气候相互关系，定量地提出间歇灌节水高产机理在于土壤表面形成了致密层，沟（畦）土壤表面糙率的降低和适时适量地满足作物各生育期的需水要求．     

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。     

涌流畦灌条件下的间歇入渗试验研究

本文在分析影响涌流畦灌条件下的间歇入渗的主要因素基础上,通过对大量的田间入渗试验资料的分析整理,成果表明:对同一质地的土壤,土壤容重、土壤温度及表土的致密板结层对土壤入渗特性影响很大,而土壤的前期含水率对土壤的入渗特性影响不大,涌灌的循环率和周期放水时间及周期数对间歇入渗规律影响较大,最后对间歇入渗减少土壤入渗特性的机理进行了初步的分析和讨论。     

施钙条件下微咸水间歇入渗土壤水盐运移特征

施钙条件下微咸水一维间歇积水入渗试验结果显示:入渗量相同时,随着间歇时间和矿化度的增大,同一土层含水量减小;施钙使得入渗水中的钠离子不容易被表层土壤团粒所吸附,间歇时间越长,吸附在表层土壤中的钠离子浓度越低,相对的钙离子浓度增大,但间歇时间对总盐分浓度分布特征并无显著影响;同一土层上,钠离子浓度和钙离子浓度随着入渗水矿化度的增大而增高;土壤表层0~10 cm,施钙后的钠离子浓度明显小于不施钙的钠离子浓度,表层钠离子浓度降低,在实际中有利于作物生长。     

间歇供水对点源入渗土壤湿润体及水分分布的影响

对间歇供水和连续供水方式下的地表点源入渗进行了室内对比研究,得到以下初步的结果:2种供水方式下水平和垂向湿润锋与入渗时间均存在显著的幂函数关系;在灌水定额相同的条件下,采用大滴头流量(2L/h)间歇滴灌同采用小滴头流量(1L/h)连续滴灌相比较,间歇供水能有效增加水平与垂向湿润距离的比值;在连续供水条件下,土壤湿润体内平均含水率保持为一常量,而间歇供水处理的湿润体内平均含水率有一周期性的动态变化,供水期持续增大,在停水期降低接近于连续供水处理。     

Gel-conditioned barriers for water management of sandy soils

Summary A laboratory study was conducted to investigate the effect of gel-forming conditioner (Jalma) at rates of 0.0, 0.2, 0.4 and 0.8% at four depths of gel-conditioned barriers: 0–0.05, 0.10–0.15, 0.15–0.20 and 0.20–0.25 m, on infiltration, intermittent evaporation, water conservation and soil moisture distribution for calcareous sandy soil (Typic Torripsamments) at two moisture regimes. Addition of 0.8% Jalma on surface significantly increased the time required for 50 mm to infiltrate (t₅₀) into the soil. However, with deeper subsurface barriers the rate of Jalma application had no significant affect on t₅₀ for the first cycle. Time required for 50 mm to infiltrate for any Jalma rate increased with the number of irrigation cycles due to cumulative increase of moisture of soil columns. The times required for 100 mm to infiltrate (t₁₀₀) increased with increased rate of Jalma application and decreased with the depth of the treated barrier. Surface treatment significantly reduced cumulative evaporation and thus increased the amount of water conserved (PWC). Sub-surface Jalma-treated barriers promoted evaporation and hence reduced the amount of water conserved. Soil moisture profile of the columns showed that Jalma-treated barriers may be used to establish zones of maximum water storage at various depths in a sand profile.