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。     

土壤容重对膜孔灌盐土水盐 运移分布影响

通过室内土壤膜孔灌盐土水分入渗试验,分析了土壤容重对膜孔灌盐土水盐运移分布的影响。结果表明：（1）土壤容重越大,相同入渗时间的累积入渗量越小,相同灌水量下土壤湿润范围越大;（2）入渗结束时,土壤含水量以膜孔为中心呈等值线分布,土壤容重越小,相同位置的土壤含水量越大;（3）膜孔灌对盐土有明显的淋洗作用,膜孔附近土壤盐分含量远低于本底值,湿润体边缘有较高盐分累积;（4）相同灌水量下,土壤容重越小,盐分淋洗范围越大。以上研究结果可以为盐土上膜孔灌合理灌溉提供参考依据。     

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。     

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。     

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。     

夹砂层土壤水分入渗试验研究

针对土壤剖面多呈层状分布的特点,通过室内土柱实验,研究了不同粒径和层位的有砂层的+土壤水分入渗问题.结果表明,有砂层的土壤不同粒径的夹层和不同层位的砂层都会影响水分的入渗情况.以均质粘土为参照,在相同层位处,粒径越大的夹层砂,入渗越快,但入渗量越小;在相同粒径下,夹层越接近地面,入渗越快,入渗量越大.并验证了Green-Ampt和Kostiakov模型在土壤水分入渗中的应用,湿润峰到达夹层上层前入渗强度随时间越来越小,二者呈非线性关系;湿润峰到达夹层下层前入渗强度随时间的变化呈线性关系.     

膜缝沟灌入渗规律及模型研究

根据膜缝沟灌试验研究结果，分析了膜缝宽度、土壤初始含水率、土壤容重及水深4个因素对膜缝沟灌二维入渗的影响。结果表明：膜缝宽度越大，累计入渗量越大，但是不利于水平入渗；土壤初始含水率越大，在相同的入渗时间里累计入渗量越小，但是其垂向、水平入渗速率越快；土壤容重及灌水沟中的水深对累计入渗量及垂向、水平入渗速率的影响不是很明显。提出了分别以膜缝宽度和初始含水率为参数的入渗模型。     

入渗水头对盐碱土水分运移影响数值模拟研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,对不同水头作用下湿润锋、累积入渗量和时间变化特征实验数据进行分析模拟。研究结果表明,不同水头条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,提出了考虑入渗水头和土壤容重条件下湿润锋的推进距离和入渗时间的关系式;累积入渗量与时间的幂函数关系中系数A与土壤容重和入渗水头的影响较小,而指数B随着入渗水头的增加而呈线性增加的趋势,随土壤容重的增加呈降低趋势。     

非饱和土中黏粒含量对水分迁移规律的影响研究

为了研究土体在非饱和状态下土壤水分的运移规律,通过室内试验,利用马氏瓶供水,研究土壤水分在不同黏粒含量的非饱和土中入渗特征。该试验对水分入渗特征研究包括两方面:一方面是研究不同黏粒含量土壤结构条件下水分随入渗时间的变化,另一方面是同一时间段内黏粒含量与表征水分入渗的相关参数的关系。结果表明:(1)Philip土壤水分垂直入渗公式在半无限均质土壤及初始含水率分布不均匀、无薄层积水条件下仍适用;(2)试验揭示了水分受黏粒含量的影响在灌溉模型中的累积入渗量、吸渗率与稳定入渗率、湿润锋及湿润锋速和在同一截面处随时间的变化规律及在土壤各截面处的发展趋势。     

不同质地土壤对梯形渠道渗漏的影响

梯形渠道是目前国内最常用的灌水渠道,通过分析不同质地土壤对渠道渗漏的影响,可以为灌区灌水利用效率、渠道防渗效果评估、灌区规划设计等方面提供理论依据。采用室内实验法,对不同质地土壤在梯形渠道中的累积入渗量、入渗率及湿润锋运移进行研究。结果表明：土壤的累积入渗量最大,而湿润锋的迁移距离最远,土壤入渗速度最快;黏壤土初始入渗速度较慢,入渗速率曲线随入渗时间的增加而减小,且随入渗时间的增加而趋于平稳,而湿润锋运移距离较短,累积入渗量最少。在农田输水渠道建设中,应尽量选择黏壤土,这样才能有效地降低灌溉渠道的渗漏。另外,还可以在沟渠四周栽植一些深根系植物,将渗漏的水量输送到灌溉作物中,从而增加了排水的利用率。     

推求Gardner-Russo持水曲线模型参数的简单入渗法

本文基于水平一维非饱和土壤水分运动规律，推求了Gardner-Russo持水曲线模型参数，获得了水平一维非饱和土壤水分运动中累积入渗量、入渗率、湿润峰、入渗时间之间的理论关系。用模拟的结果进行拟合，其决定系数为 0.9969～0.9997。当获得土壤饱和体积含水率、初始体积含水率、残余体积含水率和土壤饱和导水率，基于这些理论关系实现了Gardner-Russo模型曲线特征参数的求解。利用数值模拟数据和实验数据检验该方法，将用此方法估计的参数值与理论值进行比较，并进行了模型中参数的敏感性分析，结果表明本研究所求得的参数有较高的精度，为土壤水分运动参数求解提供了一种简单的土壤水分瞬时入渗法。     

积水动边界条件下滴灌土壤水分入渗研究（Ⅰ） ——室内试验

为更好地指导滴灌工程实践,针对滴灌土壤表面积水的现象,系统研究了滴灌积水动边界条件下土壤水分入渗规律。通过室内试验,专门对积水条件下不同滴灌流量的滴灌湿润体、土壤水分入渗湿润锋和地表积水范围进行了试验分析,结果表明：积水动边界条件下,滴灌湿润体在灌水后很长一段时间内表现为一平卧的半椭球体。无论是水平湿润锋、垂直湿润锋以及湿润比,还是地表积水范围,都与入渗时间符合较好的幂函数关系。另外,无论滴头流量大小,湿润比随着灌水历时的增加都逐渐变小,但均大于1。滴头流量对地表积水范围的影响很大,地表积水稳定范围及其达到稳定的时间都随滴头流量的增加而增大。同时,地表积水稳定范围与滴头流量也能符合较好的幂函数关系     

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。     

保水剂对草坪土壤持水特性影响研究

为了探明保水剂对草地种植条件下土壤水分特征曲线的影响,基于王全九等开发的入渗特性法进行了土壤水平入渗试验,得出了在草坪土壤中施用不同浓度保水剂的Brooks-Corey土壤水分特征曲线。结果表明：在低吸力段,相同水势下土壤含水量随保水剂施用浓度增大而增大,在高吸力段,相同水势下土壤含水量随保水剂施用浓度增大而减小;在0~1 bar范围内,施用保水剂处理的土壤水分特征曲线均匀降低,表明施用保水剂能够稳定而有效地供给植物所需水分。本研究可以为制定城市绿地草坪合理的灌溉制度和在草坪种植中合理推广使用保水剂提供理论依据。     

土壤水分特征曲线模型对数值模拟非饱和渗流的影响

土壤水分特征曲线直接影响非饱和渗流场压力水头和含水率的预测结果。Brooks-Corey模型和van Genuchten模型是目前运用最广泛的土壤水分特征曲线模型。本文给定三种不同质地土壤(粘土、砂土和砾石)的BC模型参数,根据Morel提出的BC模型与VG模型等价的参数关系计算出VG模型参数。采用上述两模型分别对这三种土壤进行了均质土柱的入渗过程模拟。两种模型的计算结果有一定差别。三种土壤土柱的VG模型湿润锋推进速度都比BC模型大。由于粘土的初始含水率接近饱和,BC模型和VG模型的渗流场差距最大。粘土土柱上表面压力水头的变化幅度BC模型小于VG模型,而含水率的变化幅度BC模型大于VG模型。砂土和砾石土柱上表面压力水头和含水率的变化幅度都为BC模型大于VG模型。砂土土柱BC模型和VG模型的渗流场差距随入渗时间的持续而加剧。     

用分形特征参数定量描述土壤水流运动的非均匀程度

通过田间条件下开展的7个碘-淀粉染色示踪试验,研究了入渗初始条件和边界条件对土壤水流运动非均匀特征的影响.同时采用土壤水实际入渗深度分布非均匀系数(C_(ua))和活动流场模型(ARM)分形特征参数(γ)来定量描述不同入渗条件下土壤水流动的非均匀程度.研究结果显示,不同条件下,γ和C_(ua)有着相同的变化趋势,γ能正确描述土壤水流运动的宏观非均匀特征;较低的土壤水初始饱和度引起较显著的土壤水非均匀流动;在相同土壤水初始饱和度条件下,土壤水流运动的非均匀程度随着入渗水量的增大而先增大后减小.