间接地下滴灌导水装置规格参数模型

本文根据灌水过程中水量平衡原理为间接地下滴灌建立了导水装置规格(直径,高度)参数模型,该模型中综合考虑了滴头流量、灌水定额、土壤水力特性等参数对导水装置规格的影响。通过室内恒定水头钻孔积水入渗试验与Philip模型的应用,研究了不同导水装置规格类型对三维土壤渗吸率S和土壤入渗率A的影响。基于三维土壤入渗率A等于稳定入渗量QS的假定,定量化了导水装置规格模型中的土壤水力特性参数。通过大田间接地下滴灌试验,验证了模型的可行性。结果表明,Philip模型可用于描述三维恒定水头钻孔积水入渗过程,但在土壤类型一定时,三维入渗中的土壤渗吸率S和土壤入渗率A还与导水装置总的透水面积有关。该模型设计的导水装置规格能满足间接地下滴灌灌水过程中水分不外溢的要求。间接地下滴灌灌水过程中变化的渗透面积和恒定水头钻孔积水入渗过程中恒定的渗透面积之间差异的存在,是模型误差产生的主要来源。     

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。     

考虑土内气压势的下渗水流数值模拟

本文利用自制的土内气压计测得入渗时的土内气压，分析了气压的成因，指出它对人渗水流的阻滞作用，为以人渗试验进行数值模拟，在土壤水运动方程中计入了气压势，并且连接了地表积水计算，结果，模拟计算的人渗入过程，土壤水势变化过程均与实测相符，因而证明，在研究入渗问题时，考虑气压势是必要的。     

地表滴灌点源入渗土壤水分运动的模拟研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地进行大田滴灌入渗试验的基础上,为了研究不同滴头流量的地表滴灌入渗特性及其湿润体形状,对湿润峰面土壤含水量、湿润峰运移距离和湿润体的形状变化应用HYDRUS2D软件进行模拟研究,结果表明:地表滴灌入渗湿润体的水平扩散半径、向下入渗深度均随流量的增大而增大,且均与入渗时间有显著的幂函数关系;滴灌点源入渗条件下,滴头流量、灌水量、对土壤湿润体大小和形状都有影响;土壤含水量和湿润峰运移距离的模拟值与实测值均具有较好的一致性.该文所得结果对地表滴灌系统的规划设计有一定的实用价值.     

浑水灌溉下土壤水分入渗规律研究综述

目前,国外土壤水分连续入渗研究主要集中在Green-Ampt模型的修正以及Philip、Parlange入渗方程的求解两方面。国内学者对浑水连续入渗的研究认为:浑水与清水入渗的差异主要是浑水中物理性黏粒的存在引起的,浑水入渗模型以通过浑水灌溉试验进行拟合而得到的经验公式为主;对浑水波涌灌间歇入渗研究认为,不同泥沙粒度组成的浑水间歇入渗能力均小于同条件下的浑水连续入渗能力,且减渗率随入渗周期数的增加而增大。今后应开展不同灌水方式、多种影响因素下的浑水灌溉研究。     

充分供水条件下垂直线源灌入渗模型简化研究

为了定量预测和分析充分供水条件下垂直线源灌土壤入渗特性,基于HYDRUS-2D模型,设置了144种模拟情景,模拟得到了9种土壤在不同线源直径和线源长度条件下的累积入渗量。采用Philip入渗公式对模拟数据进行拟合,从而获得吸渗率和稳渗率。在此基础上,研究了吸渗率和稳渗率与灌溉参数间的关系,建立了考虑线源渗水面积和饱和导水率的充分供水垂直线源灌土壤累积入渗量简化计算模型。最后,利用试验数据验证了简化入渗模型的准确性。结果表明:同一土质的吸渗率与稳渗率均随线源渗水面积的增大而增大,且吸渗率与线源渗水面积符合线性函数关系,稳渗率与线源渗水面积符合幂函数关系。土壤累积入渗量的简化计算模型的统计指标E_(MAE)与E_(RMSE)分别介于1.57～2.05 L与2.38～2.88 L之间,E_(NSE)≥0.92,计算值与实测值一致性较好,简化计算模型预测效果较好,可初步实现仅通过饱和导水率K_s这个物理参数来预测充分供水垂直线源灌的入渗量。     

粉粘土夹层对砂的减渗规律试验分析

对高渗透性砂内部的低渗透性粉牯土夹层的减渗作用进行了室内垂直一维人渗试验研究.通过分析累计人渗量I、累计人渗时间t、湿润锋推进距离z之间的关系,定性阐述了粗砂中的粉粘土夹层的减渗作用,其结果表明:粗砂中的粉粘土夹层使水的入渗率和湿润锋的推进速度明显减小,并且将均质中的非线性入渗过程变为夹层内的线性入渗过程,使夹层范围的人渗成为一个具有较小入渗率和较小湿润锋推进速度的稳渗阶段.     

基于土壤入渗模型的研究

土壤入渗过程是田间土壤水分循环的重要组成部分,是径流形成过程中最重要的一个环节。入渗模型研究在一定程度上反映了入渗规律,从土壤入渗入手,对土壤入渗模型进行了简单的研究,叙述了土壤入渗过程的影响因素、土壤入渗过程及目前的几种入渗模型,模型使用条件及其存在的问题做了简单的介绍,并提出了自己的一些看法。     

土壤空气压力影响下的非饱和入渗格林-安姆特模型

利用自制的入渗仪测定了土壤入渗过程中被禁锢的土壤空气压力大小及变化以研究禁锢土壤空气压力对非饱和土壤入渗水流的阻碍作用。通过自由入渗与恒定土壤空气压力入渗试验结果对比得出，研究入渗问题必须考虑禁锢土壤空气压力的影响作用。本文利用自由入渗试验、恒定土壤空气压力入渗试验和土壤水力性能试验结果，给出了禁锢土壤空气压力影响下的格林-安姆特模型。     

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。     

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%。     

边界透气性对降雨入渗的影响

基于水气二相流理论,采用有限单元法计算了不同透气边界条件下的降雨入渗过程,探讨了边界透气性对稳定入渗强度、孔隙气压分布和饱和度分布等的影响。边界透气条件是渗流计算中的一个重要控制条件,传统计算多为定性研究,通过量化透气条件,分析边界透气性对降雨入渗的影响。结果表明:稳定入渗强度与边界透气性密切相关,边界透气性越小,稳定入渗强度受透气性影响越敏感,其敏感性随边界透气性增大逐渐降低,边界透气性对稳定入渗强度的影响呈对数关系。此外,边界透气性越小,降雨入渗过程中孔隙气压力越大,湿润锋推移速度越慢。     

间歇入渗影响因素的大田试验研究

间歇灌是一种新的地面节水灌溉技术。本文以141组大田连续及间歇单点入渗试验资料为依据,针对陕西关中地区中壤质地土壤,分析了土壤初始含水量、土壤结构及灌水参数等因素对间歇入渗减渗效果的影响。结果表明,土壤初始含水量的大小主要影响入渗过程的初始阶段,对减渗效果影响甚微;随着表土容重增大,减渗率减小;灌水参数对减渗效果有不同程度的影响,其中循环率影响最大。     

沟灌二维入渗参数的影响因素与计算模型研究

为简化沟灌二维入渗参数的获取,本文以室内入渗试验为基础,分析了土壤容重、初始含水量、入渗水头这三个因素对二维和一维入渗参数参数比值的影响,初步建立了由一维垂直入渗参数推求二维入渗参数的多因子计算模型,并对模型分析简化,增加了模型的稳健性,通过大田试验对所建计算模型进行检验。结果表明文中所建二维入渗参数计算模型所求结果为整个灌水田块的均值,其与整个田块全部灌水沟由水流运动数据推求的入渗参数平均值误差不大,且入渗参数k、a增减相反,对累积入渗量的计算结果影响较小,说明本文所建模型对精度要求不高的沟灌灌水方案设计具有一定的指导意义。     

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.     

半干旱草原型流域土壤入渗过程及转换函数研究

为了进一步探究半干旱草原砂质草甸地土壤入渗过程与影响因素相互作用的关系,以内蒙古锡林河流域为研究区,在厚栗黄土、草甸沼泽土、草原风沙土、石灰性草甸土、淡黑土等5种土壤类型下设置38个土壤入渗试验点以及62个土壤生态调查点,测定了各点位土壤的粒径、容重、有机质、含水率、地下生物量等理化特征。使用Green-Ampt、Philip、Kostiacov、Horton、Mezencev及USDA-NRCS等6种入渗模型模拟入渗过程,结果显示Horton和USDA-NRCS模型模拟效果最好,Adj-R~2分别为0.975和0.911,并利用模拟效果最好的Horton模型计算稳定入渗率,对土壤入渗特性和入渗影响要素进行了主成分和相关性分析并建立土壤转换函数,在此基础上对整个研究区的土壤稳定入渗率进行了1 km×1 km精度的面尺度拓展。研究表明,半干旱草原型流域的土壤入渗主要受到土壤物理属性与外界环境两种要素的影响,使用相关性显著的影响要素建立的土壤转换函数可以较好地模拟半干旱草原型流域的土壤入渗特征值,在小流域尺度上使用土壤转换函数的预测效果相较入渗模型的面尺度拓展更加精细。     

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。     

降水补给地下水过程中包气带变化对入渗的影响

采用野外试验和室内试验方法，通过对不同降水量的入渗过程中岩土含水率和水势变化规律分析，发现入渗水流在包气带内下渗过程的岩土吸水、过水(即水分通量不变、且不等于零)和脱水的不同阶段，当岩土水势的梯度分别大于、等于和小于1cmH2O/cm(厘米水柱/厘米)时，岩土含水率分别表现为增加、稳定和减少。对包气带不同埋深的岩土含水率和水势变化特征分析表明，随着地下水位不断下降，包气带增厚对降水入渗补给地下水的影响程度和方式都发生改变。当包气带厚度小于潜水蒸发极限深度时，包气带的增厚使得岩土水分亏缺累积量增大，导致入渗速率和地下水获取的总入渗补给量减小；当包气带厚度大于潜水蒸发极限深度时，随着包气带厚度增大，入渗速率趋于稳定，无限时间内地下水获取的总入渗补给量不因包气带增厚而变化，但是有限时间内地下水获取的入渗补给量趋小。这是因为入渗途径的延长导致入渗所需时间增加，以至在有限时间内包气带内过剩的入渗水分尚未充分排出补给地下水。     

负压自动补给灌溉原理及可行性试验研究

本文提出了一种新型的负压节水灌溉技术，系统在水源高程低于灌水器高程(供水水头为负值)情况下，无需动力加压设备，自动补给实现灌溉作业。理论分析了负压灌溉的基本原理。试验研究了水源与灌水器间不同高程差(H)对灌水效果的影响，试验结果表明：累计入渗量、最大水平和垂直湿润距离随时间呈幂函数变化关系，随高程差呈指数变化关系，相关系数均非常高；湿润锋开始时运移较快，等时间线较稀疏，后来运移变慢，等时间线变密，湿润体近似为椭球体。理论上和试验均说明只要灌水器与水源的高差不超过一定范围，负压灌溉是可行的。     

竖向压力作用下重塑黄土土柱压缩湿陷及渗水试验研究

为了探讨竖向压力对兰州非饱和重塑黄土土柱压缩湿陷特性、入渗过程及土-水特征的影响,利用一维土柱渗透仪开展了不同竖向压力作用下非饱和重塑黄土土柱的常水头渗水试验,得到其压缩湿陷曲线,浸润峰、入渗量、体积含水量时程曲线与监测截面土-水特征曲线。研究结果表明:(1)土柱压缩性与湿陷性在试验压力下与常规试验皆有差异;尺寸效应不影响试验黄土结构强度,对其湿陷起始压力影响不大;(2)土柱增湿时浸润峰的前行速率随竖向压力的增大而逐渐减小;增湿过程中土柱在力与水作用下入渗能力变化导致入渗速率曲线有交叉现象,且竖向压力越大入渗速率变化范围越小;(3)竖向压力作用改变了渗水路径,从而影响了监测点体积含水率的变化;(4)竖向压力作用对土-水特征曲线的三个阶段均有影响,压力作用时土柱饱和度皆大于无压力作用,且随着压力增大饱和度逐步增大,当吸力趋于0时,土样未完全饱和。最后利用经典Van Genuchten模型对不同竖向压力下土-水特征曲线进行拟合,模型拟合效果较好。通过试验及分析,为兰州新区建设提供相关参考依据。