入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布的影响

为了研究入渗水头对注射灌土壤水分运移及分布特性的影响,通过室内注射灌入渗模拟试验,测定了不同入渗水头下注射灌的累积入渗量、湿润锋运移距离和土壤剖面的含水率。研究表明:注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,入渗水头越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。土壤湿润锋近似为圆心在出水口偏下的半圆形,湿润锋随时间延长运移速度变缓。在出水口下方土壤湿润范围比出水口上方大,土壤含水率也较大。入渗水头越大,相同入渗时间的土壤湿润范围越大,相同位置的土壤含水率越高。本研究结果丰富了注射灌理论,为入渗水头的选择提供参考。     

土壤中NaCl含量对水平一维入渗特性的影响

通过室内试验,分析了土壤中NaCl含量对水平一维入渗的湿润锋、累计入渗量、土壤含水量和土壤Cl-含量的影响。结果表明:不同NaCl含量土壤水平一维入渗的湿润锋和累计入渗量随着入渗时间的延长而增大;相同入渗时间时,土壤NaCl含量越高,湿润锋运移距离、累计入渗量、土壤含水量越小,土壤Cl-含量越大;不同NaCl含量土壤水平一维入渗结束后的土壤含水量和土壤Cl-含量之间存在极显著的相关关系。     

覆膜方式对沟灌水分入渗影响

通过室内沟灌不同覆膜方式水分入渗试验,分析了相同水平湿润距离下覆膜方式对水分运移分布影响,结果表明：(1)相同入渗时间下不同覆膜方式的累积入渗量大小顺序为不覆膜、沟坡覆膜、沟底覆膜、沟底覆膜+1/2上部沟坡覆膜;(2)入渗初期,相同水平湿润距离下,垂直湿润锋运移距离大小顺序与累积入渗量大小顺序相同;(3)入渗结束时,不同覆膜方式的土壤含水量等值线近似半圆形,不覆膜和沟坡覆膜的土壤含水量等值线分布明显比其他覆膜方式密集,土壤含水量则明显变小。总之,本研究可以为确定合理沟灌方式提供理论依据。     

秸秆层施深度对土壤水分入渗 特性的影响

通过室内试验分析了秸秆层施深度对土壤水分入渗特性的影响,结果表明：（1）不同秸秆层施深度的累积入渗量和湿润锋运移距离均小于对照处理,入渗时间越长,减渗效果越明显,随着秸秆层施深度的减小,相同入渗时间的累积入渗量和湿润锋运移距离减小;（2）不同秸秆层施深度下,秸秆层上部土壤含水量比不施秸秆时大,而秸秆层下部土壤含水量比不施秸秆时小;（3）入渗结束时,层施深度越小,其秸秆层上部的土壤含水量越大,而秸秆层下部范围则相反。研究结果可以为秸秆覆盖下农田水分的高效利用提供参考。     

膜孔肥液多向交汇入渗湿润体特性 试验研究

通过室内膜孔肥液多向交汇入渗试验,研究了肥液入渗下湿润锋的运移特性,建立了湿润锋运移距离与入渗时间的经验模型。试验显示,交汇界面处的垂直湿润锋运移速率大于膜孔中心处垂直湿润锋运移速率;膜孔多向交汇入渗交汇界面的湿润锋形状近似于半椭圆型,并建立了湿润锋形状的纵剖面方程,研究了湿润体内土壤含水率的分布规律。研究成果可为进一步进行膜孔灌溉技术研究提供参考。     

非充分供水条件下滴灌入渗特征研究

为了推求点源入渗条件下垂直湿润锋的运移规律,根据非饱和土壤水分运动的达西定律及其相应的假定,研究了点源入渗情况下,垂直湿润锋运移距离与入渗率和累计入渗量的关系,以及湿润锋随入渗时间的变化规律。结果表明:入渗率与湿润锋倒数间存在明显的线性关系;累计入渗量与湿润锋呈线性关系;湿润锋与时间存在明显的多项式关系。     

非充分供水条件下滴灌人渗特征研究

为了推求点源入渗条件下垂直湿润锋的运移规律,根据非饱和土壤水分运动的达西定律及其相应的假定,研究了点源入渗情况下,垂直湿润锋运移距离与入渗率和累计入渗量的关系,以及湿润锋随入渗时间的变化规律.结果表明:入渗率与湿润锋倒数问存在明显的线性关系;累计入渗量与湿润锋呈线性关系;湿润锋与时间存在明显的多项式关系.     

脱硫石膏施用量对滨海盐碱土水分运移的影响

通过室内土柱试验,研究了5种脱硫石膏质量掺加比(0、5%、10%、15%和20%)对滨海盐碱土水分入渗能力的影响,结果表明:掺加不同比例石膏均可提高土壤入渗能力,较高的石膏掺加比对土壤湿润锋和累计入渗量的促进作用下降;5%石膏掺加比可明显促进盐碱土中水分运移;360 min时掺加5%脱硫石膏盐碱土的湿润锋运移深度是原状盐碱土的近2倍;湿润锋运移距离和时间呈幂函数关系,累计入渗量与时间的关系符合Kostiakov入渗模型和Philip入渗模型;适量掺加脱硫石膏可提高土壤入渗能力,对改善滨海盐碱土中的水分运移状态效果显著。     

双点源滴灌交汇区水盐运移规律试验研究

通过模拟大田滴灌的双点源试验,探求了沙壤土土质下,不同滴头流量、滴头间距对水平湿润锋和交汇锋以及电导率的影响。结果表明：随着入渗时间的增加,交汇锋和水平湿润锋运移距离都在增加;当其他条件一定时,流量越大或者间距越小,湿润锋和交汇锋运移的速率越大,土壤湿润体越均匀;相同间距情况下在0-20 cm深度内大流量的交汇区电导率小,在20-40 cm深度内小流量的电导率大;在相同流量情况下0-10 cm深度内滴头间距大的交汇区电导率大,在10-40 cm深度内滴头间距小的电导率大。     

基于最小作用原理的积水土坡水分入渗路径及规律研究

基于最小作用原理,以时间为最小作用量,建立了二维Richards方程水分入渗路径的泛函,提出了积水条件下土坡水分入渗的变分解,并在此基础上利用Brooks-Corey模型计算了锋面以上土体的水力坡降并讨论了入渗曲线的形态,同时利用Hydrus 2D软件分析了第一类边界条件下土坡内含水量分布。结果表明:二维斜面入渗的变分解与一维水平入渗、垂直入渗变分解具有相同形式;入渗曲线表现为外凸形态;数值计算得到的入渗量与湿润锋深度呈线性关系,与变分解的分析结果一致;变分解求得的湿润锋深度、含水量分布用于分析边坡稳定等宏观工程问题是可行的。     

Soil Surface Roughness Effects on Infiltration Process of a Cultivated Slopes on the Loess Plateau of China

Infiltration is the only way water enters soil on the cultivated slopes of the China’s Loess Plateau, so infiltration plays an important role in conserving soil moisture. The objective of this study was to investigate how a soil wetting front created by simulated rainfall migrated in soil with different types of surface roughness. The three types of soil surface treatments studied included surfaces of smooth, medium rough and rough soil. The results showed that, 1) compared with a smooth surface texture, medium rough and rough surface textures have a higher infiltration capacity; 2) the infiltration rate gradually decreases as the wetting front deepens and the rate tends stabilize over time. This change could be described by a logarithmic function; 3) at the early stage of rainfall, the wetting front of medium rough and rough surface textures varied greatly, while the variability of the wetting front decreases markedly after the infiltration rate stabilizes; 4) with increasing depth of the wetting front, the similarity between the wetting front and soil surface profile decreased significantly for the medium rough and rough surface textures. These results indicate that the process of infiltration on cultivated slopes on the Loess Plateau changed from a non-uniform pattern to a uniform pattern as time passed during a rainfall event. Overall, soils with rougher soil surfaces experienced a larger effect of roughness on the process of infiltration.     

竖直微润灌土壤水分运动数值模拟与验证

为进一步认识微润灌土壤水分运动规律,进而指导微润灌工程设计,依据非饱和土壤水分运动理论,建立了竖直微润灌土壤水分运动模型,并用SWMS-2D软件进行求解。通过室内试验,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值和土壤剖面含水率等指标的模拟值进行分析验证。结果表明,模拟值与实测值一致性较好,所建模型能比较真实地反映竖直微润灌土壤水分运动的状况,利用SWMS-2D软件对竖直微润灌土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

基于水势差驱动出流机制的微润灌水分运动模型构建及模拟

为研究微润灌土壤水分入渗特征和不同影响因素对其影响规律,基于微润管出流机理,采用HYDRUS-2D软件构建了微润灌土壤水分运动模型。利用室内试验实测数据验证了模型的准确性,参数敏感性分析表明模型模拟结果对微润管的形状和水力特征参数敏感度较低。不同情境模型模拟结果表明:微润灌下水分主要集中在管附近;土壤质地越黏重,微润灌湿润范围和湿润锋运移速率越小,湿润体水分分布等值线图越接近于同心圆;工作压力水头越高,湿润范围和湿润锋运移速率越大,且管附近土壤饱和度越高,但200 cm工作压力水头下土壤不易达到饱和;微润管埋深显著影响湿润体的位置和湿润锋到达上下边界的时间,但在湿润锋到达边界之前,其对微润管出流量和湿润锋运移速率影响不大。本研究可为微润灌系统设计管理优化和该技术的进一步推广应用提供参考。     

重塑非饱和黄土中水-气两相运移规律研究

黄土区水分入渗的实质是水、气两相运移共同作用。长时间强降水影响下,水分入渗更易在远离边坡的土层底部形成封闭条件,而在靠近边坡区域形成开放条件。为深入剖析黄土中水-气运移规律,分别在封闭和开放条件下进行了重塑土柱试验,并统计分析了土柱内实测的含水率和气压数据。结果表明:在开放和封闭条件下,湿润锋运移速度初始时最大;体积含水率均为先增大后减小,封闭条件下含水率减小后趋于稳定,而开放条件下含水率仍存在小幅波动;开放条件下气压差先增大后减小,最后在0附近振荡,而封闭条件下浅层气压差波动上升,深层气压差振荡后减小趋于稳定。因此,在滑坡治理过程中应同时考虑水、气两相共同的影响,制定更为全面、高效的防治措施。     

紫色土典型三角形均质剖面入渗模拟研究

通过室内特制的土壤水分入渗试验装置,分别设置正、倒直角三角形单一质地土壤剖面,探讨紫色土的不规则剖面均质土壤入渗特性。参考Green-Ampt模式思路,建立了紫色土典型三角形均质剖面入渗模型。试验结果显示:粗质地的湿润锋随时间推进速度快于细质地;同一质地,正直角三角形剖面铅直面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,但入渗速率小于倒直角三角形剖面;入渗前期,正三角形剖面的斜面湿润锋随时间推进速度快于倒直角三角形剖面,随入渗继续,反而逐渐慢于倒直角三角形剖面。各剖面入渗的湿润锋、入渗速率与时间均呈极显著幂函数关系。建立的紫色土典型三角形均质剖面入渗模型经实测值验证,模拟值与实测值具有非常好的一致性,且可与经验模型相互转换,模型参数也具有一定的物理意义。     

基于降雨入渗全过程的非饱和湿润峰模型

对降雨入渗过程进行研究有助于充分发挥土壤的蓄水能力,减缓城市管网的泄洪压力。为更真实地反映入渗过程中土壤的含水率分布情况,将降雨入渗过程进行分段,确定各阶段土壤含水率分布函数,提出了修正的非饱和湿润峰模型。同时,结合达西定律,引入土体非饱和参数,得到均匀土体在不同降雨强度下,土壤含水率、浸润深度和累计入渗量随时间变化的曲线。结果显示,入渗过程中土壤表层含水率和浸润深度随时间呈非线性变化。对于高强度降雨,当表层土壤饱和后,开始出现积水。累计入渗量最终取决于土壤的饱和渗透性质,降雨强度对其影响有限。分别将4种土质土体的计算结果与有限元法得到的结果进行对比,两者相对偏差均小于5%。     

不同微润管埋深土壤水分入渗特性及对小白菜根系生长的影响

为探明微润灌条件下微润管不同埋深对土壤水分入渗及作物根系生长的影响,分别开展了室内土箱入渗试验和室外大棚小白菜种植试验,设置了3个不同埋深处理:T1(埋深10 cm)、T2(埋深15 cm)、T3(埋深20 cm),室内入渗试验考察不同微润管埋深对土壤水分累计入渗量、土壤湿润锋运移的影响,室外试验考察不同微润管埋深对小白菜主根长、主根直径、根体积、大于2 mm的一级侧根数等根系指标的影响。室内试验结果表明:3个处理单位长度微润管的累计入渗量都随着时间延长呈线性增加趋势,T2入渗速率最大,T3最小,T1、T2分别比T3大43.48%、67.55%;各埋深处理水平方向上的湿润锋向右运移规律和向左相同,T1、T2扩散速率要远大于T3,且T1T2;在湿润锋向上运移到达地表之前,各埋深处理湿润锋垂直向上和向下运移规律基本相同,重力作用影响不明显,扩散速率均为T1T2T3;湿润锋形状变化过程方面,T1由上下方向长度较大的椭圆逐渐过渡到水平方向长度较大的椭圆,T2为上下方向长度大于水平方向长度的椭圆,T3先为水平方向长度大于上下方向长度的椭圆,然后逐渐过渡到上下方向长度大于水平方向长度的椭圆。室外大棚试验结果表明:除主根长指标外,其余根系指标微润管各埋深处理均好于地面漫灌,且微润管埋深15cm时对小白菜根系发育最有利。研究成果可以为相关生产实践提供支持。     

重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究

为了研究非饱和黄土的浸水入渗规律,开展了重塑黄土的浸水入渗模型试验,分析了浸水过程中不同位置的体积含水率变化及湿润锋面发展过程,研究了入渗水分在水平和径向的发展变化规律,并通过考虑空气压力的Green-Ampt模型计算得到不同时间的入渗深度,与实测值进行对比分析。研究表明:不同测点的体积含水率变化趋势基本一致,都会经历稳定-快速增长-到达峰值-快速减小-再次增长-维持稳定6个阶段;浸水入渗过程受入渗深度、渗流路径、沿程黏滞阻力和空气压力的共同影响,入渗深度越深、距离中心轴位置越远、湿润锋发展越滞后,入渗速率越小。深度从0 cm增加至100 cm时,入渗速率从14.93 cm/h减小至1.67 cm/h。对不同位置的竖向入渗速率与入渗深度的关系进行拟合发现:竖向入渗速率与入渗深度呈二次方关系,且拟合度达到0.9以上;径向水分运移是该深度水分径向扩散和上部水分竖向入渗综合作用的结果,故相比于竖向入渗较快;模型计算结果中湿润锋面发展趋势与实测竖向入渗情况一致,但入渗后期的入渗深度计算值比实测偏大。研究结果可为黄土地基浸水入渗研究提供参考。     

土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布 特性影响试验研究

通过室内不同土壤初始含水量的注射灌水分入渗试验,研究了土壤初始含水量对注射灌土壤水分运移分布特性影响。研究表明：注射灌的累积入渗量与时间呈幂函数关系,土壤初始含水量越大,相同入渗时间的累积入渗量越大。在出水口下方土壤水分湿润范围较大,土壤含水量也较大,而在出水口上方则相反。土壤初始含水量越大,土壤湿润范围越大,距离出水口相同距离的土壤含水量越大。以上研究可为进一步补充注射灌理论技术提供基础。