田间非饱和土壤水分运动参数测定

在秦王川灌区利用双环入渗仪在现场进行了积水入渗试验,同时利用γ射线测定土壤水分剖面,进而根据室内外所测定的土壤水分特征曲线,推求了该灌区非饱和土壤水分运动参数,并对室内外所确定的结果进行了对比分析。     

容重对土壤水氮垂直运移特性影响

为研究不同土壤容重下红壤土与黄土中水分与硝态氮垂直一维入渗运移特性差异,提高红壤与黄土地区水肥利用效率,以江西壤黏土与西安粉壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对2种土壤中水分及硝态氮垂直运动规律的影响.结果表明:江西壤黏土与西安粉壤土的湿润锋运移距离及入渗速率均与土壤容重呈负相关;灌水结束时与再分布1 d后,2种土壤的含水率均与土壤容重呈负相关,西安粉壤土的含水率略大于江西壤黏土;土壤容重越大,硝态氮越集中于深层土壤中且其峰值越高,再分布过程中峰值下降,其中容重为1.25,1.35,1.40 g/cm³的峰值下降较大.灌水结束时土壤容重对40~50 cm土层内的硝态氮质量比在0.05水平下均具有统计学意义;再分布1 d后,2种土壤在0~30 cm土层内的硝态氮质量比相差甚小,在30~60 cm土层内的硝态氮质量比均较高,但西安粉壤土的硝态氮质量比更高.故江西壤黏土中硝态氮更容易淋溶,而西安粉壤土的持水持肥性较好.     

基于水量平衡原理的沟灌水流推进解析模型研究

传统的基于水量平衡原理的沟灌水流推进模型研究,必须给定下渗水形状系数σz的具体值,导致模型精度受到一定影响.本文通过对下渗水形状系数σz与水流推进关系的理论分析,建立基于水量平衡原理的沟灌水流推进解析模型,确定其迭代算法,研究地表储水形状系数不同取值(介于0.70～0.80之间)对模型计算精度的影响,并结合已有的文献资料和田间试验对模型验证.研究表明:所建模型可解决沟灌过程中下渗水形状系数难以直接给定的问题,提高了模型的精度;地表储水形状系数在0.70～0.80之间的不同取值对模拟结果影响较小,且取0.75时的模拟值优于取0.70或0.80时的计算结果.验证结果表明所建立的解析模型有较为严谨的物理基础,计算方便,精度较高,具有较强的实用性.     

土壤初始含水率对膜孔灌湿润体特征的影响

为了研究膜孔灌中土壤初始含水率对湿润体特征及累积入渗量的影响,首先通过室内试验验证HYDRUS模拟西安粉壤土膜孔灌湿润体形状以及含水率分布的可靠性,然后基于HYDRUS模型模拟在不同初始含水率条件下膜孔灌湿润体的变化过程。结果表明:基于HYDRUS模型模拟的累积入渗量和湿润锋运移距离与室内试验结果的R~2均接近1,标准偏差绝对值均小于10%,拟合良好,表明HYDRUS模型模拟入渗过程的可靠性。膜孔灌湿润锋形状可采用椭圆方程表示。当初始含水率较小(不大于0.1 cm~3/cm~3)时,湿润体半径的含水率分布可采用椭圆方程表示;从膜孔中心到湿润锋表面,随着初始含水率的增大,湿润体内的含水率梯度减小,湿润体半径的含水率分布曲线由椭圆曲线逐渐转变为平缓曲线。基于湿润体含水率分布规律建立了考虑初始含水率的累积入渗量模型,累积入渗量与湿润体半径的三次方呈正比,湿润体半径可表示为湿润锋水平运移距离和垂向运移距离的几何平均值;对于不同的膜孔半径(1～5cm),模型计算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%;对于粉土、粉壤土和壤土,当初始体积含水率不大于0.25 cm~3/cm~3算累积入渗量与HYDRUS模拟值的R~2为0.99,标准偏差绝对值小于10%,结果表明该模型对不同土壤质地和膜孔半径的适用性良好;该模型在计算作物灌水需求量方面优于Kostiacov模型等传统的经验模型。该研究揭示了不同初始含水率下的膜孔灌湿润体特征,并建立了累积入渗量模型,可为膜孔灌灌溉水量的计算提供参考依据。     

干旱区引水灌区灌溉退水计算方法

准确计算干旱地区灌区退(回归)水,对水资源高效利用具有重要意义。针对中国西北干旱地区大量引水灌区的特点,该研究结合退水单位线和"水桶模型"(根系层的水均衡模型)建立了灌溉退水计算模型,并将该模型应用于甘肃省景电灌区(黄河流域部分)的退水计算,结果表明:灌区退水量计算值与监测值拟合良好,模型率定期和验证期决定系数分别为0.82和0.71,模型可靠。2000年至2019年深层渗漏量和退水量的分析结果表明:年深层渗漏量与净灌溉和有效降雨的总量呈显著正相关,相关系数r=0.718(P0.01);月深层渗漏量受灌区作物生长期的影响显著,69.6%的深层渗漏在冬灌(10-11月)期间产生;年深层渗漏系数与年深层渗漏量呈显著正相关(r=0.944,P0.01);月深层渗漏系数在作物主要生长期(4-9月)小于0.4,非生长期(11月至次年2月)大于0.8;年退水量与年深层渗漏量呈显著正相关(r=0.716,P0.01);月退水量与月深层渗漏量相关性较差,原因是灌溉退水存在明显的滞后性;研究区退水单位线表明灌溉退水滞后峰值在2个月左右,但深层渗漏对退水的影响可达24个月左右。退水单位线的参数具有明确的物理意义且易于确定,针对灌溉退水具有明显滞后性的干旱地区,该方法能够有效计算灌区灌溉退水量,可为灌区水资源管理和决策提供科学支撑。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

城市水资源承载能力多目标分析

在分析城市水资源系统特点的基础上,讨论了城市水资源承载能力的概念,建立了城市水资源承载能力多目标分析模型和层次分析评价模型。实例分析表明,该模型和方法能够有效地用于城市水资源承载能力的研究。此外,还对城市水资源承载能力经济模型、社会目标度量、城市居民日生活用水量的预测和城市生态用水量计算进行了探讨。     

基于集对分析法的大型灌区运行状况评价研究

运用集对分析法建立综合评估模型在确定指标权重时,先将粗糙集理论中的属性重要度的确定方法和专家评分法相结合,再运用博弈论方法对确定的权重进行集化和融合,得到灌区评价指标的综合权重。本研究应用集对分析法对山西汾河灌区2004年度运行状况进行了较准确地综合评价,等级为良;评估结果表明,集对分析方法具有较高的分辨率和较大的实用性,具有不遗失数据中间信息、评价结果与实际情况更为相符的优点,为灌区运行状况综合评价提供了一种简单而适用的评价方法。     

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渗氮素运移和转化规律提供了理论和方法基础。