湿润地区土壤水分对降雨的响应模式研究

为了研究湿润地区降雨—土壤水水文过程,在太湖西侧通过野外坡面试验来研究地表和地下剖面上土壤水分对降雨过程的响应模式。结果表明：坡面上土壤含水率受地形和局部微地形影响显著。雨量较大时,土壤含水率过程线呈现两拐点三阶段(上升、平台和退水期);雨量较小时呈现单拐点两阶段(上升和退水期)。上升期受前期土壤含水率和土壤特性影响;平台期土壤含水率接近饱和并对雨强大小略有响应,是产流的主要阶段;退水期开始于降雨停止时,但地势高处对低处的补给会使低处退水期开始时间后延。沿坡度方向土壤含水率对降雨的响应过程整体表现出下部饱和度较高并且先出现饱和带,之后饱和带向上部逐渐扩展。垂向土壤含水率响应分为特征不同的三层。浅层对降雨响应明显,不同深度土壤含水率随时间变化过程线形状与降雨过程线相比有一定的平移和延长;中层同时受降雨入渗和地下水位变动影响;深层主要受地下水位变动控制。浅层有优势流现象出现,受土壤结构影响,并受降雨量大小控制。     

地面灌灌水频率对土壤水与温度及春玉米生长的影响

针对华北地区降雨分布规律,以北京为典型试验区,在保证作物最优土壤水分下限和灌溉定额相同的条件下,研究了地面灌(水平格田灌)灌水频率对土壤水、热状况及春玉米根系分布和产量的影响.试验结果表明,在春玉米抽雄期以前实施的地面灌各处理中,高频灌溉下土壤平均含水率波动幅度较小,土壤水分能保持在一个比较稳定的范围;灌溉显著延迟气温对地温的影响,具有显著地平抑地温作用,地温受灌水过程、土壤含水率及作物冠层面积的影响较明显.灌水频率对春玉米根长密度在行间和行上的分布存在一定影响,高频灌溉能显著促进春玉米根系在上层土壤中的分布.此外,在人工灌溉和降雨相结合灌溉模式下,地面灌不同灌水频率下春玉米产量差异不显著,北京地区的春玉米地面灌水方法宜采用低频灌.     

地下水埋深对冻融土壤水分入渗特性影响的试验研究

本文基于冻融期间大田测坑不同地下水埋深条件下，自然冻结土壤水分入渗试验，分析讨论了地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力、相对稳渗率的影响和冻融期间土壤入渗能力的变化特点。结果表明：地下水埋深对冻融土壤入渗能力的影响十分明显；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大；冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻融期间地下水埋深小的土壤的入渗能力始终小于地下水埋深大的土壤的入渗能力。地下水埋深对冻融土壤水分入渗能力的影响通过其对地表土壤含水量的影响而实现。研究结果对于指导季节性冻土地区冬、春灌溉合理灌水技术参数的确定具有实际意义     

灌溉水中盐分对土壤结构性质及水流运动特征的影响

再生水和微咸水等用于农田灌溉对缓解农业用水紧缺、保证粮食稳产高产方面作用显著。但这些非常规灌溉水中的盐分进入受灌农田土壤会引起土壤结构性质的改变,进而引起入渗水流运动特征的变化,增大了农业灌水和施肥的管理难度及地下水受污染的风险。本文通过室内灌水入渗试验,研究了灌溉水盐分浓度(0、1.0、3.0和5.0 g/L)、灌水频率(1天1次、2天1次、4天1次)、含盐灌溉水-清水交替灌溉模式(纯清水灌溉、纯含盐灌溉水灌溉、含盐灌溉水-清水交替灌溉)对受灌土壤容重、团聚体结构稳定性、孔隙结构特征、地表入渗性能以及入渗水流运动非均匀特征的影响。结果表明,适度的盐分浓度、较低的灌水频率但较大的灌水定额、含盐灌溉水-清水交替灌溉均有利于提升土壤团聚体的稳定性、抑制土壤板结、改善受灌土壤的地表入渗性能、降低入渗水流运动的非均匀性。研究成果对再生水和微咸水农田灌溉制度设计具有参考价值。     

畦灌灌水效果对土壤入渗参数的敏感性研究

为分析不同土壤入渗能力下的畦灌灌水效果差异,以汾东灌区北长寿试验点的灌水试验为依托,建立灌水技术参数优化模型对灌区的灌水条件进行优化。在优化灌水条件下,选用修正后的Kostiakov入渗模型,以土壤水分入渗参数k、a和f0为自变量,通过正交试验的方法,利用Win SRFR软件对灌水效果指标灌水效率Ea、灌水均匀度Du进行模拟,并对模拟结果进行方差和贡献率分析,结果表明:对于指标E_a和D_u,入渗参数影响显著,其贡献率由大到小均为ρ(k)ρ(f_0)ρ(a)。在此基础上,结合灌水效果指标对各入渗参数变异的敏感系数,确定了入渗参数k、a和f0综合变异时灌水效果指标偏离程度的量化形式,为土壤入渗能力空间变异时灌水效果指标精度控制提供依据。     

备耕头水地土壤水分入渗参数非线性预报模型

以山西黄土高原区备耕头水地水分入渗试验为依据,考虑灌水过程中表层土壤结构的变形特性,建立了Kostiakov三参数累计入渗量模型参数与土壤理化参数间的非线性关系模型。研究表明:常规土壤理化参数(土壤含水率、密度、黏粒含量、粉粒含量、沙粒含量和有机质含量)作为备耕头水地土壤入渗参数非线性预报模型的输入变量是合理的,所建立的非线性关系模型可靠,土壤入渗参数预测值相对误差可控制在10%以内;考虑到灌水过程中表层土壤结构由疏松变密实,对表层土壤结构进行修正能更加真实地反映备耕土壤水分的入渗过程,更加精准地对入渗模型的参数作出预报。     

不同坡度和前期土壤含水率条件下裸地降雨产流试验研究

坡度和前期土壤含水率是降雨产流过程的重要影响因素。为研究华北半干旱地区的降雨产流机制,采用人工模拟降雨的方法,进行了不同坡度(5°、10°和15°)和前期土壤含水率(0.20、0.25和0.30)条件下的降雨产流试验。结果表明:在整个降雨产流过程中,地表径流量随坡度和前期土壤含水率的增加而增大,累积径流量与产流历时呈线性函数关系;土壤入渗率和产流滞时均随前期土壤含水率和坡度的增加而减小,且前期土壤含水率对土壤入渗率和产流滞时的影响较坡度更加明显;Horton模型对降雨入渗关系的拟合结果优于Kostiakov和Philip模型。     

无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟

为探究微孔陶瓷灌水器在地下灌溉的入渗特性,基于土壤水动力学原理,在前人对微孔陶瓷灌水器周围土壤水势分析的基础上,建立了无压条件下微孔陶瓷灌水器在土壤中的出流模型,并通过室内土桶试验验证了模型的准确性。结果表明:该文提出的出流模型可以较好地模拟无压条件下微孔陶瓷灌水器土壤中的出流现象。在0m工作水头下,灌水器周围土壤含水率变化是造成灌水器流量变化的根本原因,土壤含水率较低时,灌水器可以较大流量出流;随着灌溉的进行,土壤含水率逐渐增加,使得灌水器流量减小;当土壤含水率达到饱和后,灌水器就会停止出流。而当土壤水分耗散时,灌水器又可恢复出流,灌水器出流量与土壤水分耗散量基本相当,因此灌水器出流可以实时补充土壤水分。本研究可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。     

运用温度示踪法确定稳定入渗补给速率

开展不同水位埋深条件下的地中渗透仪入渗实验,分析包气带温度场变化规律及其控制因素,进而采用多层介质热传导解析方程评价入渗补给速率,探讨了温度示踪法评价包气带入渗补给问题的适用性。结果表明:气温控制包气带温度场整体特征,其对温度场的影响随深度增加逐渐减弱。水位埋深影响土壤含水率,控制包气带介质比热,决定了温度场波动性。灌水改变介质热导率从而影响包气带温度场;灌水量小且灌水温差小,灌水本身的热状态对温度场的影响可以忽略。水位埋深浅时,基于多层介质热传导解析方程的入渗补给速率评价结果更为准确,旱季相对雨季,评价结果准确性整体更高;浅部包气带含水率波动性强是造成评价误差的重要原因,选取更短的评价周期和更深的计算剖面可相对提高评价结果准确性。含水率在时间尺度上的波动是温度示踪法在非饱和带应用的难点及关键。     

河北平原井灌区冬小麦灌水定额的计算分析

根据华北半湿润偏旱井灌区节水农业综合技术示范区的建设实践,在河北平原三河井灌区,通过实时监测冬小麦田间土壤含水率,计算出其田间土壤含水量与田间持水量之差即为灌水定额;当实时监测的田间土壤含水率低于冬小麦适宜生长含水率高于凋谢系数时,便对监测地块进行灌溉。采用移动式管道喷灌或支管退行式畦灌模式进行冬小麦灌溉,使灌水定额控制在750m^3／hm^2以内,达到节水增产增收的目的,促进农业又好又快发展。     

滴灌湿润体内土壤墒情监测点位置的试验研究

为了快速精确地监测土壤水分,通过田间试验观测了滴灌带一个湿润体内不同位置的7个中子仪监测点0～120cm深度土壤剖面的水分分布,分析了膜下滴灌湿润体内土壤水分随监测点位置的变化情况。结果表明:土壤含水率的差异,只与监测点与滴灌带的距离有关,距滴头5 cm处的监测点与距滴灌带30 cm处的土壤含水率垂直分布无显著性差异,与距滴灌带55、70 cm处的土壤含水率垂直分布有显著性差异。因此,墒情监测点应布置于距滴灌带0～30 cm范围内,不宜超过此范围。     

影响土壤水分入渗特性主要因素的试验研究

以大田土壤入渗试验为依据,分析讨论了影响大田土壤水分入渗特性的主要因素.试验结果表明:土壤含水量、土壤质地及土壤结构是土壤水分入渗特性的主导影响因素;土壤含水量、土壤质地及土壤结构对大田土壤入渗能力的影响十分明显;土壤累积入渗量随土壤含水量的增加而减小;以土壤粒径小于0.002 mm的黏粒质量百分数为反映土壤质地的物理量,土壤质地由轻变重,土壤入渗能力减小;土壤结构由疏松变密实,土壤入渗能力递减.研究结果对于地面灌溉合理灌水技术参数的确定及水资源合理利用具有重要价值.     

覆膜旱作对土壤水分温度及早稻生长的影响研究

农业节水可以通过工程、农艺、生物及管理等综合措施来实现。为了达到农业节水的目的,对地膜覆盖条件下土壤温度、水分变化状况,覆膜旱作早稻若干生物学特性及养分吸收状况作了研究。结果表明,水稻覆膜旱作具有明显的土壤保墒增温作用。覆膜旱作稻分蘖数、株高、地上部干重、根长、根重均明显大于裸地旱作,分蘖数、地上部干重、根重明显大于常规水作。覆膜旱作稻N、P、K养分吸收量及产量也明显大于裸地旱作及常规水稻,并能节约60%~70%的用水量。     

南方红壤区马尾松林下水土流失与降雨量关系研究

为了更好地研究马尾松林水土流失规律,从水土流失主要控制因子——降雨因子出发,通过对红壤侵蚀区不同林下配置模式马尾松林径流试验小区2009—2011年的产流、产沙与降雨量的关系研究。得到如下结论：①各小区的产流量和产沙量均与降雨量呈显著性相关,回归模型主要以一元二次回归最优,个别小区以幂函数和对数函数最优,其中以马尾松地表裸露小区模拟方程可决系数最大;②各雨型在同一郁闭度条件下,除去郁闭度为0％的小区外,各小区基本满足乔＋地表裸露〉乔＋百喜草〉乔＋胡枝子,伴随着降雨量的增加,各小区的径流系数总体上呈增加的趋势,尤其在暴雨和大暴雨以上的雨型更加明显;③产沙方面,各雨型条件下,除去郁闭度为O％的小区和个别郁闭度为24％的小区外,基本上满足乔＋地表裸露〉乔＋胡枝子〉乔＋百喜草。     

陕西王东沟小流域野外土壤入渗试验研究

以野外土壤入渗试验为依据，利用时域反射仪进行了土壤水分动态变化的观测，并分析了积水入渗过程中土壤水分的动态变化规津及停渗后土壤水分再分布规律。结果表明：野外土壤积水入渗过程中，土体内任—埋深处士壤含水率的变化一般经历稳定不变、缓慢上升、急剧上升和再稳定4个阶段，不同土地利用类型的土壤每一阶段听经历的时间长短不同；积水深度越大，土壤剖面含水率、入渗量变化越明显，湿润锋的推移也越快；停渗后土壤水分再分布规律表现为表层0～10cm土壤含水率急剧减小，10～70cm土壤含水率开始呈增大趋势，然后再逐渐减小，70cm以下的土壤含水率略有变化。     

盐渍土盐胀特性与水热状态变化特征试验研究

为了研究外界自然条件下的盐渍土盐胀特性与水热传递变化特征,进行了含盐量和干密度单向控制下的室内膨胀变形试验和为期一年的地基变形、地温和含水率综合监测现场试验。结果表明:盐渍土地基温度传递呈现正弦波式的周期性变化,自然环境温度对地基土体的有效影响深度为1.8 m,在0.8 m附近存在正负温度的过渡交界面;盐渍土地基水分迁移的基本动力来自于土层温度场的变化,距离地表0.6 m以上土体的含水率随温度变化的幅值最大;盐胀变形的主要分布区在地层1 m以上深度范围内,盐渍土盐胀变形主要受温度、分水、含盐量和干密度影响,盐胀变形快速发展的温度区间为10℃^-5℃,严寒期盐胀变形发展受毛细水的冻结影响而减缓,含盐量在2%以上的盐渍土对于温度变化的敏感性增强,盐胀增长趋势更为突出,盐渍土盐胀变形快速发展所需的降温幅值随干密度增大而减小。     

不同矿化度微咸水对土壤入渗特征的影响研究

根据室内微咸水积水入渗土壤水盐运移模拟试验结果，分析了包括淡水在内的6种不同矿化度湿润锋、土壤含水量的变化特征。研究结果表明，微咸水入渗的湿润锋在相同的时间内运移深度更大，或者湿润锋运移到相同的深度时微咸水所用的时间更短。入渗水量与湿润锋呈线性关系，湿润土体的含水量由地表向下逐渐由饱和含水量减少至初始值，水分剖面变化由缓到陡。     

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%。     

湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨的响应

为分析湿润喀斯特地区冬季灌丛土壤水分对降雨响应的规律,基于实地逐日监测记录的灌丛土壤水分和降雨数据,对冬季灌丛土壤水分与降雨的响应关系进行分析。结果表明：小于5.80 mm的12场小降雨事件对土壤水分无法进行有效补给,大于20 mm的2场降雨事件能够有效补给土壤水分,土壤水分的响应时间随着降雨量的增加而加快。根据土壤水分变化趋势,冬季灌丛土壤水分变化可划分为3个阶段：土壤水分消退期、土壤水分上升期、土壤水分平稳期。冬季,受植被截留、地表枯落物吸收等因素的共同影响,导致小降雨事件不能使灌丛土壤水分得到有效补给,表现出平稳或微减的变化;大降雨事件对灌丛土壤水分起到有效补给,能够促使更多水分向深层渗透,显著改善深层灌丛土壤水分状况,且雨前土壤含水量越低,降雨对表层土壤水分的补给越大。冬季灌丛土壤水分的入渗深度主要受强度适中、历时长、雨量大的降雨影响,且雨前土壤含水量越高,则降雨的入渗深度越大。