负水头环境土壤水分湿润锋运移三维模拟

【目的】更加有效地控制土壤含水率,指导节水灌溉。【方法】采用负水头土壤水分湿润锋运移试验和Hydrus-3D三维土壤水分运移数值模型,研究了山西榆次砂土、壤土在负水头高度(0、-0.5、-1.0m)时的土壤水分湿润锋运移规律和模型的有效性。【结果】水分累积入渗量随着时间的增加逐渐增大,与时间呈良好的幂函数关系;湿润锋随着时间的增加逐渐向水平、垂直方向扩大,曲线呈1/4椭囿状,最大湿润距离与时间的平方根呈良好的线性关系;湿润锋入渗速度随着负水头高度的增加逐渐减小,与时间呈良好的幂函数关系。实测湿润锋包络面积与模型计算值的偏差,砂土为0.51%~7.21%,壤土为0.22%~16.03%。【结论】所建三维模型可以用于描述负水头环境下土壤水分湿润锋的运移特征,并用于预测各种条件改变下的湿润锋运移和含水率分布。     

红枣经济林不同植被覆盖土壤水分入渗特征

【目的】模拟不同植被覆盖土壤水分入渗过程并选择该研究区的最适模型。【方法】采用野外双环入渗试验方法,测定了不同植被覆盖下土壤水分入渗特征,采用Philip模型、Horton模型、Kostiakov模型对不同植被覆盖区土壤水分入渗过程进行拟合。【结果】①不同植被覆盖区土壤水分入渗速率均表现为初始入渗速率最大,平均入渗速率次之,稳定入渗速率最小;②自然生草区土壤初始入渗速率最大,清耕区土壤的平均入渗速率和稳定入渗速率最大,且清耕区与自然生草区土壤初始入渗速率、平均入渗速率和稳定入渗速率均差异显著;③Horton入渗模型对不同小区土壤入渗过程拟合效果最好,Philip入渗模型拟合效果次之,Kostiakov入渗模型拟合效果最差。【结论】红枣经济林不同植被覆盖下土壤水分入渗特征具有显著差异,Horton入渗模型更适合研究该区域红枣经济林土壤水分入渗过程。     

非对称体边界下三维紊流模型的建立和验证

对于斜向进水、侧向泄水条件下的圆形消力井,基于井内水流紊动射流分区的半经验公式法,可以对淹没射流条件下的水股作用力进行机理分析,并推导得出射流沿程最大流速及冲击区井壁时均作用力表达式,但尚不能完全揭示其内部复杂的紊动水力特性。利用紊流理论的数值模拟可以更好地描述圆形消力井流场内部各处的时均流及紊动特性:根据区域形状特点,对流场的空间域和时间域进行剖分离散,由不规则边界紊流Navier-Stokes方程掺气影响统计演化建立了三维封闭可求解雷诺应力方程组。基于实际工程的数值分析成果表明,三维紊流模型可行有效,能够用于非对称体边界条件下的空间流场计算。      

基于球坐标的植物果实重建

针对植物果实形状特点,提出基于坐标变换的点云快速重建方法。对于生长在茎干上的果实,首先计算茎干方向即果实的中心轴方向,将点云直角坐标转为球坐标,利用中值滤波沿半径方向对点云数据去噪,判断果实的长扁特征,计算果实中心轴的经纬度;然后以果实的中心轴作为球坐标的中心轴再次对原始点云进行坐标变换,进行去噪和填空点处理,最后采用B样条曲面对果实进行重建。本文方法的计算效率高于传统方法的2.5倍以上,随着点云数据量的增加,计算速度可加快几十倍,而且重建结果与实际点云误差小于2.2%。     

梭梭林下土壤结皮发育对降水入渗动态的影响

研究梭梭林下土壤结皮发育对降水入渗、土壤水分动态的影响,旨在掌握梭梭林地管理和促进林下植被发育的关键技术。结果表明:1）土壤结皮发育对各层土壤含水率的变化具有显著影响（P<0.05）,0~0.5 cm土层土壤含水率的变化随土壤结皮发育逐渐增大,而其余土层逐渐减小。随土壤深度增加,无结皮沙地（NSC）和物理结皮沙地(PSC)土壤含水率先增加后减小,生物结皮沙地(BSC)逐渐减小。2）土壤结皮发育对林下土壤水分动态产生显著影响（P<0.05）,随着土壤结皮的发育,0~0.5 cm土层土壤水分波动幅度逐渐增强,而其余土层则逐渐减弱,表现为NSC>PSC>BSC。NSC和PSC样地水分波动频度较大,BSC样地没有明显的波动。3）高强度降水下(区间降水39 mm),三者降水的入渗强度和入渗深度较大,而中（区间降水19 mm）、轻（区间降水8 mm）强度降水下,NSC和PSC样地产生轻微的浅层入渗,BSC样地保持在稳定的水平,表现为NSC>PSC>BSC,可知梭梭林下土壤结皮发育对降水的截留作用逐渐增强,限制了降水的入渗,但在稳定深层土壤水分和限制深层土壤蒸发方面具有积极的作用。     

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有压入渗条件下土壤结构与相对稳定入渗率间的关系研究

基于不同土壤结构下的有压入渗试验,分析讨论了土壤结构对稳定入渗率的影响及二者间的数量关系。结果表明,有压入渗条件下,土壤结构由疏松变密实,相对稳定入渗率降低,土壤结构与相对稳定入渗率间很好地符合幂函数关系。     

施钙条件下微咸水间歇入渗土壤水盐运移特征

施钙条件下微咸水一维间歇积水入渗试验结果显示:入渗量相同时,随着间歇时间和矿化度的增大,同一土层含水量减小;施钙使得入渗水中的钠离子不容易被表层土壤团粒所吸附,间歇时间越长,吸附在表层土壤中的钠离子浓度越低,相对的钙离子浓度增大,但间歇时间对总盐分浓度分布特征并无显著影响;同一土层上,钠离子浓度和钙离子浓度随着入渗水矿化度的增大而增高;土壤表层0~10 cm,施钙后的钠离子浓度明显小于不施钙的钠离子浓度,表层钠离子浓度降低,在实际中有利于作物生长。     

南北方粘质土壤的水分特征研究

为了研究南北方粘质土壤的水分特征,选择北方塿土和南方红壤典型粘土,测定其持水特征和饱和导水率,采用双环入渗仪进行入渗试验。结果表明:耕作对红壤有较强的压实作用;从持水特征分析,同一吸力下红壤的含水量较高,田间持水量和凋萎系数也高于塿土,而有效水含量略低于塿土,饱和导水率却低于塿土1个数量级;从入渗特征分析,红壤的侧渗能力很强,入渗率比塿土高1个数量级,容易发生大孔隙流。该结果对南北方土壤水分运动的研究具有一定的参考价值。