地下滴灌条件下湿润体特性的试验研究

滴头流量与灌水量影响土壤湿润体的大小形状等特性,从而影响作物的生长生产.通过室内试验,研究了地下滴灌条件下不同滴头流量不同灌水量对湿润体特性的影响.结果表明:湿润锋运移与滴头流量的时间变化呈正相关;灌水量为5L时湿润体的横向和纵向尺寸达到50 cm;湿润体含水率与滴头的距离具有良好的二次幂函数关系.这对于开展地下滴灌试验与设计具有一定的参考价值.     

大田滴灌条件下土壤水分运移规律的试验研究

研究了大田滴灌条件下,不同灌水量、不同滴头流量以及不同的土壤剖面容重条件下水分在土壤中的迁移规律。结果表明:在大田滴灌条件下,地表沿滴头土壤湿润锋基本呈圆形分布,在一定灌水量和滴灌流量条件下,土壤垂直湿润锋明显地大于水平湿润锋,且随着灌水量的增加呈线性关系;在同一灌水量下,随着滴头流量的增大,湿润体水平扩散半径(r)和竖直入渗深度(h)也相应变大;在不同灌水量下,湿润体水平和竖直湿润速度随着时间的增大都逐渐变小;随着剖面土壤容重的增加,水平湿润锋的迁移加快,水平湿润锋随时间的变化呈显著的幂函数关系;随着灌水量的增加,不同剖面容重下的土壤水平湿润锋速率的增加逐渐变小,而垂直湿润锋则呈变大的趋势。     

滴灌点源入渗湿润锋影响因子的研究

以试验为基础,针对重壤土、中壤土、砂壤土研究滴灌点源入渗的湿润锋运移规律,分析土壤种类、土壤容重、土壤初始含水率、滴头流量、灌水量等主要因子对湿润锋运动的影响。通过试验发现,除了土壤质地和灌水量对湿润体形状有明显影响外,土壤容重和初始含水率的变化也将造成湿润锋和滴灌效果的不同。另外,滴头流量对湿润锋水平运移影响很大。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．     

滴灌土壤湿润体含水率分布规律的试验研究

通过室内滴灌试验,研究了不同滴头流量对土壤湿润体变化过程的影响。试验所用的土壤为杨凌塿土,滴头流量分别为0.08、0.16、0.24、0.40、0.60、1.20、2.003、.60 L/h。结果表明,从0.08～0.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的线性关系,说明平均含水率是一定值;从1.2～3.6 L/h的滴头流量,其湿润体体积和灌水量之间存在显著的幂函数关系,说明平均含水率是逐渐增大的。     

盐碱地膜下滴灌水盐运移规律试验研究

通过室内模拟实验,进行灌水量恒为10 L,采用土壤初始含水率为7.6%、14.8%和21.3%及滴头流量为1 L/h、2 L/h和3 L/h,探求土壤初始含水率和滴头流量对盐碱土水盐运移的影响,结果表明:在相同灌水量及滴头流量下,随着土壤初始含水率的增大,滴头附近高含水率的区域增大,水分水平运移速率减小,垂向运移速率增大,利于水分的向下运移,在水平方向的脱盐区域减小,而在垂向的脱盐区域明显增大;在相同的土壤始含水率条件下,随着滴头流量的增大,水分水平运移距离增大,水平脱盐效果明显,而垂向脱盐区减小,小滴头流量利于土壤中盐分的向下运移,有助于压盐;以滴头为中心,湿润锋水平、垂向运移距离及两滴头湿润锋交汇宽度与时间t具有良好的幂函数关系。     

地下滴灌土壤水分运移分布规律试验研究

通过地下滴灌的室内试脸,研究了不同滴头流量对土壤湿润体特性的影响.试验采用杨凌粘壤土,滴头流量分别为0.3、0.5、0.7、0.8 L/h,埋深为25 cm.结果表明,湿润体为轮廓线近似于抛物线的不规则形体;湿润锋运移与时间的变化呈显著幂函数关系;滴头流童0.7 L/h为平均含水率由稳态到紊乱态的拐点,该点可以作为地下...     

不同灌水技术参数对农田水盐运移的影响

【目的】探索滴灌条件下农田高效洗盐适宜灌溉指标。【方法】通过人工控水试验重点研究了不同滴头流量(2.8和5.6L/h)和灌水定额(22.5、37.5和52.5mm)对盐碱地棉花根区盐分淋洗效果的影响。【结果】同一灌水定额条件下,湿润锋半径随着滴头流量的增加而增大;滴头流量增加,土壤水分分布呈宽浅型,表层土壤含水率逐渐升高。同一滴头流量条件下,湿润锋半径随着灌水定额的增加而增大;土壤含水率随着灌水定额的增加而增大。表层土壤盐分随着滴头流量和灌水定额的增大而减小,滴头流量为2.8 L/h时,水平脱盐半径30 cm,垂直脱盐深度60 cm;滴头流量为5.6 L/h时,水平脱盐半径40 cm,垂直脱盐深度40 cm。【结论】灌水定额52.5 mm时,脱盐效果最佳;随着作物的根部伸长,改变滴头流量,扎根40 cm以内用滴头流量5.6 L/h,扎根超过40 cm用滴头流量2.8L/h,可作为适宜的灌水技术参数。     

残膜土壤对点源入渗湿润体特性的影响

为探明含残膜污染土壤对点源入渗湿润体特性的影响,选取360 kg/hm~2残膜量,采用室内土箱模拟的方法,以不同土壤初始含水率、土壤容重和滴头流量等3个因素进行试验,研究相应土壤入渗湿润锋过程及不同滴头流量下横纵比特征。结果表明:在相同入渗时间内,湿润锋运移距离随土壤初始含水率和滴头流量的增大而增大;不同土壤容重下,水平运移距离随土壤容重的增大而增大,垂直运移距离随土壤容重的增大而减小。土壤入渗湿润体特征值与时间呈幂函数关系,并以此为基础分别建立了湿润锋水平和垂直向运移距离的预测模型。横纵比与流量呈负相关,随着灌水历时增加,横纵比逐渐减小,不同滴头流量下,横纵比与入渗时间也呈幂函数关系,决定系数R~2在0.98以上。     

滴灌双点源土壤水分入渗特性数值模拟研究

为了研究双点源滴灌条件下土壤水分运动规律,为滴灌多点源系统的合理设计提供理论依据,基于非饱和土壤水分入渗理论和双点源滴灌条件下土壤水分分布特征,建立了滴灌条件下双点源土壤水分入渗数值模型,利用流体建模有限元分析软件HYDRUS-3D对数值模型进行了运算.将湿润区内土壤含水率运算与实测结果进行对比可得:实测与模拟值一致性较好,均遵循滴灌点源入渗土壤水分运动和双点源交汇湿润体的演变规律.用所建模型对一定灌水技术要素下的土壤湿润体水分分布状况进行数值模拟,结果表明:当q=1.2 L/h,滴头间距为30 cm时,湿润锋交汇时间为268 min.灌水时间增加,交汇区土壤含水率增大,最大值为0.32 cm3/cm3.远离滴头的湿润区内土壤等值线图融合为一条曲线,随着时间的推移,曲线向下移动,形状从屋脊形过渡为水平.当灌水时间相同时,湿润锋运移速率、湿润体剖面面积、滴头附近高含水区土壤湿润体体积及湿润体内相同位置处土壤含水率均随流量增大而变大.结论滴头流量、灌水时间对双点源滴灌土壤水分入渗有一定影响,土壤水分入渗数值模拟能较准确反映双点源入渗条件下土壤水分运动规律.     

涌泉根灌土壤湿润体运移模型

为了探明涌泉根灌土壤入渗湿润体运移的变化规律,以黏壤土为例,在室内选取不同土壤容重、初始含水率、灌水器套筒透水部长度和埋深等4个因素进行试验,研究这些因素对涌泉根灌土壤入渗湿润锋随时间运移关系的影响．结果表明：土壤入渗湿润锋运移速率随土壤容重的增大而减小,随土壤初始含水率的增大而增大,随套筒透水部管长的增长而增大,但不同埋深对灌水器湿润锋的推进速度无显著影响,涌泉根灌土壤入渗湿润体随时间的运移符合幂指数关系,幂指数在水平和垂直向分别为032和02．以此为基础分别建立了湿润锋在水平和垂直向运移距离的预测模型,并建立了包括土壤容重、初始含水率和灌水器套筒透水部长度的综合预测模型．用建立的综合模型对涌泉根灌土壤入渗湿润锋运移距离进行预测,并对预测值与试验值进行了比较后得出,综合模型的预测精度较高．     

不同灌水量和灌水器埋深下单坑渗灌红壤水分入渗特性及其模拟

[目的]探究灌水量和灌水器埋深对单坑渗灌红壤水分入渗特性的影响.[方法]通过室内土箱试验模拟大田单坑渗灌过程,研究了单坑渗灌红壤在不同灌水量(1、2L和3L)和不同灌水器埋深(10、15cm和20cm)条件下湿润锋运移距离、累积入渗量和土壤含水率的分布规律,并采用交替方向隐式差分法对土壤水分空间分布进行了模拟.[结果]...     

Soil water dynamics model for trickle irrigated tomatoes

A soil water dynamics model for establishing the wetting pattern of point source trickle emitters under a tomato crop has been developed and verified. Infiltration from the point source trickle emitters in the presence of water extraction has been investigated by assuming a hemispherical shape of the wetted soil volume and analytic expressions have been derived for determining the position of wetting front. Water extraction by the plants has been estimated by using a macroscopic model of uptake utilizing root length. Daily values of water uptake have been used to update the volumetric moisture content in the root zone layers. The values of soil moisture content predicted by the model compared well with the field-observed values. The predicted values were used to predict the radius of the hemispherical wetted soil volume which forms a basis for deciding emitter spacing for various crops and operating conditions.     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤水分运移的影响

【目的】提高深埋地下滴灌在作物生长初期的水分供应能力,降低其深层渗漏风险。【方法】设置无阻水板、下衬7.8 cm阻水板及9.4 cm阻水板的点源地下滴灌土槽试验,测定下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤湿润锋运移和土壤水分分布的影响程度。【结果】下衬阻水板不影响地下滴灌土壤湿润锋形状,仍近似于扁椭圆形,但改变了地下滴灌土壤湿润模式;下衬阻水板对地下滴灌土壤水分水平方向运移距离影响不大,但明显增加了土壤水分垂直向上运移距离,减小了土壤水分垂直向下运移距离,使得地下滴灌土壤湿润体整体向上层迁移,阻水板越宽,土壤湿润体向上层迁移的越明显。下衬阻水板可以调整土壤湿润体内的土壤水分分布,随着下衬阻水板宽度的增大,浅层(0~10 cm土层)土壤含水率增大,而深层(50~60 cm土层)土壤含水率减小。【结论】下衬阻水板可以促进地下滴灌土壤湿润体及水分向上层土壤集中,有利于保障作物生长初期的水分供应。     

基于圆筒入渗仪的田间膜孔灌土壤入渗参数研究

了解膜孔灌形成的土壤湿润体尺寸对于设计经济高效的灌溉系统至关重要。采用HYDRUS-2D/3D数值模拟方法,研究土壤容重和膜孔直径对12种质地土壤入渗特性的影响。基于180组数值模拟结果,对湿润体运移模型的参数进行了优化。采用田间圆筒入渗仪试验和室内土箱试验(文献资料)对模型的可靠性进行评价。结果表明：湿润半径和湿润深度均随膜孔直径和灌溉时间的增大而增大,而随土壤容重的增大而减小;两者与稳渗率和灌溉时间呈幂函数关系,建立一种适用于不同土壤质地类型的湿润体运移模型;对于特定土壤质地,稳渗率与土壤容重和膜孔直径之间具有良好的幂函数关系,幂函数指数分别为-6.3和1.1,幂函数系数只需1组圆筒入渗仪田间试验即可推求。所建模型计算值与12组试验实测值一致性较好,均方根误差接近于0(介于0.020～0.170 cm之间),纳什效率系数趋近于1(介于0.995～0.999之间),实现了膜孔灌湿润体尺寸模型在田间的实际应用,试验设计简单,方便管理人员进行快速的现场评估。     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验

为了了解涌泉根灌这项微灌技术灌水后的水分运移情况,在野外黄土坡地利用剖面法对涌泉根灌在不同孔径、孔深条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明,在不同孔径、孔深处理下,湿润体水平扩散半径、向上入渗距离和向下入渗深度有不同的影响,且均与时间有显著的幂函数关系;涌泉根灌停止后24 h内的土壤湿润体水平及竖直方向扩散相对变化超过了47%,湿润体平均含水量相对降低了30%;24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小.涌泉根灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为涌泉根灌系统设计的依据;推荐涌泉根灌适宜的孔洞深度为30~40 cm,孔径为φ6 cm.研究结果可为涌泉根灌技术的实际应用提供理论参考.     

Soil-dependent wetting from trickle emitters: implications for system design and management

For trickle irrigation systems to deliver improved water- and nutrient-use efficiency, distance between emitters and emitter flow rates must be matched to the soil's wetting characteristics and the amount and timing of water to be supplied to the crop. Broad soil texture ranges (e.g. sand, loam, clay) are usually the only information related to soil wetting used in trickle system designs. In this study, dimensions of wetted soil were calculated from hydraulic properties of 29 soils covering a wide range of textures and soil hydraulic properties to assess the impact of soil texture and/or type on soil wetting patterns. The soils came from two groups that differed in the extent to which hydraulic properties depended on soil texture. Vertical and radial distances to the wetting front from both surface and buried emitters were calculated for conditions commonly associated with daily irrigation applications in a widely spaced row crop (sugarcane) and horticultural crops. In the first group of soils, which had least expression of field structure, the wetted volume became more spherical (i.e. the wetted radius increased relative to the depth of wetting below the emitter) with increasing clay content, as is commonly accepted. However, in the second group of soils in which field structure was preserved, there was no such relationship between wetted dimensions and texture. For example, five soils with the same texture had as great a variation in wetting pattern, as did all 11 soils in the first group, indicating the considerable impact of field structure on wetting patterns. The implications of the results for system design and management were illustrated by comparing current recommendations for trickle irrigation systems in coastal northeastern Australia with the calculated wetted dimensions. The results suggest that (1) emitter spacings recommended for sugarcane are generally too large to allow complete wetting between emitters, and (2) the depth of wetting may be greater than the active root zone for both sugarcane and small crops in many soils, resulting in losses of water and chemicals below the root zone. We conclude that texture is an unreliable predictor of wetting and there is no basis for adopting different dripper spacing in soils of different textures in the absence of site-specific information on soil wetting. Such information is crucial for the design of efficient trickle irrigation systems.Communicated by J. Annandale