微润灌溉变工作水头调控下土壤水分运移及湿润体胀缩机理研究

为研究动态工况条件下微润灌供水动态变化、土壤水分运移及含水率重分布特征、湿润锋膨缩特性等机理,以室内模拟试验实测含水率、湿润锋面积、微润管出流量数据为依据,探索恒定水头和变水头条件下微润灌土壤水分运动规律,并基于试验实测数据对恒定水头下微润灌湿润锋推移模型进行了修正,提出了基于通量平衡共轭的微润灌水头调增湿润峰运移距离预测模型。结果表明:①恒定水头条件下微润灌累积入渗量随着时间线性增长,入渗速率、累积入渗量与压力水头显著正相关。当调增-调减水头时微润灌入渗速率、累积入渗曲线增长趋势均有显著变化。水头从1 m调增到2 m时,相同时段内累积入渗量和入渗速率分别增加到调增水头前的1.63倍、1.51倍。水头从2 m调减到1 m时,相同时段内累积入渗量和入渗速率分别减少到调减水头前的33.7%、38.63%。调增-调减水头变量越大,该趋势愈发显著。随着时间推移累积入渗量增长趋势、入渗速率均趋于稳定。②当调增工作水头时湿润锋运移速率、湿润体平均含水率显著增大。调减工作水头时湿润锋运移速率显著变小,湿润体平均含水率缓慢增大,随着时间推移湿润锋运移速率、湿润体平均含水率均趋于稳定状态。水头从1 m调增到2 m时,调增水头后72 h内湿润锋面积增加到调增水头时刻湿润锋面积的2.92倍。水头从2 m调减到1 m时,调减水头后72 h内湿润锋面积增加到调减水头时刻湿润锋面积的1.57倍。③构建了微润灌水头调增湿润锋运移预测模型,采用模型评价优度指标分析可知,湿润锋运移距离实测值和模拟值吻合较好,MRE和NRMSE值均接近于0.022,NSE的值均大于0.890,证实了模型优度及较好适用性。研究结果证实了可通过即时调节微润灌溉工作水头,从而人为调控微润管出流、入渗特征及含水率分布的可行性。在实践应用方面,可基于变水头下微润灌湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系需水规律,拟定出不同设施作物适宜的微润灌技术参数范围和灌溉模式。