不同入渗水头条件下壤砂土的一维垂直入渗特性

通过室内垂直入渗试验,分析了入渗水头对新疆喀什市塔什库尔干县壤砂土一维垂直水分入渗特性的影响。结果表明:累计入渗量与时间的关系符合Kostiakov-Lewis模型和Philip模型,其模型参数A值和吸渗率S随入渗水头的增大而增大,呈良好的线性关系,入渗系数与入渗指数随入渗水头增加呈相反的变化趋势;湿润锋推进距离与时间呈幂函数关系,参数m值随着入渗水头增加而增大,参数n在数值上等于第10个单位时间末和第1个单位时间末湿润锋推进距离比值的常用对数;累计入渗量与湿润锋呈线性关系,其斜率等于湿润区平均含水率与初始含水率之差,且随入渗水头的增大而增大。

保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响

通过室内混施保水剂水分入渗试验,研究了保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响。结果表明,混施保水剂不同程度上减小了土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施厚度越大,对入渗率的抑制程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。随着入渗时间的延长,土壤水分入渗率逐渐减小,累积入渗量和湿润锋运移距离却逐渐增大。保水剂混施厚度较大,接近表层土壤时,会使表层土壤含水率急剧增加,容易在表层形成滞水,不利于雨水利用和水土保持。同时,由于较大的阻渗作用,使得根系附近土壤含水率较低,不利于根系吸水。

保水剂混施用量对沙质土壤水分垂直入渗特性的影响

为了探明保水剂在不同混施用量下对沙质土壤水分入渗性能及变化过程的影响,通过室内积水入渗试验,比较分析了保水剂作用下土壤水分的入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明:混施保水剂不同程度上减小了沙质土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施用量越多,入渗率的降低程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。试验中,保水剂混施用量为0.75%和1.00%时,表层土壤含水率急剧增加;同时,由于保水剂较大的阻止入渗作用,使得8-14cm土层土壤含水率较低。混施用量0.5%时,8-14cm土层具有较高的土壤含水率。

聚丙烯酰胺对盐渍化土壤水分垂直入渗特性的影响

为了探明聚丙烯酰胺(PAM)对盐渍化土壤水分入渗性能及变化过程的影响,通过室内模拟入渗试验,比较分析了不同盐分含量、不同PAM掺量处理的盐渍化土壤水分的入渗速率、累计入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明:(1)经PAM处理的盐渍化土壤入渗速率随PAM浓度的增大而显著减小;(2)对于重度盐渍化土壤,PAM掺量的多少对累计入渗量的影响不显著,而非盐渍化土壤、轻度盐渍化及中度盐渍化土壤均随着PAM浓度的增大而显著减小;(3)对于盐分含量不同的土壤,在同一PAM处理水平下,入渗速率、累计入渗量及湿润锋总体呈现随着盐分增加而减小的趋势;(4)土壤含水率随着PAM掺量及盐分含量的增加而增加的趋势,而对于重度盐渍化土壤PAM施用量之间的差异同样不显著。

PAM与SAP交并施用对一维水分垂直入渗特性的影响

PAM(聚丙烯酰胺)和SAP(高吸水性高分子)分别作为具有显著固土截流和土壤水分保蓄能力的两类土壤化学调控材料,对于水土流失防治、生态环境保护、农业水分高效利用、作物增产等意义重大。目前PAM和SAP的研究按各自作用特点和一定应用条件集中在单一材料上,而针对PAM和SAP在旱区坡耕地交并施用的研究未见报道。通过室内一维垂直积水入渗法试验,分析PAM和SAP并施对坡地土壤水分垂直入渗特性的影响。结果表明:在同一SAP处理水平下,随着PAM施用量的增加,土壤入渗率、饱和导水率、累积入渗量均减小;在同一PAM处理水平下,土壤入渗率、饱和导水率、累积入渗量均呈现随SAP施用量增加而减小的趋势。所以,PAM和SAP处理均降低了土壤的入渗能力;但相对于SAP,PAM对一维水分垂直入渗的抑制作用显著。

土壤一维垂直入渗控制界面的试验研究

基于不同土壤结构条件下的大田土壤水分入渗试验,通过分析对比结构良好表层土壤（容重在1.2~1.4 g/cm3之间）与特别疏松的表层土壤（容重在1.0~1.2 g/cm3之间）入渗率过程的特性和差异,揭示了土壤稳定入渗控制界面下移的现象。在对土壤的干容重与稳定入渗率之间的关系进行分析的基础上,确定了不同表层土壤结构条件下的入渗控制界面的位置。研究结果表明,结构良好的土壤的入渗控制界面在表层,特别疏松的土壤的入渗控制界面则在犁底层;入渗控制界面在表层的入渗属于无压入渗,入渗控制界面在犁底层的入渗属于非饱和土壤的有压入渗。

土壤容重对红壤水分垂直入渗特性的影响

为分析红壤地区土壤容重对水分入渗的影响并将其应用于指导灌溉生产,以江西红壤土为研究对象,采用垂直一维入渗方式模拟土壤容重对红壤中水分垂直运动规律影响.结果表明:在同一时刻湿润锋、累积入渗量、入渗率均随土壤容重的增大而减小,时间对湿润锋运移及累积入渗量影响程度相比于土壤容重较高,湿润锋与累积入渗量呈线性关系;入渗初期土壤容重对入渗率影响程度较高,随着入渗的进行其影响程度逐渐减小;饱和导水率与土壤容重呈负幂函数关系,Green-Ampt模型与Philip模型中饱和导水率模拟值在土壤容重大于1.30 g/cm3时相对误差小于9.62%,计算精度较高;再分布过程中,土壤容重越大,同一土层高度上土壤含水量越小,0~50 cm土层中土壤含水量随再分布时间增大而明显减小,土壤容重对含水量影响具有统计学意义(P<0.05),50~70 cm土层中土壤容重对其变化影响不具有统计学意义.该研究成果可为红壤地区农作物的灌溉提供理论支撑.

保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量的影响

使用保水剂是有效利用和改良风沙土的重要途径。通过研究垂直人渗率、累积入渗量、渗吸持续时间、渗透系数4项入渗特征量以说明在5—7cm深度处层施保水剂对于风沙土水分垂直入渗的影响，测定人渗结束后土壤各层含水量以研究受试体系的水分垂直分布。结果表明，试验处理可使垂直人渗率在各时间点有不同程度减小。有3种保水剂处理累积入渗量均增加了42％左右（1％处理），渗吸持续时间增长了134％～390％，渗透系数减小了65％～85％，且4种变化趋势均随保水剂用量的增加而加剧。入渗结束后土壤水分垂直分布也发生明显变化：保水剂～土壤混合层含水量上升52％～178％，上层土壤含水量明显增加但下层土壤略微降低。研究表明，保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量影响十分明显。

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响,通过室内一维垂直入渗试验,以清水入渗为对照,设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%),研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响,分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型,建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明:浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小,而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大;入渗初期(0~20 min)的落淤层厚度较小,入渗中期(20~130 min)的落淤层厚度增加较快,而其厚度增加速率逐渐变小,入渗后期的落淤层厚度稳定增加;随着浑水含沙率的增大,滞留现象越明显,落淤层细颗粒相对含量越少,粗颗粒相对含量越多;滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多,其物理性黏粒含量显著高于原土壤,特别是在入渗深度为0~1 cm处。

基于灰色关联法土壤水分垂直入渗影响因素研究

土壤水分入渗过程中主要受压力水头、土壤初始含水率、土壤容重、颗粒级配影响。基于一维垂直土柱积水入渗试验研究这些因素对入渗能力影响的主次关系,利用Green-Ampt与Philip入渗模型得到相应土壤入渗特性参数,采用灰色关联分析法研究4个因素对累积入渗量、饱和导水率、稳定入渗率、湿润锋面吸力、吸渗率的影响程度。结果表明:压力水头、土壤初始含水率、土壤容重、颗粒级配对累积入渗量、入渗率及Green-Ampt与Philip模型中物理参数有显著影响,各处理中饱和导水率与稳定入渗率间误差较小,吸渗率拟合值与利用湿润锋面吸力所得吸渗率计算值间相似程度较高,决定系数R^2大于0.85;灰色关联分析结果表明,颗粒级配关联度均值r4最高为0.9463,土壤容重、初始含水率其次,压力水头影响程度最小(r1=0.5629)。总而言之,颗粒级配对土壤入渗特性影响起主导作用,该研究成果可为农业灌溉及水资源管理提供理论支撑。

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。

PAM对一维垂直入渗特征量影响的试验研究

分析了聚丙烯酰胺(PAM)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,试验结果表明PAM对上述指标均有明显的抑制效应:PAM对入渗率的影响具有稳定性和一致性,表现为对应于同一时刻,PAM浓度越大入渗率越低;PAM导致累积入渗量减少的减渗率在入渗过程中为一常数,相对于对照处理(PAM浓度为0)的累积入渗量,10×10-6、50×10-6、500×10-6的PAM溶液的减渗率分别为98.51%、79.63%和60.48%;PAM导致湿润锋降低的减渗率在入渗过程中并非常数,随对照处理湿润锋的增加而增加,受到了入渗时间的影响,入渗过程中浓度为10×10-6、50×10-6、500×10-6的PAM减渗率极大值分别为67.11%、83.26%和97.13%。

尿素溶液浓度对一维垂直入渗特性影响的试验研究

通过室内试验分析了尿素肥液浓度对一维垂直积水入渗的累积入渗量、湿润锋以及入渗结束后土壤含水量的分布影响。结果表明:累积入渗量和湿润峰运移距离随着尿素肥液浓度的增大而减小;在不同区域,尿素肥液浓度对土壤含水量分布影响不同,在传导区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而增大,在湿润区,土壤含水量随着肥液浓度的增大而减小。研究结果可以为农田灌溉施肥技术提供支持。

用垂直入渗法推求Gardner-Russo模型参数

通过室内垂直入渗试验研究了3种不同质地土壤的垂直一维水分入渗特性,并基于Gardner模型表征的非饱和土壤导水率和Gardner-Russo模型表征的土壤水分特征曲线形式,结合非饱和土壤水动力学方程,推导了土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率和湿润锋之间的理论关系。在此基础上推求了Gardner-Russo模型中的参数,利用试验数据对模型中参数进行了敏感性分析。结果表明,该方法所求得的参数具有较高的精度,这为土壤水分运动参数求解提供了一种简单而准确的方法。

旱宝贝保水剂对风沙土垂直入渗特性和土壤含水量的影响

保水剂是一类功能性高分子聚合物,能够吸收并保持自身重量百倍甚至千倍的水分。通过室内设置保水剂—土壤体系,研究层施保水剂对于风沙土垂直入渗特性的影响和入渗结束后土壤各层含水量的变化。实验结果表明：1）风沙土的水分垂直入渗率随时间逐渐降低。在风沙土土表下5~7 cm深度处层施保水剂对水分垂直入渗率有明显的降低作用。2）供水充足情况下,20 cm厚度的风沙土渗吸过程持续大约20 min。在土表下6~7 cm处层施保水剂可增加该过程持续时间。0.25%用量的旱宝贝牌高效土壤保水剂即可以完全阻滞水分继续下渗。3）在风沙土地表下5~7 cm处层施保水剂对于一定时间内水分累积入渗量有显著的增加作用。4）在风沙土中层施保水剂可显著降低土壤的渗透系数。5）保水剂层上方土壤层含水量明显提高,下方的土壤层含水量则略微降低。保水剂施用量增加导致保水剂层含水量大幅上升。

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明:(1)降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2)不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3)在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4)非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。

蓄水坑灌条件下变水头作用的垂直一维土壤入渗参数试验研究

蓄水坑灌法是针对中国北方山丘区存在着干旱和水土流失这两个突出问题而提出的一种适用于果林灌溉的新方法。蓄水坑灌条件下的土壤入渗是在变水头作用下进行的。该文通过室内试验,对垂直土柱在不同水头作用下的土壤入渗参数进行研究,结果表明入渗水头对入渗系数有较为显著的影响,入渗系数随入渗水头的变化呈现出相对平稳与显著性变化的交替变化趋势;入渗水头对入渗指数也有一定的影响,但其变化范围较小。这一研究成果对蓄水坑灌条件下的变水头入渗及土壤水分运动特性的进一步研究具有重要价值。

土壤容重对海涂垦区粉砂土水分垂直入渗特征的影响研究

为探明土壤容重变异对海涂围垦区粉砂土水分入渗性能及变化过程的影响,该文通过室内土柱一维垂直入渗试验,比较分析了围垦区粉砂土和南京菜地黄棕壤不同容重下土壤水分入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明容重对2种试验土壤入渗过程有较大影响,表征土壤入渗能力的稳定入渗速率、累积入渗量和湿润锋深度均随容重增大递减,呈显著负相关关系。模拟2种土壤入渗过程的考斯加科夫模型中,表征初始入渗速率的参数K值随容重增大递减,而表征入渗能力衰减速度的参数α随容重增大未表现出显著差异。简略的Philip入渗方程的幂级数解可以很好地拟合2种土壤湿润锋深度随时间变化过程,拟合的参数λ和x变化规律表明随着容重的增大,基质势梯度、重力作用都呈逐渐减弱的趋势。采用一维代数模型可以较好的模拟粉砂土入渗剖面含水率分布规律,土壤容重越高,模型的理论值越准确。

土壤垂直一维入渗对VG模型参数的敏感性分析

基于HYDRUS-1D模型,采用单因素扰动分析方法对VG模型的残余含水率θr、饱和含水率θs、经验参数n和α、饱和导水率Ks共5个参数进行敏感性分析。结果表明:n,θs,Ks的扰动对垂直湿润距离计算值Rz、累计入渗量计算值I的影响较大,α的扰动影响次之,θr的扰动影响最小;n的负扰动对Rz和I的影响最大,且n较小时给模拟结果带来的误差较大。因此,在模拟计算中应保证VG模型参数n,θs,Ks等的精度。

垂直线源入渗土壤水分分布特性模拟

基于非饱和土壤水动力学理论,利用Hydrus-2D软件分析了垂直线源入渗条件下的土壤水分分布特征。通过试验对比验证,反推出试验土壤的水力参数。结果表明,Hydrus-2D软件可用于垂直线源入渗土壤水分分布特征的模拟,且精度较好。对不同灌水技术要素条件下的垂直线源入渗土壤水分分布特征进行模拟研究,结果表明,垂直线源入渗条件下,不同质地土壤的湿润体形状差别不大,大小有明显的差别:砂壤土和粘壤土的水平湿润半径分别是砂土的0.59和0.24,垂直湿润深度分别是砂土的0.42和0.31;在不同线源埋深情况下,土壤湿润体的形状和大小差别不大,湿润体的位置有显著的差别,当埋深增加5 cm,砂土、砂壤土、粘壤土的垂直湿润深度分别增加6%、11.5%、16%;线源长度和直径对土壤水分分布影响较大,其中线源长度主要影响垂直湿润深度,线源直径主要影响水平湿润半径;初始含水率高时,相同断面处的含水率增大;在相同入渗时段内,湿润锋水平运移距离和垂直运移距离随土壤初始含水率的增大而增大。