温室内节点渗灌条件下土壤水分运动规律的试验研究

通过温室内的渗灌试验，研究温室条件下采用节点渗灌时土壤中的水分运动规律，主要包括灌水结束时土壤含水率的分布、灌水结束后土壤水分再分布过程，即土壤湿润锋的运移及湿润区内的土壤含水率分布状况。试验结果表明，入渗过程中土壤含水率的分布是以渗灌管为中心向外逐渐减小，并且随着灌水历时的增加其重心逐渐下移。在土壤水分的再分布过程中，水分继续向外扩散，中心含水率减少，整个区域上的湿度梯度变缓。     

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。     

土壤水分运动对渗灌技术的影响研究

采用数学模型对渗灌条件下不同的土质、初始含水率、渗管埋深、供水压力和历时的土壤水分运动进行计算分析，并研究其对渗灌技术的影响，提出了相关的设计参数。最后介绍了蔬菜大棚的渗灌实例。     

微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟

为提高微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟精度,建立了含有第3类边界条件的二维微孔渗灌土壤水分运动数学模型,着重论述了微孔管3类边界条件处理的流速分解法,并采用ADI交替方向隐式差分法求解数学模型。室内试验结果表明,在渗灌管边界,模拟计算结果的相对误差在6.7%以内,远离渗灌管的地方误差更小,实测值与模拟值二者吻合较好。说明建立的数学模型、边界条件和求解方法具有较高的精度,提出的微孔管边界处理的流速分解法具有可行性,可用来模拟各种因素(微孔管特性、供水特性与土壤特性)影响下微孔渗灌条件下的土壤水分运动。     

温度对土壤水分运动影响的研究

通过室内实验，分析了不同温度条件下水平入渗的湿润锋运移位置及累积入渗量与温度的关系，认为湿润锋运移位置和累积入渗量均随温度升高而增大；在一定温度范围内，湿润锋运移位置和累积入渗量与温度成幂函数关系；并建立考虑温度影响的湿润锋运移模型和累积入渗量模型，经实测资料进行验证，结果良好。     

不同灌水条件下地下渗灌试验研究

地下渗灌是一种理想滴灌方式,由于关键技术没有很好解决,至今发展面积很小。针对这一问题,提出本试验研究。该试验是在实验室内的一个50cm×30cm×60cm的有机玻璃槽中进行,所用的土都是黏壤土。试验采用地下节点渗灌的方法。对试验所得的数据进行分析,得出地下渗灌的湿润锋运移基本规律、土壤含水率的分布规律,并在不同灌水量条件下对湿润锋的影响等进行了初步探讨。     

降雨灌溉入渗条件下土壤水分运动

根据中科院栾城农业生态系统综合试验站和栾城县气象站的常规观测资料，运用SWAP软件对太行山山前平原—河北省栾城县田间土壤水分运动进行了数值模拟。从土壤含水量及土水势等方面，初步分析了降雨入渗补给条件下土壤水分运动的规律，运用实际观测资料与数值模拟结果进行了初步分析，论述了降雨与土壤水、地下水之间的转换关系。通过分析和讨论，探求了大埋深条件下降雨入渗过程，初步揭示了降雨入渗对地下水位变化的影响。     

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。     

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...     

降雨条件下旱地土壤水分运动的数值模拟

以土壤水动力学原理为基础，研究降雨条件下旱地土壤水分的运动规律，建立了一维垂直非饱和土壤水分运动的数学模型，采用有限差分法FDM求解数学模型。模型检验表明，试验实测数据与模型计算值吻合较好，说明所建立的模型是可行的。     

生物炭对黑土区土壤水分及其入渗性能的影响

为探究黑土区施用生物炭对土壤水分及其入渗性能影响的持续性,2016—2018年连续3年在东北黑土区进行了单次施加生物炭(75 t/hm~2,BC处理)和不施加生物炭(CK处理)的室内外对比试验,分析各土层土壤含水率及土壤水分入渗过程。结果表明:施加生物炭可增加各土层土壤含水率,使其极值比K_a和变异系数C_v减小,且土壤含水率、K_a、C_v的变化幅度均随生物炭施用年限增加而减弱,2016—2018年苗期耕层土壤含水率增加最多,分别增加了14.54%、11.48%和7.08%;施加生物炭明显增大了土壤累积入渗量、土壤入渗速率,增强了土壤入渗能力,促进了湿润锋的运移,各年份BC处理土壤累积入渗量由大到小依次为2016年、2017年、2018年,初始入渗速率f_1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率f_c由大到小依次为2016年BC处理(1.65 mm/min)、2017年BC处理(1.22 mm/min)、2018年BC处理(1.17 mm/min)、2016年CK处理(0.46 mm/min)、2017年CK处理(0.43 mm/min)和2018年CK处理(0.38 mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24 mm),各表征土壤入渗性能的指标均于生物炭施用当年效果最优,而后逐年减弱;土壤累积入渗量与时间具有幂函数关系,湿润锋运移距离与时间具有三次函数关系,R~2均在0.963～0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton 3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R~2最高(0.946～0.991)、RMSE最小(0.516～1.941 mm/min),拟合参数与实际情况相符,故本研究中Kostiakov模型拟合的土壤水分入渗过程最优。本研究可为东北黑土区施加生物炭后改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

基于人工降雨的土壤水分入渗研究

以半干旱区农田水循环为出发点,以西辽河半干旱区建平县为代表,通过人工模拟降雨及三因素三水平正交试验设计,对不同农田下垫面处理方式对降雨入渗的影响进行研究。为全面了解情况,共选取雨强(10、20、30mm/h)、土壤初始含水率(田间持水率的50%、60%、70%)及农田下垫面处理方式(平整裸地、起垄不覆膜、起垄覆膜)3个降雨入渗影响因素。结果表明:农田下垫面处理方式变化对降雨入渗的影响受控于降雨强度,雨强为最大降雨累积入渗量的首要影响因素,土壤初始含水率的影响较小。起垄覆膜对降雨入渗的影响主要体现为加快湿润锋推移,缩短入渗时间,减少降雨累积入渗量。     

基于土壤水分下限的灵武长枣微孔渗灌灌溉制度研究

为探明土壤水分下限对灵武长枣微孔渗灌的影响及确定各生育时期的最佳灌水量,以6年生灵武长枣为研究对象,采用GC-003物联网控制和土壤水分传感器监测系统,对枣树4个生育时期分别设置不同的土壤水分下限,共6个处理,研究枣树光合特性、形态指标的变化,产量、水分利用效率与耗水规律、灌水量之间的关系。结果表明,开花座果期和果实膨大期,土壤水分下限的提高有利于枣树光合作用;萌芽展叶期降低土壤水分下限和开花座果期提高土壤水分下限有利于提高枣树形态指标;T6处理(土壤水分下限萌芽展叶期为65%θf(θf为田间持水率)、开花座果期为75%θf、果实膨大期为75%θf、果实成熟期为65%θf)在各生育时期土壤水分下限较高,与其他处理的光合特性和形态指标均有显著性差异(P<0.05)。随着土壤水分下限的增加,枣树耗水量、产量随之增加;T6处理耗水量、产量最高,T3处理(土壤水分下限萌芽展叶期为55%θf、开花座果期为75%θf、果实膨大期为65%θf、果实成熟期为65%θf)的水分利用效率最佳;T3与T6处理的产量无显著差异(P>0.05),T6处理产量仅比T3处理高5.68%(2018年)、0.90%(2019年),T3处理较T6处理灌水量分别降低了22.57%(2018年)、13.59%(2019年)。因此,枣树各生育时期最适宜的土壤水分下限分别为:萌芽展叶期55%θf、开花座果期75%θf、果实膨大期65%θf、果实成熟期65%θf,上限均为90%θf。本研究结果可为微孔渗灌种植宁夏灵武长枣和水分管理提供科学依据。     

蓄水多坑入渗条件下土壤水分运动建模与试

针对蓄水坑灌坑内水头高且非恒定和土壤入渗边界复杂的特点,建立了蓄水多坑三维入渗及土壤水分运动数学模型,采用ADI交替方向隐式差分格式结合Gauess-Seidel迭代法对模型进行求解,并进行了试验验证,结果表明计算值与实测值吻合较好,说明所建立的数学模型正确,采用的数值求解方法是可行的.     

用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度

介绍了用土壤剖面水分动态模拟法建立灌区作物灌溉制度的数学模型，土壤水分运动参数的确定和计算程序的主要流程，此法既实用于工程设计中确定作物灌溉制度，在管理中也可利用其预报土壤含水量，并据此对灌区进行配水，对灌区现代化管理具有重要意义。     

冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟

冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。     

灌溉水量对无压灌溉水分运移的影响

通过试验,分析研究了不同灌溉水量对无压灌溉入渗过程中水分运移的影响。试验表明,无压灌溉湿润体形状近似为球体,且与土壤类型、气象条件等外界因素无关,提出了用灌溉水量估计湿润体大小的经验方程;湿润体内水平和垂直方向含水率分布规律表明,各层或各深度范围内含水率变化趋势相近,湿润体内固定点处的含水率在灌水过程中几乎不发生变化,灌溉水量的增加只是用来扩大湿润体的大小。研究结果对无压灌溉灌水定额的制定具有重要指导意义。     

无压地下灌溉条件下土壤水分入渗特性研究

通过室内土箱试验,研究了不同供水压力(-3、0、3cm)和灌水器孔径(4、6、8mm)对无压灌溉下累积入渗量、湿润峰动态变化以及土壤含水率分布的影响。结果表明,不同供水压力和灌水器孔径下累积入渗量、土壤湿润体水平向和垂直向最大湿润距离均随入渗时间的增加以幂函数形式增大,湿润体内土壤含水率沿湿润球体半径方向以二次抛物线形式逐渐减小。随着供水压力的增大,相同时段内的土壤入渗量增大,湿润锋的迁移速度也随之变快;在供水压力相同的条件下,大孔径灌水器在相同时段内的土壤入渗量、水平向和垂直向最大湿润距离均比小孔径灌水器情况下的数值要大。在中大灌水器孔径条件下,土壤含水率随供水压力增大而增大,而小孔径情况下差异显著。