重力式地下滴灌点源入渗特征的数值模拟与验证

基于非饱和土壤水动力学理论，建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动轴对称三维数值模拟模型，利用Galerkin有限元法进行了数值模拟。通过试验对比验证，表明所建模型可以用于分析地下滴灌土壤水分人渗规律，具有较高的精度。对不同灌水技术要素条件下的地下滴灌湿润特征及入渗规律进行了数值模拟。结果表明，在相同灌水量下，供水压力与滴孔孔径对湿润圈影响微弱，重力式地下滴灌管道设计时可以不考虑其影响，但它对滴孔出流量影响较大，而其它因素对滴孔出流量的影响微弱。因此在地下滴灌管道设计时，只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力，并可选择较小的供水压力；在相同灌水量情况下，管道埋深对湿润圈具有较明显的影响，应按田间实际进行合理选择，这些结论可为地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

地表滴灌土壤湿润体特征值的经验解

粘壤土地表点源入渗试验研究表明 ,其土壤湿润体形状近似为半椭球体 ,水平和竖直方向的最大入渗距离与入渗时间存在极显著的幂函数关系。湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系 ,在2～ 4Lh-1的滴头流量范围内 ,灌水量相同时不同流量滴头对应的湿润体体积的最大差异保持在 5 %以内。地表点源入渗过程中 ,土壤湿润体内平均体积含水率的增量和入渗时间、滴头流量无关保持为一定值 ,在本研究条件下为 0 32 6。综合以上结果 ,提出了预测地表滴灌入渗土壤湿润体特征值的经验解模型     

点源滴灌滴头流量与湿润体关系研究

滴头流量影响土壤湿润体的大小和形状，从而对作物根系生长也有影响。工程设计中应根据滴头流量与土壤湿润体的关系确定滴头流量的设计依据。该文以等效圆柱湿润体模型为基础，建立了点源滴灌滴头流量的数学模型，针对模型中各因子随滴头流量的变化过程进行实验分析，确定影响点源滴灌滴头流量设计的主要因素。实验所用土壤为重壤土、中壤土、砂壤土，滴头流量分别为1、2、3、4 L/h。结果表明：滴头流量对湿润锋水平运移的影响比对垂直运移的影响大；地表积水区的变化对土壤湿润锋水平运移有控制作用。点源滴灌设计中，除了土壤入渗特性外，设计湿润比(或湿润直径)也是选择滴头流量的重要依据。     

沙管滴灌水分运移关键参数初探

在室内模拟了线源沙管滴灌,分析了沙管滴灌条件下水平、垂直湿润锋的运移规律,并比较了不同流量和滴灌(有无沙灌)条件下的水分运移特征.结果表明,沙管滴灌条件下水平和垂直湿润锋均随时间的增加而增大,且垂直湿润锋始终大于水平湿润锋;水平和垂直湿润锋均随流量的增加而增大;与普通地表滴灌相比,在相同流量条件下水平湿润锋要小,而垂直湿润锋要大.普通地表滴灌与沙管滴灌水平湿润的比值先上升,后下降;沙管滴灌与普通地表滴灌垂直湿润锋的比值先下降,后平稳.     

间接地下滴灌土壤湿润体特征参数

该文将恒定水头钻孔积水入渗求解土壤饱和导水率的稳态原理用于定量化求解间接地下滴灌技术中与任意导水装置尺寸相匹配的滴头流量,并以计算的技术参数为基础,研究了间接地下滴灌水分运移过程中的土壤湿润体特征参数。研究结果表明,用于描述恒定水头钻孔积水入渗法求解土壤饱和导水率的稳态模型能够较好地设计与不同类型土壤和导水装置尺寸相匹配的适宜滴头流量。间接地下滴灌灌水过程中,从零开始逐渐增大并趋于稳定的积水深度加速了水分在垂直方向的运移,缩小了横向湿润距离和垂向湿润距离之间的差异,但变化的积水深度对湿润锋在垂直方向向上和向下的运移速率影响不大,使湿润体形状表现为扁率不断减小的椭球体,且椭球体对称轴分布在靠近导水装置底部的位置。湿润锋最大湿润距离和湿润体体积是灌水时间的函数,湿润体内平均体积含水率增量与灌水时间关系不大,保持为一定值。湿润体体积和湿润体内平均体积含水率增量不仅与土壤类型有关,还与导水装置参数和滴头流量的不同组合有关。     

滴灌土壤湿润体影响因素的实验研究

在实验室内模拟研究了不同滴头流量、土壤初始含水率和容重条件下,粘壤土点源入渗土壤湿润体水平扩散半径和竖直入渗深度的变化规律。实验结果表明:初始含水率和容重对土壤湿润体特征值有较明显的影响;在供水量一定的条件下,滴头流量对点源积水入渗土壤湿润体特征值没有明显影响;湿润体形状和大小受灌水量的影响比受滴头流量的影响要大。另外对多滴头交汇入渗条件下湿润体特征值进行了初步研究,结果表明交界面处水分的水平扩散和竖直入渗速率大于点源下的入渗速率,随着入渗时间的延长湿润体的形状也逐渐由椭球体向平行于毛管的带状分布过渡     

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

不同滴灌量对土壤水氮运移规律研究

在大田滴灌条件下,开展了不同滴灌量和施肥水平下水、氮在土壤中的运移规律研究。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头的土壤湿润锋呈圆形分布;在同一滴头流量下,随着灌水量的增加,水平湿润锋的迁移加快,湿润半径也相应增加;水平湿润锋随时间的变化呈显著的幂函数关系,湿润峰与入渗历时的拟合关系较好。滴灌结束后,在同一滴头流量下,随灌水量增加,土壤含水量随土层深度和径向距离的增大而递减,递减率随土层深度的增大而减小,湿润体内NH+4-N随水扩散的距离增大,并且在湿润区域内NH+4-N浓度得到提高,垂直方向NH+4-N的入渗距离也有所增大。随着灌水量的增大土壤湿润体NO-3-N的量增加,滴头附近NO-3-N的变化不太明显,而在湿润体边缘NO-3-N产生累积。     

土壤点源入渗自动测量系统监测滴头下土壤湿润过程

土壤水运动过程是滴灌系统设计和运行管理的重要内容。该研究采用点源土壤入渗自动测量系统,利用计算机可控数码相机和图像识别技术测量滴灌地表湿润面积和土壤湿润体随时间的变化过程。采用正三棱形有机玻璃土箱,设计一系列点源滴灌室内试验,获得点源滴灌入渗过程随时间的变化过程。试验采用3个流量:2、4及8 L/h处理,每个处理设置了3个重复。用数码相机每4 min拍摄一次地表湿润面积,用于计算地表湿润面积随时间的变化过程。同时,在1、2、3、4、6、8、10、12、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180 min时刻,在贴在土箱侧面的透明胶片上,手工记录地表湿润面积和垂直湿润锋面随时间的变化过程。由测量系统根据记录的地表湿润面积随时间的变化过程自动计算得到土壤的入渗过程。通过入渗过程,计算得到滴头下地表土壤的湿润面积,由计算得到的土壤入渗率和计算得到土壤的湿润剖面,将计算结果与实测结果对比,检验测量的精度。结果表明,手工测量得到的地表湿润面积都略大于由土壤入渗自动测量系统计算得到的入渗率计算的地表湿润面积。由计算得到的入渗率预测的土壤入渗深度,略大于实测土壤入渗深度。计算得到前者的相对误差为2%~15%,后者的相对误差为1%~8%。说明土壤入渗自动测量系统,能够准确描述点源滴灌地表湿润过程及土壤入渗过程,并能预测不同流量下垂直入渗深度,测量方法可以为滴灌系统的设计提供相关参数。     

滴灌湿润体交汇情况下土壤水分运移特征的研究

以室内试验为基础，测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的滴灌交汇土壤水分入渗运动过程。研究结果显示了滴头流量、灌水量和土壤质地对交汇入渗湿润体形状的影响规律。滴灌入渗交汇界面的湿润锋水平和垂直距离与入渗时间之间符合良好的线性关系，湿润锋水平和垂直速度随着交汇时间的延长而增大。随着距滴头距离的增加，滴灌交汇入渗湿润体内的土壤含水率降低，湿润锋交汇界面处的土壤含水率一般均大于同等土壤深度的含水率。研究结果对滴灌系统设计理论具有一定的指导作用。