微润灌多重变水头下土壤水分动态演变与数值模拟

为研究水头多重调控下微润管出流与土壤水分运移规律,进行了不同水头调控模式下微润灌入渗试验,设置调增(0→1 m(水头由0 m调节到1 m,以下类推)、0→2 m、1→2 m)和调减水头(1→0 m、2→0 m、2→1 m),研究微润管出流、湿润体及含水率变化规律;将微润管假定为多孔介质重黏土,利用HYDRUS 2D模型对水头多重调控下微润管出流和土壤水分运移进行了模拟,据此分析了多重变水头情景下微润灌土壤水分动态规律。结果表明,水头调节显著改变累积入渗量、入渗率与时间关系曲线,累积入渗量曲线呈折线型,曲线斜率随着调增或调减而有规律增减;水头调节导致入渗率发生骤增或骤降,稳定入渗率与水头存在线性正相关关系。调增水头时湿润锋内含水率骤升,正向反馈显著;水头调减后管周含水率微弱下降后逐渐回升。将微润管模拟为质地黏重的多孔介质,基于HYDRUS 2D模型较好地模拟了微润管出流及水分运移,优度较好(决定系数R2≥0.90,纳什效率系数(NSE)大于等于0.70,相对标准偏差(RSR)趋近于0)。构建了多重水头调控模式(0→1→2 m、0→2→1 m、1→0→2 m、1→2→0 m、2→0→1 m、2→1→0 m),分析了多情景下微润灌土壤水分动态规律,发现水头调增后入渗率随时间呈现“指数减小后稳定”规律,而调减后入渗率表现为“指数增加后稳定”;连续调增0→1→2 m方案下,最终累积入渗量最大;连续调减下(2→1→0 m)累积入渗量较调增方案降低3.7%,可通过调控水头控制湿润锋推移和湿润体内含水率分布,且微润管附近含水率对水头调控响应更为显著。研究可为微润灌动态水头调控提供科学依据,并与智慧灌溉相融合实时调控水头,适量地补给作物需水并维系根区适宜水分环境,实现精准灌溉。