不同条件下Green-Ampt模型累积入渗量显函数的适用性

通过分析Green-Ampt模型和Philip模型计算累积入渗量的方程,利用两模型参数之间的转换关系,建立两个Green-Ampt模型累积入渗量的显函数,并对其适用性进行评价.不同土壤质地和田间试验条件下的入渗试验检验表明,显函数Ⅰ计算的累积入渗量的IRE和RMSE分别为0.01%、0.34%、0.33%、0.33%、1.98%和0.13、0.05、0.09、0.09、0.09,显函数Ⅱ计算的累积入渗量的IRE和RMSE分别为1.53%、0.40%、2.11%、0.67%、4.88%和0.15、0.05、0.11、0.09、0.16,显函数Ⅰ和显函数Ⅱ的计算误差都较小,显函数Ⅰ的计算精度相对更高;土壤质地不同时显函数Ⅰ和显函数Ⅱ的计算精度都有较大差别;田间试验条件下显函数Ⅰ和显函数Ⅱ的计算精度都有所降低.此外建立的显函数结构较为简单,具有一定的物理基础,可利用建立的显函数解决入渗问题.

一种沟灌累积入渗量简化计算方法

为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ的影响,并建立了系数γ与主要影响因素间的函数关系式,提出了沟灌累积入渗量简化计算方法。结果表明,土壤初始含水率、沟底宽和边坡系数对沟灌边界效应的影响较小,而入渗水深、土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著;拟合系数γ主要与入渗水深的变化有关,随入渗水深的增大呈现减小趋势,但对初始含水率、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素变化的敏感性较低,可忽略其影响;建立了估算拟合系数γ的计算式,结合已有文献资料对其可靠性进行了验证,结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内,其沟灌累积入渗量计算值与实测值和HYDRUS软件模拟值具有高的一致性,说明文中所建公式估算拟合系数γ值可靠。研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提供理论依据和技术支撑。

基于低频探地雷达的土壤累积入渗量的探测方法研究

农田尺度上土壤累积入渗量的准确获取是目前土壤入渗研究中的难题。通过土工模拟和灌水实验,探讨利用低频探地雷达(GPR)技术探测土壤累积入渗量的方法。在分析灌水前后GPR剖面特征的基础上,分别构建和对比了基于波速法和振幅法的土壤累积入渗量计算模型。结果表明,基于振幅的探测模型在精度和稳定性方面均优于波速法,反射波振幅模型精度高于地面波模型,利用反射波波谷1构建的累积入渗量的GPR探测模型的决定系数达到0.96。因此,使用低频探地雷达可以实现对土壤累积入渗量的准确探测。研究结果为农田尺度上土壤累积入渗量的探测方法提供了一种新思路,同时,也为GPR在土壤学领域中的进一步应用提供了科学依据。

残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响

随着地膜使用量和年限的不断增加,残膜在农田土壤中不断累积并趋于破碎化,影响土壤水分的入渗过程。本研究采用室内土壤水分一维垂直入渗试验,通过设置5个残膜面积水平(0.25、0.5、1、2、8 cm^(2))和5个残膜密度水平(0、60、180、300、420 kg·hm^(-2))共21组试验处理,分析了不同残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响。结果表明:在容重1.53 g·cm^(-3)的黏壤土中掺入一定量的残膜,加快了土壤水分入渗速率,增加了累积入渗水量;不同残膜面积处理的总入渗水量总是在单片残膜面积为1 cm^(2)时出现突变或转折;残膜面积和残膜密度较大和较小时都会对累积入渗量产生显著影响,且以0.5 cm^(2)残膜面积与200 kg·hm^(-2)残膜密度组合处理为明显分界,单片残膜面积为0.25 cm^(2)时,累积入渗量最大;土壤中均匀混入单片面积≤0.25 cm^(2)的残膜后,土壤水分累积入渗量曲线的斜率变化显著不同于其他残膜处理,形成了“新构”土壤,具有独特的水分入渗特征。

红壤水分入渗率和累积入渗量的确定

本文根据土壤水分累积入渗量(I)和入渗率(f)的定义,推导出I和f随土壤湿润范围变化的方程.该方程可用于确定土壤达到某一入渗范围所需的灌水量或据一定灌水量来预测土壤湿润范围.供试红壤的土柱实验结果表明,按方程所得的计算值与实际观察值是相符的.红壤孔隙度和初始含水量对水分累积入渗量和入渗率影响都较大;而红壤质地对I值的影响不明显,对f值的影响却较大.

气相阻力与土壤容重对一维垂直入渗影响的定量分析

分析了土壤容重和气阻对一维垂直积水入渗的入渗率、累积入渗量以及湿润锋的影响,并对入渗过程中土壤平均含水率增量进行了研究。容重和气阻均对入渗率、累积入渗量和湿润锋有明显的影响:容重增加导致累积入渗量减少的减渗率在入渗过程中为一常数,相对于容重为1.3g/cm3土壤的累积入渗量,容重为1.4g/cm3和1.5g/cm3土壤的减渗率分别为31.79%和52.03%。容重增加导致湿润锋减少的减渗率在入渗过程中并非一常数,受到了入渗时间的影响;气阻导致累积入渗量和湿润锋减少的减渗率随基准入渗量的增加而变大,受到了入渗时间的影响。对应于1.3,1.4,1.5g/cm3等3个容重土壤的积水入渗,入渗过程中土壤剖面平均含水率增量Δθ分别为0.377,0.3411,0.3137。

微咸水不同入渗水量土壤水盐运移特征研究

通过室内微咸水积水入渗土壤水盐运移模拟试验,分析了不同灌水量下湿润锋、土壤含水量、土壤含盐量、盐分浓度及Na+、Cl-浓度等的变化特征。研究结果表明,入渗水量与湿润锋呈线性关系,脱盐深度与湿润深度的比值近似为0.342。此外研究结果也显示上层土壤盐分浓度与入渗水矿化度密切相关,因此灌水量大小不仅影响湿润范围,而且直接决定上层土壤盐分含量。

土壤有机质含量对土壤入渗能力及参数影响的试验研究

基于土壤质地为壤土的大田水分入渗试验,分析了有机质含量对大田土壤水分入渗能力和考斯加科夫入渗模型参数的影响。研究表明:土壤有机质对大田土壤入渗能力和入渗模型参数的影响都比较明显,土壤累积入渗量随着土壤有机质含量的增加而增大;入渗模型参数k和α值随土壤有机质含量的增加而减小。研究结果对于土壤入渗能力预测模型的建立和地面灌水技术参数的优化具有一定价值。

产流积水法测量坡地降雨入渗动态过程及其精度估计

坡地土壤的降雨入渗性能对于水文过程、土壤侵蚀、水资源相关方面的研究和实践非常重要。产流积水法采用由实验得到的数据,分析了不同坡位土壤入渗率及累积入渗量随降雨时间的变化过程。结果表明不同坡位入渗过程曲线反映了坡面径流到达前后,实际入渗率从降雨强度控制阶段跃升到入渗性能控制阶段,并最终趋于稳定入渗率的全过程。入渗区不同坡位的累积入渗量从坡顶至坡底逐渐减少,而且径流在坡面上推进速度越快不同坡位上的累积入渗量差值越小。通过理论分析,确定了观测径流推进距离误差所引起的测量结果的误差。用水量平衡原理对产流积水法实验结果进行精度估计,并提出了由实测入渗率求入渗水量的解析方法,并将此与实际降雨量进行比较,间接地估计了测量结果的精度。结果表明,产流积水法测量坡地降雨/径流入渗性能具有很高的精度。

辽西低山丘陵区坡地砾石含量及粒径对土壤入渗性能的影响

基于室内土柱模拟试验对比分析辽西低山丘陵区坡地不同粒径及砾石含量的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了含砾石土壤对传统土壤入渗模型的适用性。结果表明:粒径一定时,随砾石含量的增加土壤累积入渗量减少,随累积入渗量的增加土柱湿润锋变化速率由小变大;砾石含量小于20%时,湿润锋前进到一定深度下,土壤累积入渗量随粒径的增加而增大;当砾石含量增大到一定值时,砾石含量相同直径不同的土壤累积入渗量与湿润锋随时间的变化基本无差异。累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系。利用Green-Ampt模型、通用模型、Horton模型和Kostiakov模型对入渗率与入渗历时的关系进行拟合,其中砾石含量为5%时,Horton模型拟合效果最好,砾石含量为10%~30%时通用模型适用性更强,Horton模型拟合效果最差,其他模型拟合效果因砾石含量及粒径等因素的不同而异。

不同碎石含量及直径对土壤水分入渗过程的影响

由于成土原因或人类活动，一些土壤中含有不同含量及大小的碎石。碎石的存在改变了土壤的某些物理特性，入渗过程也因此受到影响。本研究采用定水头入渗试验装置，对7种不同碎石含量（0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％）及4种不同碎石直径（0．2～0．5cm，0．5～1．0cm，1．0～3．0cm，3．0～4．0cm）的土壤水分入渗过程进行室内研究，旨在分析碎石含量及直径对土壤入渗过程的影响及其原因，为土石混合介质的研究提供一些理论基础。

土壤有机质含量对土壤入渗能力影响的试验研究

基于大田土壤水分入渗试验,分析了相同土壤质地(壤土)条件下,有机质含量对大田土壤水分入渗能力的影响;研究了在土壤有机质含量水平相近条件下,土壤水分入渗能力对土壤结构、土壤质地的反应。研究表明:土壤有机质对大田土壤入渗能力的影响十分明显;土壤累积入渗量随着土壤有机质含量的增加而增加;在土壤有机质含量水平相近条件下,土壤入渗能力随土壤密实程度的增大而减小,土壤质地由重到轻,土壤入渗能力增加。研究结果对于指导大田地面灌溉具有重要意义。

土壤含水量对土壤入渗能力的影响

基于大田多种不同土壤含水量条件下的土壤水分入渗试验,分析讨论了土壤含水量对大田土壤水分入渗能力、入渗率和Kostiakov(两参数)模型(h=Ktα)的两个入渗参数的影响。试验结果表明:土壤含水量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;两个入渗参数随土壤含水量变化趋势明显,较好符合对数关系。研究结果对于大田灌溉、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。

土壤含水量对浑水入渗能力的影响

土壤含水量对浑水入渗能力产生明显影响,土壤含水量由小变大,浑水入渗能力减小;3个入渗参数随土壤含水量的增大而减小。研究结果对于指导浑水入渗及引洪补源具有重要意义。

带状砂沟模式下土壤入渗过程模拟研究

[目的]探究土壤质地类型和砂沟结构参数对土壤入渗过程的影响,为砂沟集雨工程设计、运行和管理提供科学依据。[方法]基于HYDRUS-2D/3D软件,建立带状砂沟模式下土壤水分运动数学模型,利用室内试验验证模拟带状砂沟模式下土壤入渗过程的可靠性。在此基础上,模拟分析不同影响因素下带状砂沟模式下土壤累积入渗量和湿润锋运移变化过程。[结果]模拟结果与实测数据无显著性差异且一致性良好,表明所建模型及其求解方法能够有效获取带状砂沟模式下不同时刻土壤累积入渗量和湿润锋运移距离数值;均质土壤填充带状砂沟存在明显的增渗效应。原土质地、砂沟距、砂沟宽和砂沟深均对增渗率有较大影响,增渗率随原土饱和导水率和砂沟距的增大而减小,随砂沟宽和砂沟深的增大而增大;土壤湿润锋轮廓呈下低上高的U形,随时间的延长,U形侧边湿润锋逐渐靠近砂沟交汇面,顶部平台逐渐消失;原土质地对湿润锋运移距离影响较大,湿润体随原土饱和导水率的增大而增大;砂沟深对湿润锋的形态和分布影响较大,随砂沟深度的增大,U字体型垂向拉伸,左侧湿润深度显著增大,右侧湿润深度变化微弱;砂土质地、砂沟距和砂沟宽对湿润锋运移距离影响较小。[结论]带状砂沟土体构型能够显著提高土壤入渗能力,土壤质地类型和砂沟结构参数对土壤累积入渗量和湿润锋运移距离均有不同程度影响。

红黏土降雨入渗的定量分析

采用土柱进行室内降雨入渗试验,对6组实验数据进行定量回归分析。结果表明,Koctakob公式更适合于贵阳红黏土入渗率;湿润锋随时间而向下推进的规律呈对数关系,且湿润锋的下移呈快-慢-快;湿润锋下移距离与累积入渗量呈良好的线性关系,一定时间内,累积入渗量随压实度的增大而减小。

宽垄沟灌土壤水分累积入渗特性模拟研究

【目的】探究宽垄沟灌土壤初始含水率和压力水头对累积入渗量的影响。【方法】利用Hydrus-2D模拟均质土在5种不同初始含水率(8%、10%、12%、16%和20%)和压力水头(3、6、9、12 cm和15 cm)条件下的宽垄沟灌过程,分析初始含水率和压力水头对土壤累积入渗量的影响;在电容充电模型基础上建立宽垄沟灌累积入渗量与入渗时间的经验模型并进行验证试验。【结果】宽垄沟灌土壤累积入渗量随着压力水头的增大而增大,随土壤初始含水率的增大而呈减小的趋势。经验模型模拟值较为接近验证试验实测值,R=0.986模拟效果较好。【结论】增大压力水头或减小土壤初始含水率有利于宽垄沟灌累积入渗量的增加,且对非线性入渗阶段影响较为明显;所建立的宽垄沟灌累积入渗模型具有较高的准确性。

宽垄沟灌土壤水分累积入渗特性试验研究及模拟

为了探究宽垄沟灌土壤水分累积入渗变化特性,在大田试验的基础上,利用HYDRUS-2D软件模拟并结合理论分析和数值模拟的方法,重点研究了单宽入沟流量为0.5 L/(s·m),灌水15 min后,宽垄沟灌不同沟宽(40,50,60 cm)与沟深(20,25,30 cm)对宽垄沟灌土壤累积入渗量随时间变化的影响.结果表明:沟深一定时,沟宽60和50 cm时累积入渗量较沟宽40 cm时分别增加了21.88%和7.88%,即沟宽越大,累积入渗量越大;沟宽一定时,沟深30和25 cm时累积入渗量较沟深20 cm时分别减少了3.80%和2.05%,即沟深越大,累积入渗量越小.在电容充电模型基础上建立了宽垄沟灌不同沟宽与沟深条件下的累积入渗量计算模型,累积入渗量与时间呈指数函数关系,并利用试验数据对计算模型进行了验证,模型的计算精度较高.研究结果可为改进宽垄沟灌灌水技术提供参考.

含钠盐量变化对土壤水分入渗特性影响的试验研究

【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。

生物炭添加量对红壤水分运移的影响

为探究不同的生物炭添加量对红壤水分运动规律的影响,设置5组生物炭混掺量1%(T1)、2%(T2)、3%(T3)、4%(T4)和5%(T5),并以不掺生物炭为对照组(CK),通过室内土柱模拟试验分析不同处理对湿润峰(Z_(f))、累积入渗量(I)和土壤含水量的影响,通过入渗模型对入渗过程的拟合,来评价模型的模拟性能。研究表明:湿润锋运移距离随着生物炭含量的增加呈现出先减小后趋于稳定再减小的趋势,湿润锋运移距离最大的为T1(44.2 cm),最小的为T5(18.1 cm),当生物炭添加量为T3和T4时,相比CK组分别减少了23.3%和26.3%;累积入渗量也呈现出先减小后趋于稳定再减小的趋势,入渗量最大的为CK(84.3 cm),最小的为T5(26.0 cm),生物炭添加量为T3和T4时,累积入渗量分别为30.4和30.1cm;CK组土壤含水量较处理组低,可见生物炭可以提高土壤保水性能;通过比较模型参数RRMSE和R 2,发现Kostiakov模型拟合效果最优。研究结果可对丘陵红壤的土壤水分管理提供参考。