均质土微润灌湿润体模型构建及验证

为探明微润灌土壤湿润体运移的影响因素和变化规律,设置了56种微润灌情景(8种土壤质地、3种土壤基质势和10种微润管比流量的不同组合),利用HYDRUS-2D软件,模拟研究土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体的影响。综合考虑单位长度总渗水量、土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量等影响因素,基于量纲分析方法,建立了一种均质土微润灌湿润体尺寸估算模型,并利用数值模拟结果,定量获取了所建模型的待定参数,最后,采用试验资料评价了估算模型的可靠性。结果表明,土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体形状影响较小,且在湿润锋未到达地表前,湿润体形状均为以线源为轴线的近似"椭圆柱体";相同土壤饱和导水率条件下,土壤湿润体水平、垂直向下和垂直向上方向上的湿润锋运移速率均随土壤基质势和微润管比流量增大而增大;当土壤基质势和微润管比流量恒定时,随土壤饱和导水率数值的增大,垂直向上和水平方向的湿润锋运移速率逐渐减小,而垂直向下的湿润锋运移速率存在先减小后增大的现象;所建模型的统计指标平均绝对误差、均方根误差均趋近于0,纳什效率接近1,说明模型估算效果良好,可为微润灌工程的运行及管理提供科学依据。     

乌兰木伦河径流变异特征分析研究

针对乌兰木伦河年径流量减少对工农业和生态环境影响的问题,简要介绍了重新极差分析法的原理和方法,计算了该河41年的年径流量变化的赫斯特指数H,确定了其变异点,分析了其前后两时段年径流量差异的显著性。研究表明,乌兰木伦河年径流量变化的赫斯特指数H为0.736 7,大于特征值0.5,年径流量序列减小的趋势具有一定的持久性,1993年后年径流量减小趋势加速,其前后两时段的年径流量减小差异显著。说明20世纪90年代后乌兰木伦河流域大量的浅部煤田开发、工农业迅速发展及城镇化过程的加速对该河年径流量产生了显著影响,加速了其径流量减小的趋势,必须引起高度重视。     

西北旱区压砂地土壤水分入渗规律研究

基于野外大田试验,用灰色关联分析法和土壤水分入渗模型研究了裸地(CK)及不同种植年限压砂地土壤水分入渗规律。结果表明,土壤水分入渗能力依次为:新砂地中砂地老砂地裸地(CK),入渗初期新砂地入渗能力明显高于中、老砂地及裸地,压砂地入渗速率新砂地最高,中砂地、老砂地次之。裸地土壤水分入渗过程呈指数负相关,压砂地土壤水分入渗均呈幂函数负相关,土壤累积入渗量随着时间的推移呈幂函数正相关,相关系数介于0.976~0.996,Horton模型与Kostiakov模型均可描述压砂地土壤水分入渗规律,可以代表压砂地土壤水分入渗模型。根据灰关联度的大小,土壤水分入渗能力依次为:新砂地(1.000)中砂地(0.756)老砂地(0.729)裸地(0.622)。     

水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析

为探索土壤质地、初始含水率、压力水头和埋深对水平微润灌土壤湿润体特性的影响机理,利用试验数据验证了水平微润灌HYDRUS-2 D模拟结果的可靠性,模拟值与实测值非常吻合。在此基础上,模拟研究了3种土壤质地(砂壤土、壤土、粉壤土)以及壤土中不同初始含水率(0.085、0.106、0.130 cm~3/cm~3)、压力水头(0.6、1.2、1.8 m)和埋深(20、30、40 cm)条件下土壤湿润体动态变化规律。结果表明:土壤湿润锋运移距离皆符合垂直向下水平方向垂直向上的规律,湿润体在形状上差异不大,土壤含水率等值线均为近似"同心圆";土壤质地对湿润体特性有显著影响,土壤质地越黏重,湿润锋运移速率越慢,湿润体体积越小,土壤含水率等值线越密集,其"圆心"越靠近微润管,灌水结束时,壤土和砂壤土湿润体体积分别是粉壤土的1.3倍和2.5倍;在确定的土壤质地条件下,初始含水率和压力水头对湿润体特性有较大影响,湿润锋运移距离及湿润体体积均随土壤初始含水率、压力水头的增大而增大,初始含水率为0.106和0.130 cm~3/cm~3的湿润体体积分别是0.085 cm~3/cm~3的1.2倍和1.5倍,压力水头为1.2和1.8 m的湿润体体积分别是0.6 m的1.6倍和2.2倍;微润管埋深对湿润体分布位置有显著影响,埋深较浅时,湿润锋容易到达地表,埋深较深时,土壤湿润体随埋深下移而同步下移。     

竖管地表滴灌与普通地表滴灌土壤水分运移特性对比试验研究

为探究竖管地表滴灌和普通地表滴灌土壤水分运动规律及区别,在室外同步进行2种滴灌模式下风沙土入渗和蒸发试验,对比分析了土壤水分分布、蒸发规律和土壤湿润锋运移特性。结果表明:(1)灌水量为2 L,2种滴灌模式下,随着滴头流量的增大,湿润体体积和灌水均匀度逐渐减小,湿润体含水率平均值逐渐增大,当滴头流量一定,竖管地表滴灌的湿润体体积大于普通地表滴灌,而灌水均匀系数小于普通地表滴灌;(2)不同滴头流量处理(0.3,0.4,0.6 L/h)蒸发7天结束后,普通地表滴灌土壤蒸发量分别占灌水量的32.5%,35.0%和40.0%,而竖管地表滴灌土壤蒸发量仅占灌水量的22.5%,说明竖管地表滴灌对土壤蒸发有明显的抑制作用;(3)相同灌水量(2 L)时,普通地表滴灌水平和垂直湿润锋运移距离均随滴头流量的增大而略有减小,竖管地表滴灌垂直向下湿润锋运移规律与普通地表滴灌相同,而水平和垂直向上方向运移规律相反;随着时间的延长,普通地表滴灌与竖管地表滴灌水平和垂直方向湿润锋比值均呈不断减小趋势,最后趋于稳定;(4)构建了包括滴头流量和灌水时间在内的普通地表滴灌湿润锋运移距离经验公式,验证所建经验公式的可靠性,均方根误差介于0.24~0.27 cm,纳什效率系数均大于0.985。研究结果可为竖管地表滴灌技术应用提供理论参考。     

不同种植年限压砂地土壤盐分变化规律研究

土壤表层压砂可抑制盐分的表聚,有效地控制土壤盐渍化。通过野外大田试验,分别对裸地和新、中压砂地不同土层的电导率进行的比较表明:裸地与压砂地各土层电导率随土层深度增加而增加,裸地增加趋势明显,每一层较前一层分别增加了84%、16%和28%;新压砂地增加趋势缓慢,每一层较前一层增加了10%、23%和44%;中压砂地各土层电导率变化不明显。平均电导率的变化趋势,裸地>新压砂地>中压砂地。土壤表层压砂可以抑制盐分迁移,随着土层深度的增加,表层压砂的作用减弱,对土壤盐分转移的抑制作用也减弱,土壤盐分逐渐增大。探讨不同种植年限土壤含盐量的特性,可为西北旱区砂田的养护、土壤盐渍化防治提供理论参考。     

膜孔灌平均入渗水深简化计算模型建立与验证

以非饱和土壤水分运动理论为基础,研究了膜孔灌土壤水分运动的数学模型,并用SWMS-3D软件对多种典型土壤的膜孔灌入渗特性进行模拟,利用模拟结果分析了膜孔灌入渗特性及其影响因素,提出了包含开孔率、膜孔直径的膜孔灌点源平均入渗水深简化模型.采用多种土壤膜孔灌入渗室内试验结果与已有文献资料对所建模型进行验证,结果表明所建模型能较准确地反映膜孔灌点源入渗特性,可为确定合理的膜孔灌灌水技术要素组合提供理论依据.     

近51a西安气候变化的R/S分析

运用R/S(Rescaled Range Analysis)方法,对西安市1951~2001年过去51年的气温、降水量、相对湿度、水汽压等气候指标的年平均、冬季、夏季进行了分析计算,通过计算,各指标的Hurst指数H值均大于0.5,说明4个气候指标存在明显的Hurst现象,反映出西安过去51年的气候变化趋势,并预测了西安市气候未来的发展趋势,证明了城市化效应已经对西安产生了显著影响。     

夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型的改进与验证

对于土层夹砂结构,湿润锋穿过砂层上界面时,入渗率变为稳渗率。为确定各因素下夹砂层土壤的稳渗率,在Green-Ampt入渗模型基础上,引入导水度系数(小于1)来量化上层土壤的导水程度,建立了改进的夹砂层土壤Green-Ampt入渗模型。采用HYDRUS-1D软件,模拟了不同土壤质地、初始含水率、压力水头、砂层埋深和砂层厚度条件下的稳渗过程,根据模拟结果分析了夹砂层土壤的入渗规律及其影响因素,稳渗率主要受土壤质地、压力水头和砂层埋深的影响。在相同压力水头、初始含水率和砂层厚度下模拟获得不同砂层埋深的稳渗率,并采用改进的Green-Ampt入渗模型拟合,求得导水度系数和进水吸力值。分析发现导水度系数变化较小,为简化计算,取其平均值0.95。在此基础上,提出了由土壤物理特性参数进气值倒数估算进水吸力的计算公式。利用秦王川地区的夹砂层土壤积水入渗试验及已有文献资料验证所建模型的有效性,结果表明所建模型待定参数少,计算误差基本在5%以内,且试验设计较简单,可为农田水分管理及工程防渗技术提供理论依据。     

充分供水条件下点源入渗参数影响因素及其简化模型

以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了充分供水条件下点源入渗的土壤水分运动数学模型,并应用SWMS-3D软件对模型进行了求解,模拟并分析了充分供水条件下多种典型土壤的点源入渗特性及其影响因素。结果表明,充分供水条件下点源入渗累积入渗量曲线符合Philip模型;在相同土壤质地、容积密度下,吸渗率与稳渗率随着膜孔直径的增大而增大;稳渗率随灌溉水深的增大而略有增大。基于Philip模型,提出了包含膜孔直径、灌溉水深的充分供水条件下点源入渗简化模型。并利用黄土高原典型土壤的室内试验资料与已有文献资料对简化模型进行了验证。验证结果表明,所建简化模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可较准确地反映充分供水条件下点源入渗特点。