不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性研究

根据室内浑水膜孔灌自由入渗试验资料,对比分析了浑水与清水膜孔灌自由入渗的区别,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性及浑水膜孔灌自由入渗与浑水垂直一维入渗之间的关系;建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、单位膜孔面积侧渗量模型和湿润锋运移模型。结果表明,浑水膜孔灌自由入渗随着膜孔直径的增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量和单位膜孔面积侧渗量逐渐减小;不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量的入渗系数K和入渗指数α都随着膜孔直径的增大而减小,单位膜孔面积侧渗量的入渗系数Kc随着膜孔直径的增大而减小,侧渗量入渗指数αc随着膜孔直径的增大而增大;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。     

膜孔灌土壤湿润体水分分布与入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了膜孔灌土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-3D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理。用所建立的模型和方法对一定灌水技术要素组合下的土壤湿润体水分分布、膜孔入渗量进行数值模拟,结果表明：除膜孔间距大时,膜孔附近土壤水分分布不均匀程度增大外,土壤质地、容积密度、初始含水率、膜孔直径和灌溉水深对膜孔灌土壤水分分布模式影响较小。土壤质地、容积密度对膜孔灌的入渗特性影响显著,土壤初始含水率和灌溉水深对其影响较小。膜孔控制区域内的平均入渗水深主要受开孔率和膜孔直径的影响。     

膜孔多向交汇入渗影响因素试验研究

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。     

膜孔灌土壤湿润体水分分布与人渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了膜孔灌土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-3D软件进行求解,利用室内试验对模拟结果进行分析验证,模拟值与实测值基本吻合,所建模型合理.用所建立的模型和方法对一定灌水技术要素组合下的土壤湿润体水分分布、膜孔入渗量进行数值模拟,结果表明:除膜孔间距大时,膜孔附近土壤水分分布不均匀程度增大外,土壤质地、容积密度、初始含水率、膜孔直径和灌溉水深对膜孔灌土壤水分分布模式影响较小.土壤质地、容积密度对膜孔灌的入渗特性影响显著,土壤初始含水率和灌溉水深对其影响较小.膜孔控制区域内的平均入渗水深主要受开孔率和膜孔直径的影响.     

浑水膜孔灌自由入渗特性试验研究

通过室内相同条件下清水膜孔灌自由入渗和4种不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了不同含沙率对浑水膜孔灌自由入渗特性和灌水结束后湿润体内水分分布情况的影响,建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数和灌水结束后湿润体内水分分布曲线参数与不同含沙率的关系,提出了不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、湿润锋运移模型和灌水结束后湿润体内水分分布曲线模型,以及不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗相对相同条件下清水膜孔灌自由入渗的减渗特性及其影响规律.结果表明:随着浑水含沙率的增大,累积入渗量逐渐减小,且均小于相同条件下的清水累积入渗量,入渗系数K随着含沙率的增大而减小,入渗指数α随着含沙率的增大而增大;在相同入渗时间内,随着浑水含沙率的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐减小;灌水结束后湿润体内垂直方向和水平方向质量含水率均随着距膜孔中心距离的增大而逐渐减小;不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗与相同条件下清水对比具有减渗作用,随着含沙率的增大,减渗率逐渐增大.     

层状土膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化模拟研究

采用试验与数值模拟相结合的方法,探究了层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化规律。试验设置了3种夹砂层位置,利用HYDRUS-3D模型对层状土膜孔灌肥液自由入渗水氮运移和氮素转化过程进行模拟预测,并进行了验证。研究表明：根据简化膜孔灌入渗量的计算方法,将膜孔灌分为垂直一维入渗和膜孔侧渗,膜孔侧渗量在膜孔入渗量中起主导作用,并且受夹砂层位置的影响较大,随夹砂层埋深的增加而增大,而夹砂层位置对垂直一维入渗减渗作用较小;层状土膜孔灌湿润体的湿润锋面形状与均质土的半球体或半椭圆体有明显不同,并且在土-砂交界处有明显的不连续现象;随再分布时间的延长,土壤湿润体中尿素含量整体呈降低趋势;再分布阶段,膜孔中心处附近铵态氮均大于湿润锋处的,并随着远离膜孔中心方向逐渐减小,铵态氮主要集中分布在夹砂层以上土层中,并且在土-砂界面含量明显增加;随着时间的增加,相同位置处的硝态氮含量增大,水平湿润锋处的硝态氮含量较膜孔中心附近的增加速度快,并在土-砂界面含量较大;尿素转化运移过程中氮素的实测值与模拟值一致性较好,说明氮素链式反应参数选取较合理,模型模拟效果较好。该研究为模拟预测层状土条件下膜孔灌肥液自由入...     

含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响

为揭示含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响,通过室内浑水膜孔灌单孔入渗试验,研究了西安粉壤土在不同浑水含沙率(0、3%、6%、9%、12%)时的入渗特性,分别建立了不同浑水含沙率的膜孔灌单孔自由入渗垂直湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间和含沙率的模型,并引入了减渗率来表述浑水含沙率对膜孔灌单孔自由入渗的减渗效果。结果表明,湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量及稳定入渗率均随着浑水含沙率的增大而减小;在相同的入渗时间内,随着含沙率的增大,入渗系数K逐渐减小,减渗率η逐渐增大;不同浑水含沙率膜孔灌单孔自由入渗的减渗率与入渗时间之间呈极显著的幂函数关系;入渗初期的减渗率变化最大,入渗200 min以后的减渗率基本趋于稳定。     

含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响

为揭示含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响,通过室内浑水膜孔灌单孔入渗试验,研究了西安粉壤土在不同浑水含沙率（0、3%、6%、9%、12%）时的入渗特性,分别建立了不同浑水含沙率的膜孔灌单孔自由入渗垂直湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间和含沙率的模型,并引入了减渗率来表述浑水含沙率对膜孔灌单孔自由入渗的减渗效果。结果表明,湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量及稳定入渗率均随着浑水含沙率的增大而减小;在相同的入渗时间内,随着含沙率的增大,入渗系数K逐渐减小,减渗率η逐渐增大;不同浑水含沙率膜孔灌单孔自由入渗的减渗率与入渗时间之间呈极显著的幂函数关系;入渗初期的减渗率变化最大,入渗200 min以后的减渗率基本趋于稳定。     

膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水盐氮运移分布影响

通过室内不同膜孔直径膜孔灌单点源微咸水入渗试验,分析了相同灌水时间下膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水、盐、硝态氮运移分布影响,结果表明:膜孔直径越大,相同入渗时间的累积入渗量越大;相同入渗时间,湿润锋运移距离随膜孔直径的增大而增大;灌水结束时,膜孔直径越小,相同位置的土壤含水量越小;土壤硝态氮含量随着距离膜孔中心距离增大而减小,随着膜孔直径的增大而增大,而土壤含盐量则相反。以上研究结果可以为合理利用微咸水进行膜孔灌灌溉提供理论依据。     

浑水膜孔灌单向交汇入渗特性试验研究

为了了解含沙率对浑水膜孔灌单向交汇入渗特性影响情况,对比分析了不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗数据,在此基础上通过模型分析了浑水膜孔灌单向交汇入渗参数、湿润锋运移参数与含沙率的关系;提出了不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、自由面和交汇面湿润锋运移模型;揭示出不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗与同一条件下清水的减渗特性及其影响规律.由所得结果发现,浑水含沙率与单位膜孔面积累积入渗量之间存在负相关关系,而入渗系数与含沙率也存在同样的关系,入渗指数与含沙率的相关性为正相关;交汇时间随含沙率逐渐增大而逐渐增加;在同一入渗时间内,随浑水含沙率增大,自由面和交汇面的垂直和水平湿润锋运移距离都不断减小;各种含沙率条件下的浑水膜孔灌单向交汇入渗与相同条件下的清水对比,减渗结果存在明显的差异,在含沙率增大的过程中,减渗率也逐渐增大.     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm3)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间...     

膜孔灌单向交汇肥液入渗湿润体特性试验研究

通过室内膜孔单向交汇肥液入渗试验,研究了肥液入渗下湿润锋的运移特性,建立了湿润锋运移速率与入渗时间的经验模型;分析了膜孔单向交汇面湿润锋形状,建立了交汇面湿润锋运移距离随时间变化模型;研究了湿润体内土壤含水量和土壤水分再分布的规律。研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究提供参考。     

负水头环境土壤水分湿润锋运移三维模拟

【目的】更加有效地控制土壤含水率,指导节水灌溉。【方法】采用负水头土壤水分湿润锋运移试验和Hydrus-3D三维土壤水分运移数值模型,研究了山西榆次砂土、壤土在负水头高度(0、-0.5、-1.0m)时的土壤水分湿润锋运移规律和模型的有效性。【结果】水分累积入渗量随着时间的增加逐渐增大,与时间呈良好的幂函数关系;湿润锋随着时间的增加逐渐向水平、垂直方向扩大,曲线呈1/4椭囿状,最大湿润距离与时间的平方根呈良好的线性关系;湿润锋入渗速度随着负水头高度的增加逐渐减小,与时间呈良好的幂函数关系。实测湿润锋包络面积与模型计算值的偏差,砂土为0.51%~7.21%,壤土为0.22%~16.03%。【结论】所建三维模型可以用于描述负水头环境下土壤水分湿润锋的运移特征,并用于预测各种条件改变下的湿润锋运移和含水率分布。     

涌泉根灌多点源交汇入渗湿润体试验研究

在米脂山地微灌枣树示范基地进行原状土涌泉根灌入渗试验,研究了多点源交汇入渗条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律.结果表明,涌泉根灌多点源交汇入渗孔洞处和交汇面处的湿润锋运移距离与入渗时间均符合幂函数关系,交汇面处的湿润锋运移速度比孔洞处的快,最终交汇入渗湿润土体沿孔洞布置方向的剖面形状近似带状;在孔洞底部周围的中间区域...     

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。     

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。     

不同含沙率浑水膜孔灌三维Green-Ampt入渗模型

通过室内浑水膜孔灌入渗试验,基于三维Green-Ampt模型建立相关的物理模型,研究浑水含沙率对浑水膜孔灌自由入渗的影响.将浑水泥沙对水分入渗的影响概化为水土界面沉降层的减渗作用,以清水膜孔灌为基础,得到不同含沙率下水土界面沉积层减渗作用随时间的变化规律.研究结果表明,沉淀层减渗作用随着浑水含沙率的增大而增大,含沙率越高,减渗作用越明显,同一含沙率浑水减渗作用与时间具有较好的幂函数关系,该减渗作用力最大值出现在土壤水分入渗初期,前30 min减渗作用力明显较大,30 min后减渗作用力变化趋势逐渐减小,100 min后基本趋于稳定状态.该研究为后续浑水膜孔灌自由入渗研究奠定了基础,而且在灌溉理论发展和实际应用方面具有重要的科学价值.     

不同斥水程度黏壤土一维入渗特性试验研究

采用人工配置的5种斥水程度等级的黏壤土,通过室内一维积水入渗试验,探究了斥水程度对黏壤土湿润锋运移、累积入渗量、入渗率、土壤剖面含水率以及水分再分布的影响,分析了不同斥水程度土壤入渗条件下入渗模型的适用性.结果表明:随着斥水程度增大,土壤入渗率变慢,湿润锋运移相同距离所需要的时间显著增加,其中运移到40 cm时,强斥水土壤比亲水土壤的运移时间增加了63%;随着斥水程度增大,累积入渗量减小,入渗结束时强斥水土壤比亲水土壤的累积入渗量减小了27%;土壤的入渗率也随着斥水程度增大而逐渐减小,强斥水土壤的稳定入渗率为亲水土壤的37%;随着斥水程度增大,土壤剖面含水率减小,且经过相同时间的水分再分布,土壤剖面含水率的变化量也随之减小;幂函数可以很好地模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程;对弱斥水土壤而言,Philip模型和Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度,而强斥水土壤则Kostiakov模型更为适用.研究可为斥水土壤的入渗提供理论基础.     

涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验

为了了解涌泉根灌这项微灌技术灌水后的水分运移情况,在野外黄土坡地利用剖面法对涌泉根灌在不同孔径、孔深条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明,在不同孔径、孔深处理下,湿润体水平扩散半径、向上入渗距离和向下入渗深度有不同的影响,且均与时间有显著的幂函数关系;涌泉根灌停止后24 h内的土壤湿润体水平及竖直方向扩散相对变化超过了47%,湿润体平均含水量相对降低了30%;24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.涌泉根灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为涌泉根灌系统设计的依据;推荐涌泉根灌适宜的孔洞深度为30~40 cm,孔径为φ6 cm.研究结果可为涌泉根灌技术的实际应用提供理论参考.     

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。