初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.     

不同质地斥水土壤的入渗模型

为了对斥水土壤的入渗特性及形成机理作进一步研究,分别对4种不同质地的斥水土壤进行了一维土柱垂直积水入渗试验.作图分析了斥水土壤入渗过程中累积入渗量、入渗率、湿润锋的变化情况及入渗结束后剖面含水率的分布,并采用4种入渗模型对入渗率随时间变化情况作了对比;对累积入渗量与湿润深度之间的关系采用线性关系进行了描述.结果表明:与亲水土壤相比,4种斥水土壤在入渗过程中自某一时刻会出现入渗特性的改变:I-t,zf-t及z_f-I曲线均会自某点起发生转折,以此转折点可以将整个入渗过程分为转折前和转折后进行分析.Kostiakov公式可以较好地描述亲水土壤在整个入渗过程中及斥水土壤入渗转折前的i-t关系;不同质地的斥水土壤在入渗转折后入渗率变化情况差异较大;斥水土壤湿润锋与累积入渗量之间的关系可以在转折前后采用两段线性公式进行较好地描述;发现了斥水土壤剖面较上层土壤含水率大于亲水土壤的现象.     

酒精溶液对斥水土壤入渗规律的试验研究

采用室内土柱积液入渗试验,进行了不同斥水程度的2种土质的酒精溶液和蒸馏水的对比入渗试验研究,对比了不同斥水程度的土壤累积入渗量和入渗率随时间的变化,验证了Kostiakov公式在斥水土壤酒精溶液入渗的适应性,探索了i与t-1/2的拟合关系,以及全盐量和氯离子的剖面分布。结果表明,酒精入渗条件下,斥水性的存在明显影响土壤的入渗性能,而不同程度斥水性的斥水土壤的入渗能力变化不明显,但明显小于亲水土壤;湿润土层内的全盐量和Cl-的淋洗在不斥水条件下效果不明显,而在斥水土壤中较为明显,且在湿润锋处达到最大值;对土壤入渗率与入渗历时的关系,Kostiakov公式的适应性较好;i与t-1/2呈良好的指数关系。斥水性的存在影响酒精溶液入渗,但不同斥水程度的斥水土壤入渗不受酒精溶液的影响。与蒸馏水入渗相比,酒精溶液入渗极大地加速了土壤的入渗过程。     

滴灌两点源交汇入渗的斥水土壤水分运动规律

基于室内滴灌两点源交汇的水分入渗试验,对比研究了滴头间距为30 cm、滴头流量为041 mL／min条件下,斥水和亲水土壤的湿润锋变化和含水率分布规律．试验结果表明:在湿润体交汇前和交汇后,亲水土壤湿润锋都较光滑,形状呈1／4椭圆形,水平湿润锋比垂直的长,亲水性塿土和盐碱土交汇时间分别为1 270和2 79 min．斥水土壤的湿润锋明显不如亲水土壤光滑,部分位置出现优先流,斥水塿土和盐碱土交汇时间分别为40和210 min．不同条件下湿润锋的定量关系可采用对数和幂函数,拟合的决定系数均达到0.86以上．入渗的交汇面上,水平和垂向湿润锋与时间关系均可用对数关系描述,拟合的决定系数均达到098以上．塿土滴头下方垂向剖面上的土壤水分分布最均匀,湿润面近似圆形;塿土交汇面的次之,但仍比盐碱土的含水率等值线图规则．2种斥水土壤在不同深度上的水分分布都有很大的随机性和空间不均匀性．总体上,亲水性塿土的水分运动比亲水性盐碱土更具规律性,斥水土壤水分运动由于出现非稳定流,因此比亲水土壤的更不规律．相关成果可为在斥水土壤中应用节水灌溉技术提供技术参考．     

三峡库区紫色土土壤水分入渗特性研究

利用室内环刀法对三峡库区紫色土土壤水分入渗特性进行了研究。结果表明,不同土地利用类型土壤稳定入渗率位于为0.0075~1.73 mm/min之间,大小依次为竹林地>榨菜地>柑桔地>荒草地;Horton入渗方程在紫色土不同土地利用类型上拟合的结果在α=0.01上达到了显著水平,可以作为表达三峡库区紫色土土壤水分入渗过程的模型。土壤稳定入渗率与土壤理化性质间存在一定相关关系,其中土壤稳定入渗率与砂粒含量之间呈幂函数关系,与容重呈指数函数关系,与非毛管孔隙度呈幂函数关系,与大于0.25 mm的水稳性团聚体含量之间呈指数函数关系。多元对数线性回归模型可作为紫色土土壤水分入渗特性参数预报模型。     

不同硝酸钾溶液浓度对垂直一维入渗特性影响研究

通过室内不同浓度溶液的垂直一维入渗试验,分析了不同浓度碳酸钾溶液影响下的湿润锋和累积入渗量的变化规律以及土壤含水量和硝态氮浓度的分布规律,由不同浓度溶液累积入渗量,依据GREEN-AMPT入渗模型,反推出湿润锋面平均吸力和饱和导水率,结果表明增大溶液浓度提高了垂直一维入渗的饱和导水率,但减小了湿润锋面的平均吸力,溶液浓度通过影响湿润体的饱和导水率和湿润锋面的平均吸力来影响入渗量,二者的综合作用是增大了入渗量。     

层状红壤水分入渗特征试验与模拟

认识土壤结构对土壤水分运移影响是提高土壤水分利用效率和控制面源污染的重要基础.以容重为1.35和1.55 g/cm³的均质土及其组成的上松下紧层状土壤结构为对象,采用室内土柱恒定水头水分入渗试验和模型模拟相结合的方法,分析不同土层结构的水分入渗过程及水分再分布特征.结果表明,上松下紧的层状土壤积水入渗速率过程可明显分为上层入渗阶段和下层入渗阶段; 与均质土相比,层状土轻微降低了上层的入渗速率和提高了下层初始速率,但对下层的稳定入渗率影响不大.层状土壤可显著提高上层土壤含水量,且水分再分配过程在界面处发生了突变.采用HYDRUS-1D模型模拟层状土壤入渗水分再分布,直接组合均质的土壤水力参数模拟效果较差,需要对进气吸力进行参数优化.研究成果可为红壤地区土壤水分管理和污染防治提供理论支撑.     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

滴灌条件下砂壤土水分运动规律研究

采用多通道土壤水分自动测定系统,对风干砂壤土在滴灌条件下的水分入渗和水分再分布过程进行了模拟测定试验。根据测定结果,分析了在滴灌条件下湿润峰的运移速率、特征点的土壤含水率变化过程、湿润体内土壤水分的分布以及停止灌水后湿润体内水分的再分布等土壤水分运动特征。揭示了在点源供水条件下,湿润体内土壤含水率的分布从中心向外逐渐减小,含水率剖面具有三角形形状特征。供水停止后土壤水分再分布过程中,土壤湿润峰面不断向外部推移,湿润层土壤含水量开始有所增加,后期湿润体内的土壤含水量普遍降低,高含水区逐渐下移,最后达到相对稳定。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.     

初始含水率对涌泉根灌土壤渗透特征的影响

为探索初始土壤含水率对涌泉根灌过程中湿润锋运移和土壤水分分布的影响,合理确定灌水技术参数,配置了5种不同初始土壤含水率,采用室内土箱模拟试验方法,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌均质土壤水分扩散的影响.结果表明：涌泉根灌条件下,初始含水率对湿润体形状的影响不大,对其大小有明显影响;土壤表面湿润时间与初始含水率呈递减关系,土壤表面湿润半径、湿润体水平与垂直距离的增长速度均随着土壤初始含水率的增大而增大;土壤初始含水率越大湿润体内水分分布越均匀;试验拟合的根据土壤初始含水率计算地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,计算值和实测值之间误差较小,整体误差分别为0.63%,0.4%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%,可用经验公式推算涌泉根灌土壤水分渗透参数,作为涌泉根灌系统设计依据.     

灌溉水质和灌水方式对红壤斥水性及其理化性质的影响

以蒸馏水为对照,选取再生水和稀释2,4,6倍再生水等4种低质水,采用连续灌溉和再生水-蒸馏水交替灌溉等2种灌溉方式对红壤进行1年的处理,以此探明灌溉水质和灌水方式对酸性土壤斥水性、pH、盐分及有机质质量比的影响.结果表明:2种灌溉方式下红壤均产生亚临界斥水性,连续灌溉下红壤接触角比交替灌溉平均增加了23.1°;2种灌溉方式均使红壤酸性增强,盐分和有机质质量比增加,其中连续灌溉下的增长率大于交替灌溉下增长率;连续灌溉下红壤斥水性、pH、盐分和有机质质量比随灌溉水质的变化均可用二次函数来描述,决定系数均在0.9以上;交替灌溉下,红壤斥水性和盐分与灌溉水质的关系可用二次函数来表示,决定系数均在0.9以上,而土壤pH和有机质质量比与灌溉水质相关性不明显;2种灌溉方式下,红壤斥水性与pH呈负相关,与盐分质量比呈正相关,与土壤有机质质量比在连续灌溉下表现为正相关,而交替灌溉下则相反.采用再生水-蒸馏水交替灌溉方式能抑制土壤斥水性的产生.     

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...     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

翻耕法对土壤斥水性改良效果

为了消除土壤斥水性对农业生产的不利影响,对以色列具有强斥水性的2种土壤（黏性土、砂质土）、4种不同深度的翻耕处理（0～2.5,0～10,0～20,0～30 cm）和种植与否（种植、不种植）共进行16个处理,研究翻耕法对土壤斥水性的改良效果.对于种植的处理,每隔4个月重新进行翻耕处理一次,对于不种植的处理,在试验过程中不再进行翻耕处理,以1年时间为试验期,在每个阶段开始和结束时测定土壤斥水持续时间,最后对各试验在不同阶段土壤斥水持续时间进行比较分析.结果表明：对斥水性土壤进行翻耕处理的物理方法可以暂时消除土壤的斥水性,但斥水性又会在灌溉一段时间后重新出现,经过多次翻耕可有效地消除土壤的斥水性,消除效果随翻耕次数、时长和翻耕深度呈显著的正相关关系.翻耕法对黏性土壤的改良效果明显好于砂质土壤.研究结果可为物理方法进行土壤改良提供理论依据.     

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

不同种植年限压砂地土壤水分入渗过程及模型分析

为探究不同种植年限对土壤水分入渗的影响,利用室内垂直一维土柱入渗试验分析了不同种植年限(2,5,10,20,30,40 a)压砂地土壤水分入渗速率、累积入渗量和湿润锋运移规律,借助4种入渗模型对土壤水分入渗过程进行拟合并评价其适用性,通过一维代数模型及相关参数预测土壤剖面含水率分布特征.结果表明：随种植年限增加,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均减小,入渗时间为300 min时,5,10,20,30,40 a的累积入渗量相较于2 a分别减少了27.01%,43.32%,53.22%,54.79%和54.68%,湿润锋运移距离减小了24.84%,38.38%,48.56%,52.67%和54.00%.4种入渗模型的R²从大到小依次为Horton模型、通用经验模型、Kostiakov模型、Philip模型.入渗完成后同一深度土壤剖面含水率呈现出随种植年限增大而减小的趋势,一维代数模型拟合的不同种植年限土壤剖面含水率值与实测值间的MAE均为0.48%～2.09%,RMSE为0.52%～2.13%,D均大于0.782,t检验P值均大于0.05,说明其可以较好地拟合...     

深松耕作对土壤物理性状和入渗性能的影响

为探讨深松耕作对华北平原地区土壤物理性状和水分入渗性能的影响,采用双环(APM)、入渗仪等试验材料,研究了深松(40 cm)+旋耕(PS)和仅旋耕(CK)2种耕作方式对冬小麦全生育期土壤物理性状及入渗特性的影响.结果表明:冬小麦全生育期,PS处理(0,40]cm土层土壤容重、紧实度较CK分别降低6.58%,31.29%,土壤含水率较CK增加12.11%;PS处理20,40 cm深度土壤饱和导水率较CK分别显著提高116.65%,83.69%,60 cm深度土壤饱和导水率较CK提高8.25%;PS处理土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量畦灌前较CK分别提高21.52%,31.75%和11.56%,畦灌后较CK分别提高61.54%,68.42%和12.63%,差异具有统计学意义;采用4种入渗模型对入渗试验进行了比较,其中,Kositiakov入渗模型能够较好地对各处理进行拟合,决定系数R 2在0.92~0.96,得到了不同处理畦灌前后的入渗系数a和入渗指数b.研究结果可为不同耕作方式模拟畦灌过程、确定畦灌最优灌水技术参数提供参考依据.