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。     

不同种植年限压砂地土壤水分入渗过程及模型分析

为探究不同种植年限对土壤水分入渗的影响,利用室内垂直一维土柱入渗试验分析了不同种植年限(2,5,10,20,30,40 a)压砂地土壤水分入渗速率、累积入渗量和湿润锋运移规律,借助4种入渗模型对土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性,通过一维代数模型及相关参数预测土壤剖面含水率分布特征.结果表明：随种植年限增加,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均减小,入渗时间为300 min时,5,10,20,30,40 a的累积入渗量相较于2 a分别减少了27.01%,43.32%,53.22%,54.79%和54.68%,湿润锋运移距离减小了24.84%,38.38%,48.56%,52.67%和54.00%.4种入渗模型的R²从大到小依次为Horton模型、通用经验模型、Kostiakov模型、Philip模型.入渗完成后同一深度土壤剖面含水率呈现出随种植年限增大而减小的趋势,一维代数模型拟合的不同种植年限土壤剖面含水率值与实测值间的MAE均为0.48%～2.09%,RMSE为0.52%～2.13%,D均大于0.782,t检验P值均大于0.05,说明其可以较好地拟合...     

加氧微咸水溶氧量对土壤水盐运移特征的影响

利用微纳米发泡器对微咸水进行加氧处理,并对加氧微咸水入渗条件下的土壤水盐运移特征及对入渗模型参数影响开展了研究。结果表明,在微咸水不同溶氧量入渗条件下,入渗时间相同时,累积入渗量和湿润锋深度随溶氧量增加先增加后减小,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时累积入渗量和湿润锋深度最大。相比于其他处理,微咸水溶氧量为14. 0 mg/L时能加快水分入渗,增加土壤体积含水率。此外,相比于不加氧处理,不同加氧水平入渗均能提高灌溉水脱盐效率。同时,利用现有入渗模型对入渗过程进行了定量分析,结果显示代数模型和PHILIP模型都能准确描述加氧微咸水入渗过程,而且模型参数与微咸水溶氧量存在函数关系。PHILIP模型中吸渗率随着微咸水溶氧量的增加呈先增加后减小的趋势,最大值出现在14. 0 mg/L,代数模型中综合形状系数则呈现相反的规律,最小值出现在14. 0 mg/L,且代数模型可较好描述加氧微咸水一维垂直入渗条件下的土壤含水率分布。     

磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响

采用300 mT磁感应强度恒定磁水器对不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)进行磁化处理,并进行一维垂直土柱入渗试验,研究磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响。结果表明:微咸水磁化处理后,土壤入渗速率及湿润锋迁移速率显著降低,湿润体含水率显著提高;微咸水矿化度对磁化效果具有显著影响,磁化微咸水矿化度为3 g/L时,相同入渗时间累积入渗量和湿润锋深度相对减少量最大,湿润体含水率相对增加量最多。磁化微咸水入渗对Philip和Green-Ampt入渗公式参数有显著影响,相同矿化度的磁化微咸水土壤吸渗率S、饱和导水率K_s及湿润锋处吸力hf均小于未磁化微咸水;磁化与未磁化微咸水相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系,在矿化度为3 g/L时,相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s均达到最大。磁化微咸水能够提高土壤持水能力,相同土层深度的土壤含水率显著增加;微咸水磁化处理后,脱盐率显著提高,土层深度0~20 cm磁化微咸水脱盐率均大于未磁化微咸水,矿化度为3 g/L的磁化微咸水磁化脱盐强度最大,相对脱盐效果更好。     

微咸水对生物炭作用下盐碱土水盐运移特征影响

为了合理利用微咸水资源并结合生物炭改良剂,在节水基础上探究施用生物炭微咸水矿化度对盐碱土水盐运移规律影响.以黄三角中度盐碱土为研究对象,在室内进行一维垂直入渗试验,包括对照共设置8个处理:CK,W1,W2,W3,C1,W1C,W2C,W3C.结果表明:相同入渗时间下,累积入渗量和湿润锋运移深度随微咸水矿化度增加先增加后降低;低矿化度条件下,掺生物炭的土壤入渗性能优于未掺生物炭的,提升幅度2.16%~8.54%,且处理W2C效果最优,W1C略小于W2C,Kostiakov模型能够更好地描述微咸水矿化度对生物炭作用下盐碱土的土壤水分入渗过程.相同土壤条件下,各处理0~20 cm土层土壤含水率随着微咸水矿化度增加先增加后降低,掺生物炭的土壤含水率比未掺生物炭高2.53%~3.95%,且处理W2C增幅显著,W1C略小于W2C.各处理的土壤含盐量随着微咸水矿化度增加而增加,生物炭处理的脱盐效果略小于未掺生物炭的,其中2 g/L微咸水处理的脱盐效果最优,脱盐率高达47.4%.综合考虑,对黄河三角洲地区中度盐碱土,建议掺加生物炭并采用2 g/L微咸水进行灌溉.     

微咸水入渗水量对土壤水盐运移特征的影响

通过室内3g/L微咸水的入渗试验,分析了不同微咸水入渗水量对土壤剖面含水率、含盐量、脱盐效率和阳离子分布的影响。结果表明,利用3g/L的微咸水进行垂直一维积水入渗,入渗水量较小时,基质势是水分运动的主要动力,入渗量继续增大时,重力势逐渐取代基质势成为水分运动的主要动力;采用3g/L的微咸水入渗,可以使上层土壤脱盐,但使湿润锋处的含盐量急剧增加且达到最大值;湿润锋处含盐量与入渗水量符合指数函数关系,主根区的脱盐效率随着累积入渗量的增加而减小。在利用微咸水进行农田灌溉时,一方面要考虑盐分的淋洗效果,另一方面要兼顾脱盐效率,才能使土壤可持续利用。     

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。     

微咸水灌溉下粉垄耕作土壤水盐运移特性

【目的】明确微咸水灌溉条件下粉垄耕作土壤水分入渗规律及水盐运移特征。【方法】基于室内土箱试验,分析3种微咸水矿化度(0g/L(S1)、3g/L(S2)和5g/L(S3))和2种耕作(粉垄耕作(FL)和传统翻耕(FG))条件下的土壤水分入渗特征和水盐运移规律。【结果】水分平均入渗速率和垂直湿润锋推进速率随着微咸水矿化度的升高呈先增大后减小的变化趋势,水平湿润锋运移速度随着微咸水矿化度的升高而持续增加。FL处理下的土壤水分入渗速率、湿润锋推进速率相比FG处理有明显提升。Kostiakov模型可较好地拟合2种耕作措施下的土壤累积入渗量与入渗时间之间的关系(R²>0.99)。灌溉后20 d,FL处理下的土壤含水率均小于相同微咸水矿化度下的FG处理;同一耕作措施下,土壤含水率随着微咸水矿化度的升高而增加。【结论】微咸水灌溉与粉垄耕作对土壤水分入渗、土壤湿润锋运移和土壤水盐再分布具有改善作用。与灌溉前相比,灌溉后20 d,FL处理下的土壤平均脱盐率为42.95%～55.98%,而FG处理下的土壤平均脱盐率为32.34%～43.29%。随着矿化度的增加,FL处理下的平均土...     

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.     

微咸水水源线源滴灌土壤水盐运移

滴灌被认为是最适合用于微咸水开发利用的灌溉技术,在微咸水资源丰富的我国有巨大的开发应用潜力。通过在室内采用土箱进行入渗试验,研究了微咸水滴灌条件下线源滴灌三个特征剖面的水盐分布特征及矿化度对水盐分布的影响。结果表明利用微咸水滴灌能形成一个较高含水率且含盐量较低的区域,为作物提供一个良好的水盐环境;在相同入渗深度,矿化度越大,含水率越大,含盐量也越大;湿润锋交汇界面处的土壤含水率和含盐量一般均大于未交汇同等土壤深度的含水率和含盐量。     

微咸水矿化度与滴头流量对土壤湿润体的影响与模拟

为了分析不同微咸水矿化度和滴头流量对滴灌土壤湿润体的影响,在室内进行了不同微咸水矿化度(0、1.7、3、4和5 g/L)和不同滴头流量(7、9和11 m L/min)条件下滴灌入渗试验。试验结果表明:不同流量和不同矿化度下滴灌湿润锋形状相似,均为1/4椭圆形,湿润锋随着时间增大而增大;滴头流量越大,水平湿润锋推进越快,随着矿化度增大,水平湿润锋最大推进距离先减小后增大,垂直湿润锋最大推进距离先增大后减小;不同微咸水矿化度和滴头流量下土壤湿润锋均可采用椭圆方程拟合,并在分析微咸水矿化度、滴头流量和时间对椭圆方程参数A和B的影响基础上,建立了微咸水矿化度和滴头流量耦合条件下滴灌土壤湿润锋动态变化模型,并采用试验数据进行验证,结果表明训练集模型的MAE和RMSE分别为0.390和0.549,验证集模型的MAE和RMSE分别为0.438和0.635,表明模型有较高的计算精度,可以用于微咸水矿化度和滴头流量耦合下的湿润体动态模拟。     

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。     

微咸水水源线源滴灌土壤水盐运移特征试验研究

滴灌被认为是最适合用于微成水开发利用的灌溉技术,在微咸水资源丰富的我国有巨大的开发应用潜力.通过在室内采用土箱进行入渗试验,研究了微咸水滴灌条件下线源滴灌3个特征剖面的水盐分布特征及矿化度对水盐分布的影响.结果表明利用微咸水滴灌能形成一个较高含水率且含盐量较低的区域,为作物提供一个良好的水盐环境;在相同入渗深度,矿化度越大,含水率越大,含盐量也越大;湿润锋交汇界面处的土壤含水率和含盐量一般均大于未交汇同等土壤深度的含水率和含盐量.     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

层状夹砂土柱室内积水入渗试验及模拟

为了研究夹砂层对入渗强度、湿润锋行进和沿程土壤含水率变化的影响,进行了室内层状夹砂土柱一维薄层积水入渗试验和相应情况下均质土柱的对照试验。结果表明,当湿润锋到达夹砂层上界面后,层状夹砂土柱的入渗过程与均质土入渗表现出明显不同。在湿润峰穿过夹砂层上界面时入渗率有较大波动,且最终进入稳渗阶段,其稳渗率明显小于同时刻均质土柱入渗率;当湿润锋穿过夹砂层后,夹砂层内的土壤含水率明显小于其饱和含水率。根据试验和分析,建立了针对层状夹砂土入渗的S-Green-Ampt模型,该模型可以较准确地反映层状夹砂土柱积水入渗的机     

CaCl2溶液灌溉对土壤水盐与斥水性分布的影响

选用砂土和盐碱土并添加斥水剂,采用0、1、3和6g/L的CaCl2溶液进行室内土柱入渗试验,对比灌水水质对土壤水盐及斥水性分布的影响。结果表明:咸水灌溉后,砂土1和亲水盐碱土的累积入渗量、湿润锋和入渗率曲线均较光滑;而砂土2和斥水盐碱土的入渗特征曲线不如砂土1的光滑,入渗过程比前者慢得多。灌水矿化度增加对盐碱土的入渗过程影响更明显。Philip模型与Kostiakov公式拟合亲水土壤入渗率过程都较好。砂土1和砂土2在咸水灌溉后剖面的滴水穿透时间都比初始值有所增加,但最大增加值仅3.6 s。盐碱土灌后剖面的滴水穿透时间增加明显,最大增加值为19 s。灌水矿化度增加对电导率、Ca2+质量浓度和Cl-质量浓度分布均有影响。研究表明咸水灌溉不仅影响水盐分布,而且对斥水性也有不同程度的影响。     

微咸水矿化度对秸秆还田下土壤水盐运移分布影响

为了研究微咸水与秸秆还田的综合利用效应,在室内进行一维垂直入渗试验,分析了秸秆还田下不同矿化度对土壤水盐运移分布的影响。结果表明,相同入渗时间下,累积入渗量以矿化度3g/L为分界点随矿化度的升高先增后减,湿润锋的变化规律相似;土壤含水率随矿化度的增加表现出先增后减的趋势,以3和5g/L时土壤保持较高含水率;电导率随矿化度的增加而增加,当矿化度大于3g/L时,微咸水对土柱的淋洗作用不大。     

滴灌两点源交汇入渗的斥水土壤水分运动规律

基于室内滴灌两点源交汇的水分入渗试验,对比研究了滴头间距为30 cm、滴头流量为041 mL／min条件下,斥水和亲水土壤的湿润锋变化和含水率分布规律．试验结果表明:在湿润体交汇前和交汇后,亲水土壤湿润锋都较光滑,形状呈1／4椭圆形,水平湿润锋比垂直的长,亲水性塿土和盐碱土交汇时间分别为1 270和2 79 min．斥水土壤的湿润锋明显不如亲水土壤光滑,部分位置出现优先流,斥水塿土和盐碱土交汇时间分别为40和210 min．不同条件下湿润锋的定量关系可采用对数和幂函数,拟合的决定系数均达到0.86以上．入渗的交汇面上,水平和垂向湿润锋与时间关系均可用对数关系描述,拟合的决定系数均达到098以上．塿土滴头下方垂向剖面上的土壤水分分布最均匀,湿润面近似圆形;塿土交汇面的次之,但仍比盐碱土的含水率等值线图规则．2种斥水土壤在不同深度上的水分分布都有很大的随机性和空间不均匀性．总体上,亲水性塿土的水分运动比亲水性盐碱土更具规律性,斥水土壤水分运动由于出现非稳定流,因此比亲水土壤的更不规律．相关成果可为在斥水土壤中应用节水灌溉技术提供技术参考．     

EN—1对黄土性固化土水分垂直入渗特征的影响

采用一维垂直入渗试验方法,对不同容重、不同固化剂掺量处理的固化土水分入渗过程进行了研究.结果表明:黄绵土容重在1.2～1.4g/cm3范围内,土壤容重对黄土性固化土的入渗能力有较大影响,土壤容重越大,对应于同一时刻入渗率越低,累积入渗量越小,湿润锋推进距离越短.3种土壤容重条件下,不同EN-1固化剂掺量对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响均显著(P＜0.05),且随着固化剂掺量增大,累积入渗量和湿润锋运移距离均有先增大后减小的趋势;固化剂掺量在0.05％ ～0.1％范围内累积入渗量最大;累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系.固化剂掺量对土层含水率的影响在低容重(1.2 g/cm3)条件下明显,随着容重增加,影响逐渐减小.利用Philip模型、Kostiakov经验公式和指数公式对固化土入渗率与入渗历时的关系进行拟合时发现,Kostiakov公式拟合值更接近于实测值,且容重越大,拟合精度越高.     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.