变化初始含水率条件下土壤入渗特性试验及模拟研究

为研究初始含水率对土壤入渗特性的影响，设置5种不同处理（初始含水率分别为1.5%、7.5%、13.5%、19.5%、25.5%）进行室内土柱试验，记录各土柱的入渗时间和灌水量，利用规划求解工具确定Kostiakov-Lewis模型、Horton模型和Philip模型3个模型参数。结果表明：(1)初始含水率一定时，累积入渗量随时间逐渐增大，入渗速率随时间逐渐减小，初始含水率对入渗速率有显著影响。(2)当初始含水率≤19.5%时，3个模型的适用性均较好，实测值与模拟值的相关系数均在0.99以上，当初始含水率>19.5%时，Kostiakov-Lewis模型和Philip模型的适用性较好，Horton模型的适用性较差。(3)在Kostiakov-Lewis模型中，入渗系数k随初始含水率的变化波动最大，稳渗率f0波动最小，入渗指数α介于两者之间；在Horton模型中，初始入渗率i0随初始含水率的变化波动最大，稳渗率ic波动最小，参数β介于两者之间；在Philip模型中，土壤吸渗率S随初始含水率的变化波动较大，稳渗率A波动较小。     

基于SRFR软件垄沟灌土壤水分入渗参数反推方法评价

以民勤绿洲沟灌水流推进试验实测资料为依据,建立了垄作沟灌土壤水分入渗Kostiakov模型,并利用WinSRFR数值模拟软件反向率定沟灌Kostiakov入渗模型中入渗系数k和入渗指数α,模拟分析不同沟底宽灌水沟裸地条件下水流推进和消退过程,并通过实测与模拟的水流推进过程相匹配来反向率定在动水头影响下的土壤入渗参数。结果表明,通过相对误差K、均方根误差RMSE以及不同灌水沟在30 cm处的水深变化过程来评价得到的入渗参数的精确度,表明利用大田实测与WinSRFR模型反推的入渗参数模拟的水流推进和消退过程较为一致。WinSRFR软件反推法求得的沟灌土壤水分入渗参数模拟结果满足试验精度要求,大大减小了入渗参数确定的工作量。     

内蒙古砒砂岩土壤水平入渗特性及适用模型研究

本文以内蒙古准格尔旗典型的砒砂岩土壤为研究对象,研究容重及初始含水率变化对砒砂岩土壤水平入渗特性的影响及适用模型。采用室内模拟土柱法,对3组砒砂岩土壤RS(紫红色)、HS(粉红色)和WS(灰白色)分别进行水平土柱积水入渗试验,研究容重为1.30 g/cm~3、1.35 g/cm~3、1.40 g/cm~3、1.45 g/cm~3、1.50 g/cm~3和初始含水率为7%、11%和15%不同梯度对水平入渗规律的影响。结果表明,砒砂岩土壤水平入渗入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系;入渗率、累计入渗量与初始含水率成反比关系,但湿润锋运移速率随初始含水率增加而增大;砒砂岩土壤容重越大,入渗率、累计入渗量越低,湿润锋运移越慢。初始含水率及容重的大小影响砒砂岩土壤水平入渗能力,Philip模型适用于模拟不同容重及初始含水率影响下的水平入渗过程,建立能够直接反映容重与入渗率关系的Philip改进模型,并通过r检验法验证了改进模型具有较高模拟精度。     

土壤容重对海涂垦区粉砂土水分垂直入渗特征的影响研究

为探明土壤容重变异对海涂围垦区粉砂土水分入渗性能及变化过程的影响,该文通过室内土柱一维垂直入渗试验,比较分析了围垦区粉砂土和南京菜地黄棕壤不同容重下土壤水分入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明容重对2种试验土壤入渗过程有较大影响,表征土壤入渗能力的稳定入渗速率、累积入渗量和湿润锋深度均随容重增大递减,呈显著负相关关系。模拟2种土壤入渗过程的考斯加科夫模型中,表征初始入渗速率的参数K值随容重增大递减,而表征入渗能力衰减速度的参数α随容重增大未表现出显著差异。简略的Philip入渗方程的幂级数解可以很好地拟合2种土壤湿润锋深度随时间变化过程,拟合的参数λ和x变化规律表明随着容重的增大,基质势梯度、重力作用都呈逐渐减弱的趋势。采用一维代数模型可以较好的模拟粉砂土入渗剖面含水率分布规律,土壤容重越高,模型的理论值越准确。     

土壤容重对深层坑渗灌入渗特性影响的试验研究

为了揭示土壤客重对深层坑渗灌入渗量的影响规律,通过室内均质土模拟试验,采用非线性回归法对试验数据进行分析;建立了以土壤容重为参数深层坑渗灌的Kostiakov和Philip改进模型,并进行了验证.结果表明:入渗时间相同时,入渗量随着土壤容重的增大而减小;Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型都适用于模拟深层坑深灌的入渗过程,相关系数均在0.99以上;建立的2个改进模型计算精度均很高,效率系数分别为99.7%和99.9%.相比较而言,深层坑渗灌的Philip模型具有一定的理论依据,计算精度较高且模拟效果好,可作为计算深层坑渗灌入渗量的有效模型.     

由土壤物理性指标估算入渗参数的方法

针对土壤入渗参数不易获得、精度较低的现状,依据2011年南皮县育种农场得到的试验结果,基于土壤质地、干密度及初始含水率等物理性指标得到土壤入渗的Green-Ampt模型,进而提出估算Kostiakov模型入渗参数的方法。结果表明,由该方法得到的入渗参数精度较高,所得到的入渗过程与通过畦灌水量平衡法所得到的入渗过程之间吻合程度较好,累积入渗量相对误差平均值为6.26%,相关系数为0.999 9,模型效率为0.999 3。研究结果可在减小田间工作量的同时保证较高的计算精度。     

农田土壤养分交换性镁的空间分布模拟方法比较——以昭阳区为例

采用反距离加权法、径向基函数插值法、克里格法、回归模型法,以云南省昭阳区农田土壤养分采样数据为对象,对全区土壤交换性镁含量进行模拟。结果表明,由于中量元素分布的复杂性,不同模拟方法得到的预测精度不同;反距离加权法强调空间距离权重的影响,未能较好的反应分布规律;径向基函数插值法由于采样点数据具有很大的不确定性,故效果也不理想;克里格法误差最小,精度最高;回归模型法误差较大,但最能反应农田土壤交换性镁分布的地域特征和立体变化特征。     

保水剂对土壤积水入渗特征的影响

 【目的】水分在田间的入渗过程是发展节水型农业的重要依据之一,比较研究保水剂对土壤积水入渗特征及其变化过程的影响,以期为保水剂的研发和大田合理应用提供理论参考。【方法】模拟大田积水入渗过程,分别层施(L)和混施(M)不同浓度(0、0.2%、0.4%和0.6%)的2种保水剂——日本触媒(JP)和德国巴斯夫(BF),比较分析保水剂对土壤水分垂直入渗的3个特征量：累积入渗量、入渗速率和稳定入渗率的影响。【结果】2种保水剂对土壤水分累积入渗量和入渗速率的影响具有稳定性和一致性。同时,层施和混施保水剂都能不同程度地增加土壤入渗;不同的是,层施保水剂对土壤入渗增加的效应是有限的,JP以浓度0.2%,BF以0.4%为界,大于此浓度不仅会抑制土壤入渗,而且抑制效应会随着保水剂浓度的进一步增加而加剧;但是混施条件下,保水剂可使120 min内土壤累积入渗量增加1.1—2.1倍,且土壤入渗的增加与保水剂浓度正相关。【结论】在本试验条件下,保水剂对土壤水分向下运动的影响与保水剂自身的吸水倍率和膨胀性能密切相关。     

层状土壤中一维非饱和土壤水分运动的随机模拟

在田块尺度条件下的层状土壤中，土壤水力特性及土壤水分变量在空间上的分布可以看作是一维随机空间函数的实现。利用AR（1），MVAR（1）和NNM等3种随机生成模型分别生成饱和水力传导度、孔隙大小分布参数和容水度的随机样本，在此基础上利用随机模拟法对一维非饱和土壤水分运动进行了随机模拟。结果表明：不同的土壤参数的空间变异对非饱和土壤水分运动的影响是不同的，土壤参数的方差越大，对非饱和土壤水分运动的影响越大；土壤参数的空间变异尺度越大，对非饱和土壤水分运动的影响越大；随机模拟计算所得的水分变量的一阶矩与大尺度模型计算结果甚相一致。     

中亚热带不同演替森林群落林地土壤渗透性特征

以滇中磨盘山演替初期云南松林、演替中期云南松阔叶树混交林和演替顶级常绿阔叶林为研究对象，利用定水头法和原状土柱水分穿透试验，分析土壤水分入渗差异及影响因子。结果表明：3种不同演替群落土壤平均入渗速率，从大到小依次为演替顶级、演替中期、演替初期，演替顶级林地土壤入渗能力最强；不同群落各入渗参数变化显著(P<0.05);同一演替群落，上层土壤渗透能力较深层土壤强。入渗过程模型拟合得，Horton模型对研究区森林土壤入渗过程拟合精度最高，为0.991,更适于描述土壤水分入渗过程；通径分析显示，土壤质地、有机质质量分数及根长密度对土壤水分入渗影响显著(P<0.05);弹性系数和边际量效应系数表明，土壤有机质、全氮、水解性氮质量分数和根长密度对土壤的入渗性能影响系数最大。土壤渗透性与有机质、全氮、水解性氮质量分数、植被根长密度、根质量密度等显著相关(P<0.05),有机质、全氮和水解性氮质量分数越高，植被根系分布越广，土壤质量越好，土壤孔隙连通性越佳，土壤水分下渗越快。     

不同耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响

为探讨耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响,2016年6—9月在内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗试验区设置3种耕作方式深松(SS)、免耕(MG)及常规耕作(CK),分别采集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层的土样,对土壤容重、含水量、土壤渗透速率及土壤孔隙度进行调查。结果表明：3种耕作方式土壤容重及含水量均表现为SS>CK>MG;土壤入渗特征表现为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率;土壤入渗速率及累计入渗量表现为SS>CK>MG;土壤孔隙度以SS处理下最高且随着月份的增加土壤孔隙度降低。主成分分析表明,初始入渗速率和渗透总量对不同耕作方式最为敏感,可以作为考察东北黑土区农田耕作效应与缓解黑土地退化的评价指标。由综合得分可知,不同耕作方式下土壤性能优劣表现为SS>MG>CK。综上,深松耕作可以有效的降低土壤容重,提高土壤含水量,促进土壤渗透能力;免耕更有利于水分的保持,降低土壤的无效蒸发。     

Guelph入渗仪在松华坝水源区土壤入渗性能上的应用

【目的】验证Guelph入渗仪进行室内模拟的可行性以及研究松华坝水源区不同土地利用类型对土壤入渗性能的影响。【方法】利用Guelph入渗仪通过野外测定和室内模拟研究了林地、林改坡地和坡耕地土壤水分入渗过程。【结果】通过野外测定,土壤入渗性能强弱表现为林地林改坡地坡耕地,室内模拟的结果与其一致,且两种方法的结果显著相关;通过对土壤入渗性能与影响土壤入渗因素的相关分析发现,含水率、砂粒、容重、总孔隙度是影响土壤入渗性能的重要因素;利用3种公式对野外测定的土壤入渗速率进行拟合,Kostiakov公式拟合效果最好,通用经验公式次之,Philip公式还存在一定的偏差。【结论】利用Guelph入渗仪进行室内模拟可以很好地反映土壤渗透性能,更易控制实验条件,还可以观测到指标的变化过程,土壤入渗量和湿润锋等指标的测定更能全面地表达土壤入渗性能。     

膜沟灌溉入渗规律试验初报

膜沟灌溉是与地膜覆盖技术相结合的沟灌,它将带有渗水孔的地膜敷贴在灌水沟内形成膜沟,灌溉时水在沟内的膜上流动,并通过膜孔渗入土壤。针对膜沟灌溉的累积入渗量、湿润深度随入渗历时变化规律进行了研究。研制了膜沟灌溉入渗试验装置,针对2排3列膜孔布置方案进行了膜沟灌溉入渗试验,观测得到了不同入渗历时的累积入渗量和湿润深度。结果表明,累积入渗量与入渗历时之间的关系符合Kostiakov-Lewis模型,湿润深度随入渗历时的变化符合幂函数关系,因此可用该2个模型描述膜沟灌溉的入渗规律。     

参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

基于畦田双侧灌水条件下灌水参数优化研究

为减少畦灌灌水时长、设计合理的畦田规格、提高灌溉效率,采用田间畦块双侧灌水试验和WinSRFR5.1模型分析相结合的方法,模拟双侧地面灌溉的水流过程和灌水质量情况。以水流汇集处为界,将畦块双侧灌水试验分为两次坡度不同灌水试验,与WinSRFR5.1模型结合进行土壤入渗参数（入渗系数K和入渗指数α）率定和模拟灌水质量（灌水效率和灌水均匀度）等值线图,再对模拟结果进行对比分析。结果表明：畦块双侧灌水是可行的,相对于畦宽,畦长对灌水效率和灌水均匀度的影响更大。结合天津市武清区畦田现状,得到双侧灌水畦田的畦长、畦宽范围,即：单宽流量为2.96 L/（s·m）、畦宽为2.0～11.5 m、畦长为49～165 m,此时灌水效率和灌水均匀度均达到90%以上。     

喀斯特山地不同混农林模式的土壤入渗特征及模拟

【目的】明确喀斯特山地混农林模式的土壤入渗特征及混农林业对土壤入渗的影响。【方法】通过田间试验,以单作经济林模式为对照,对林药、林粮、林草模式的入渗特征及其影响因子进行分析,并用4种常用的入渗模型对其过程进行拟合。【结果】①3种混农林模式的初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率及入渗总量总体优于对照,并随土层的增加而降低;依据入渗过程曲线,将入渗过程按入渗历时(t)分为3个阶段:迅速降低阶段(t≤10 min)、缓慢降低阶段(10 mint≤40 min)和趋于稳定阶段(t40 mim)。②从各模式综合得分来看,林药模式(0.405)得分最高,入渗能力最好,其次是林草模式(0.357),林粮模式(0.209)尽管优于对照(0.175),但与对照差异较小,表明林药模式与林草模式的保水固土效应比林粮模式更佳。③土壤入渗性能与理化性质的相关性分析显示:土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度分别与入渗性能呈极显著负相关(P0.01)、极显著正相关(P0.01)、显著正相关(P0.05),是影响土壤入渗性能的主导因子。④从R2的均值来看,Philip模型(0.783)、Kostiakov模型(0.942)对各模式的拟合效果较差,而Horton模型(0.977)与通用经验模型(0.976)拟合效果较好。【结论】各混农林模式通过影响土壤孔隙度及容重改善土壤入渗,但改善效果有差异,其中林药模式对土壤入渗的影响最大,入渗能力最强,林草模式次之,其入渗过程可用Horton模型及通用经验模型进行描述。     

农田土壤入渗特性研究

以陕西杨凌一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,对不同土壤质地条件下的土壤入渗特性进行了研究。结果表明：两种土壤质地条件下描述其入渗过程的最优入渗公式为修正Kostiakov公式;土壤入渗试验合理的设计观测时间一级阶地砂壤土条件下不应小于90 min,三级阶地粘壤土条件下不应小于120 min;根据各入渗参数的最大相关距离,计算了典型田块入渗试验的合理测点数,一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土试验田块均为42个测点;可在一定程度上借助稳定入渗率f₀的变异特征描述土壤入渗性能和衡量土壤入渗能力,但同时还应考虑入渗参数k的空间变异特征。     

林地土壤水分运动的数学模型

应用森林水文学、土壤物理学和土壤水动力学的基本原理建立了林地土壤水分运动的数学模型,以模拟林地土壤剖面水分变化、林地土壤的入渗、径流和水分再分布过程。模型是在IBM386上建成的。土壤水分特征参数的测定采用了双环入渗器配以多层张力计的野外实地土壤水分再分布法。     

基于组合模型的玛纳斯河流域农田土壤盐分反演

盐渍化是影响土壤质量和作物生长的重要因素之一，利用遥感技术大面积获取土壤盐分信息具有重大意义。以新疆玛纳斯河流域农田为研究对象，将偏最小二乘回归模型(PLSR)和BP神经网络模型(BPNN)相结合，构建组合模型来反演土壤盐渍化状况。结果表明，与土壤盐分相关性较高且具有代表性的遥感指数为归-化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)和土壤调整植被指数(SAVI)，其相关性系数分别为-0.746、-0.663和-0.733。单项预测模型中偏最小二乘回归模型的预测精度最高，其决定系数(R²)为0.759，均方根误差(RMSE)为3.159。组合模型R²为0.797,RMSE为3.611，其验证精度较单项预测模型有所提高，较PLSR模型提高了0.038，较BPNN提高了0.094。组合模型可更准确地预测出玛纳斯河流域农田土壤盐分空间分布状况。玛纳斯河流域农田土壤盐渍化以轻度和中度盐渍化为主，所占比例达到35.34%和25.66%，与实测结果一致。组合模型较单项模型可以获得更准确的土壤盐分空间分布状况，为新疆玛纳斯河流域农田土壤盐渍化治理和土地资源...     

反演法确定田间尺度水分运动参数的研究

在广泛开展的灌溉试验过程中,积累了大量的田间土壤含水率测试数据。充分利用这些资料,运用参数反演法求取或者改善土壤水分运动参数对于土壤墒情的监测预报和农田水循环研究具有重要意义。本文以天津农学院农田水循环试验基地2009年度冬小麦返青到收获期实测的土壤含水率为依据,以土壤含水率模拟值与实测值相对误差平方和最小化为目标函数,以文献中获取的土壤水分运动参数变化范围为约束条件,建立了参数反演模型,采用内点法求得了适合于该试验基地土壤特性的水分运动参数。研究结果表明,参数反演可明显提高田间土壤水分模拟精度,合理选择优化初始值和步长缩放因子有助于改善参数的优化结果,比较以相对值误差平方和最小化目标函数和以绝对值误差平方和最小化目标函数,前者可以提高表层土壤含水率模拟精度。