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。     

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.     

渗灌用黏土基微孔陶瓷灌水器入渗性能研究

针对3种孔径相同开口孔隙率和渗流面积不同的黏土基微孔陶瓷灌水器,进行了水力性能和土壤入渗试验研究。结果表明,相同条件下微孔陶瓷开口孔隙率和渗流面积越大,灌水器渗流量越大;灌水器入渗性能受灌水时间、土壤类型和进口压力的影响。随着灌水时间延长土壤含水率增加,入渗速率减小;在无压条件下,黄绵土入渗速率较砂土大,随着进口压力增大,砂土入渗速率大于黄绵土入渗速率;同时随着进口压力增大灌水器入渗速率增大且稳定时间缩短。     

初始含水率对微润灌溉线源入渗特征的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性的变化规律,以扰动均质土壤为研究对象,采用室内模拟试验的方法,分析了不同初始含水率(2.1%,5.6%,8.0%,10.1%)条件下微润灌土壤湿润锋运移距离和水分分布的变化规律.结果表明:土壤初始含水率对微润灌溉线源扩散有较大的影响,湿润锋推进速率、地表湿润时间随着初始含水率的增大而增大,并与灌水时间呈幂函数关系;湿润体形状受初始含水率影响非常小,其横断面为近似圆形;一定灌水时间内,累计入渗量、平均入渗率与初始含水率呈正相关性,且到达稳定入渗率的时间与初始含水率呈负相关性,湿润锋推进速率与初始含水率呈正相关关系,扩散系数与初始含水率成指数递增关系,不同初始含水率的不同方向土壤水分扩散指数介于0.50~0.60之间;湿润体内水分呈同心圆分布,含水率梯度随着初始含水率的增大而减小;微润灌均匀系数随初始含水率的增大而增大.研究结果可为微润灌溉技术推广应用提供理论依据.     

土壤初始含水率对地下滴灌线源入渗土壤水分运动影响的试验研究

通过室内试验,分析了4种土壤初始含水率对地下滴灌线源入渗土壤水分运动规律的影响,结果表明,随着初始含水率的增大,湿润锋向下运移的速度变大,向上和水平方向运移的速度均减小,且滴头下方的土壤含水率相对较高;水平方向在滴头左右相同位置处的土壤含水率基本相同,呈左右对称分布。在相同灌水量情况下,初始含水率越大,湿润锋向上运移的距离越小,向下运移的距离越大。     

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离水平距离向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。     

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。     

深层入渗对土壤含水率和苹果产量的影响

选取15年生开心形富士苹果,设计7个不同入渗方式处理,测定了不同处理的苹果产量和不同生育期土壤含水率。结果表明,苹果成熟前不同处理土壤含水率之间差异不明显,进入雨季以后,深层入渗技术能够将雨季降雨有效收集,并入渗到深层储存,在60～200cm,土壤含水率高出对照1%～5.22%;各处理之间苹果单株产量差异极显著,其中深层入渗技术都有增产效果,平均增产13.46%。深层入渗技术能够有效的使降雨入渗到更深层次并储存,为苹果需水临界期提供土壤水分保证,提高产量。     

微孔陶瓷管道渗灌土壤水分分布特性研究与关键技术参数优化

渗灌是通过多孔介质将灌溉水持续渗入到作物根区土壤的地下节水灌溉技术。以廉价易得的黏土和炉渣为原料,采用注浆成型法制备出一种材料性能优良且绿色环保的微孔陶瓷渗灌管道,重点研究了陶瓷渗灌管道土壤水分入渗特性,并以最优根水匹配为目标,提出了陶瓷渗灌管道工作水头优化算法。研究结果表明：微孔陶瓷渗灌管道流量在1 h内迅速下降后以稳定出流量持续出流,于48 h后达到稳定出流状态,当工作水头由0.25 m增加至0.75 m时,微孔陶瓷渗灌管道稳定出流量由0.157 L/(h·m)增加至0.270 L/(h·m),稳定出流量与工作水头呈显著的线性正相关关系。湿润体为平行于土壤表面的圆柱体,湿润体剖面上土壤含水量沿湿润锋运移方向逐渐降低,垂直向上、垂直向下和水平方向的湿润锋分别以0.05 cm/h、0.08 cm/h和0.04 cm/h的速率扩散。湿润体内平均土壤含水量随工作水头增加而增大,0.25 m、0.50 m和0.75 m工作水头下湿润体内平均含水量分别为0.243 cm3/cm3、0.348 cm3/cm3和0.406 cm3/cm3。利用所构建的微孔陶瓷渗灌管道工作水头优化算法,对冬小麦、夏...     

初始含水率对涌泉根灌土壤渗透特征的影响

为探索初始土壤含水率对涌泉根灌过程中湿润锋运移和土壤水分分布的影响,合理确定灌水技术参数,配置了5种不同初始土壤含水率,采用室内土箱模拟试验方法,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌均质土壤水分扩散的影响.结果表明：涌泉根灌条件下,初始含水率对湿润体形状的影响不大,对其大小有明显影响;土壤表面湿润时间与初始含水率呈递减关系,土壤表面湿润半径、湿润体水平与垂直距离的增长速度均随着土壤初始含水率的增大而增大;土壤初始含水率越大湿润体内水分分布越均匀;试验拟合的根据土壤初始含水率计算地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,计算值和实测值之间误差较小,整体误差分别为0.63%,0.4%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%,可用经验公式推算涌泉根灌土壤水分渗透参数,作为涌泉根灌系统设计依据.     

微孔渗灌管水力特性的试验研究

通过试验实测的方法,对埋入地下的微孔渗灌管灌水时管路的水力特性进行了研究。结果表明,随着进水口压力、管长和微孔渗灌管透水性能的增加,微孔渗灌管水流量、沿程的水头损失和水力偏差率增大,且水头损失主要发生在微孔渗灌管靠近进水口的前半段。实际设计管网时,应综合考虑供水压力、渗灌管透水性能对水头损失的影响,确定管网中毛管的长度,保证灌水均匀度。     

土壤容重对土壤水分入渗特性影响研究

采用一维垂直积水入渗法研究不同容重对入渗率、累积入渗量及湿润锋的影响,试验结果表明对应于同一入渗时间,容重越大,入渗率、累积入渗量及湿润锋深度均越低;相对于基准入渗量和基准湿润锋,容重越大,其减渗率μ和减锋率η均随之越大;稳定入渗率有随土壤容重的增加而减小的趋势;不同容重的累积入渗量和时间的平方根呈显著的线性关系,拟合的系数M随容重增加而降低,并与容重较好的呈幂函数关系;湿润锋深度与入渗时间呈幂函数关系,随着容重的增加,入渗的系数A降低,而指数B差异较小,系数A与容重之间较好的符合乘幂函数关系。研究结果为从入渗特性推求容重与土壤水分运动参数的关系提供定量分析依据。     

矿化度对微润灌土壤入渗特性的影响

采用室内土箱模拟试验的方式,研究了5种矿化度条件下微润灌土壤水分的入渗特性。试验结果表明:矿化度对湿润体形状影响小,微润灌湿润体横剖面呈近似圆形;矿化度对湿润体体积影响较大,矿化水湿润体体积大于清水的湿润体体积。当矿化度为3 g/L时,微润灌湿润体湿润锋运移速率最大,湿润锋运移速率与时间呈幂函数关系。矿化水可增加微润灌的累计入渗量,但累计入渗量与矿化度之间不是单调关系,当矿化度为3 g/L时,累计入渗量达到最大,土壤平均含水率也最大。     

秸秆覆盖对不同初始含水率土壤产沙过程的影响

秸秆覆盖是防治水土流失最有效的措施之一。该文通过模拟降雨（降雨强度为60 mm/h,降雨历时1 h）研究坡耕地在不同土壤初始含水率状态下秸秆覆盖变化对产沙过程的影响。试验地位于中国科学院红壤生态实验站,土壤类型为耕作铝质湿润淋溶土,试验小区为12 m×3 m,坡度为9%。处理分为5个水平的覆盖度（0、15%、30%、60%和90%）和2种土壤初始含水率（干态和湿态）。结果表明,在0、15%、30%、60%和90%覆盖度下,干态土壤平均产沙速率依次为24.5、15.8、10.4、11.2和1.0 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内略微增大。湿态土壤条件下平均产沙速率依次为115.6、70.0、49.6、34.8和31.9 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内下降明显。0、15%、30%、60%和90%覆盖度下平衡时产沙速率依次为52.5、30.5、22.8、19.8和15.4 g/(m2·h)。另外,5个水平的覆盖度中,30%的花生秸秆覆盖降低不同前期含水率下土壤产沙速率50%以上。因此,不同前期含水率情况下土壤产沙速率对秸秆覆盖度变化的响应非常明显,30%秸秆覆盖具有较为经济的水土保持效果。     

入渗水头对土壤入渗参数的影响

通过室内试验,对水平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,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。这一研究成果为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奠定基础。     

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。     

土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm3时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.     

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。     

砾石覆盖对土壤入渗特性影响的试验研究

土壤水分入渗过程复杂,砾石覆盖可在不同程度上影响土壤水分运动过程。通过进行砾石表层覆盖入渗试验和土石混合覆盖入渗试验,研究砾石覆盖对土壤入渗特性的影响。结果表明:在砾石覆盖与土石混合试验中,土壤稳定入渗率、吸渗率、导水率及土壤有效孔隙度均随砾石覆盖度和土石混合度增大而减小,且在不同砾石覆盖度和土石混合度的入渗试验中相关参数变化差异显著(P0.05)。随碎石含量增加,土壤有效孔隙度减小,水分运动通道曲折复杂从而限制水分入渗。土石混合试验中土壤吸渗率、导水率及土壤有效孔隙度随土石混合度增大而降低的程度均高于砾石表层覆盖试验。镶嵌在地表和土壤剖面中的碎石能够改变土壤持水特性,深入研究砾石对土壤入渗特性的影响,可为工程废弃砾石重复利用于边坡防护提供理论依据。     

蓄雨屋顶超纤渗灌系统土壤含水率分布特征

【目的】灌溉难是城市绿色屋顶发展的一个重要限制因素。为了克服屋顶灌溉难题,本文提出了一种新型的自动节水渗灌技术,即超细纤维毛细芯渗灌（超纤渗灌）。【方法】通过屋顶试验研究了该渗灌系统的土壤含水率分布特征,并评估了方向盘式超纤渗灌、环状超纤渗灌、直芯超纤渗灌的灌水均匀度。【结果】土壤含水率按照方向盘式超纤渗灌、环状超纤渗灌、直芯超纤渗灌方式递减,且3种超纤渗灌的平均土壤含水率比无渗灌高出46.7%。环状超纤渗灌与方向盘式超纤渗灌的克里斯琴森均匀系数CUC相差不大。方向盘式超纤渗灌平台以及环状超纤渗灌平台土壤含水率高于5%的时间大于95%。供水半径为25、20、15、10 cm和5 cm处,环状超纤渗灌比直芯超纤渗灌CUC分别高1.6%、4.2%、4.8%、4.3%和9.3%。【结论】超纤渗灌供水能力良好,具备自动灌溉、提高以及稳定土壤含水率的能力,将会缓解屋顶植被缺水干旱现象并促进绿色屋顶的健康运行。