微咸水滴灌下湿润锋运移特征研究

滴灌被认为是最适合用于微咸水开发利用的节水灌溉技术,其湿润体的范围及动态变化影响着作物的生长及产量。由于田间滴灌湿润体地下部分不容易被观测到,则土表面湿润距离是最直观的表明灌水湿润程度的标志,本文以田间试验为基础,研究了不同水质、滴头流量、灌水量下滴灌点源及交汇区地表湿润锋运移过程。研究结果表明,湿润锋交汇前,随着滴水水质及滴头流量的增大水平湿润距离增加,滴头流量越大水平湿润距离增加的幅度越大;随灌水量的增加,试验结束时水平湿润距离也增大。湿润锋交汇后,随滴水水质及滴头流量的增大,交汇时间提前;交汇区宽度及地表湿润比均随滴水水质、滴头流量及灌水量增加均增加;通过比较不同滴水水质交汇区与相同湿润位置单点源下水盐含量,表明交汇区含水量大于相同湿润位置处单点源下的含水量,滴水水质大于3.03 g/L交汇区含盐量明显高于相同湿润位置处单点源下的含盐量。该研究结果对了解微咸水滴灌因素对土壤水分运移的影响具有一定的指导作用。

相同供水时长下滴头数量对土壤湿润锋运移及枣树的影响

研究了相同供水时长下滴头数量对土壤湿润锋运移距离和枣树生长的影响,结果表明:滴头数量不同,地表径向和垂直湿润锋运移距离和湿润区形状不同,3个滴头、4个滴头处理枣树秋梢长度和直径均较1个滴头处理有显著增加;枣树产量较1个滴头、2个滴头处理有较大的增加。考虑到投入成本和当地春季干旱多风沙的气候特点,建议采用3个滴头。

淡水滴灌条件下红壤土水力特征

为了获得红土地区淡水滴灌的水力特性,为提高作物产量制定科学合理的灌溉依据,以单点源淡水滴灌湿润锋运移的三维模型试验为基础,进而观测双点源淡水滴灌湿润锋运移,观测不同滴头流量,不同土壤容重条件下滴灌单、双点源湿润锋运移过程.研究结果表明:随着滴头流量、土壤容重的增大,单点源入渗水平湿润距离增大,距滴头同一位置处含水率也增大,而垂向运移距离随滴头流量的增大、土壤容重的减小而增大;双点源交汇试验,随着滴头流量的增大、容重的减小,湿润区交汇时间提早,交汇宽度增大;4.68 L/h滴头流量下的交汇时间比3.74L/h的提前了146 s,交汇区宽度增加了2.3 cm;土壤容重增大,交汇区土壤湿润宽度增大,地表湿润比也增大.该研究结果对节水意识薄弱的云南红土地区的滴灌应用与推广具有一定的指导意义.

降雨条件下分层土壤入渗特性

通过室内模拟降雨入渗试验,研究了粘土、壤土和沙土3种土壤不同分层组合方式对土壤入渗特性的影响。结果表明:垂直入渗条件下,分层土壤入渗特征由土壤分层组合方式决定;分层土壤累计入渗量与湿润锋距离呈线性相关关系;分层土壤入渗过程中,当粗沙覆盖细沙且降雨强度大于下层细沙土稳定入渗率时,湿润锋以上剖面可以达到或接近饱和,当细沙覆盖粗沙且降雨强度大于细沙土稳定入渗率时,湿润锋剖面中,除细沙土部分剖面达到饱和,其余粗沙土剖面无法达到饱和,且其饱和程度和下层粗沙土土壤持水能力有关。

用BP网络预测温度对土壤水分入渗的影响

在研究温度对土壤水分入渗的影响时,引入BP网络理论。在5℃、17℃、29℃和40℃4个温度下进行水平一维入渗实验,观测各温度下湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化;根据5℃、17℃、40℃的湿润锋运移距离和累积入渗量与时间的幂函数关系,以相等的时间间隔收集训练样本,建立土壤水分运动的BP网络模型;用29℃的相应参数为检验样本,对所建模型进行校核,结果良好;该模型可以预测西安粉土5℃～40℃的水分入渗状况,这可以为制定合理的灌溉制度提供重要依据。

水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响

为了解水温对滴灌土壤水分入渗特性的影响,通过室内滴灌入渗模拟试验,研究了滴灌条件下西安粉壤土在不同水温(4,20,30,40℃)时的水分入渗特性.结果表明:水平和垂直湿润锋运移距离均随着入渗时间的延长而增大,相同入渗历时,入渗水温越高,滴头流量越大,入渗的水量越多,湿润锋运移距离越大;分别建立了滴灌条件下不同温度水分入渗时水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和水温的关系模型,其相关系数均大于0. 97.湿润体的平均含水量与入渗水温和时间密切相关,入渗水温越高,土体平均含水量越小;含水率等值线随着到滴头距离由近到远而从疏到密分布,离滴头越近,土壤含水率越高;随着入渗水温的不断升高,入渗到同一深度所需时间逐渐减小,对土层温度的影响越大,在入渗400 min内以土面至土面以下15 cm深度范围内的土温变化更为突出.结论可为发展滴灌技术提供参考依据.

人为侵入体对城市绿地土壤水分入渗特征的影响

在快速城市化过程中,人为侵入体大量混入绿地,改变了土壤的三相组成及孔隙特征,但其对城市绿地土壤的入渗影响仍不清楚。基于一维垂直土柱入渗模拟,以典型人为侵入体砖块和混凝土碎块为例,研究其对城市绿地土壤水分入渗的影响特征。结果表明:(1)人为侵入体的混入均会抑制城市绿地土壤水分下渗,导致其稳定入渗速率降低,累积入渗量、湿润锋距离和土壤体积含水量减小,深层土壤水分变化滞后。同一配比下,以混凝土碎块对土壤水分入渗的抑制作用更为明显(P<0.1);(2)随着人为侵入体配比从10%增加到20%,土壤稳定入渗率、累积入渗量、湿润锋距离和土壤体积含水量仍持续减小或略有增加,但差异均不显著(P>0.1),其对土壤水分下渗的抑制作用渐趋减弱。(3)不同类型人为侵入体及配比下,城市绿地土壤水分的入渗量随时间变化更加符合Kostiakov模型。研究结果可为未来海绵城市的高效建设提供科学依据。

基于HYDRUS-1D模拟的降雨入渗条件下VG模型参数敏感性分析

为了定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D模型输出变量10 cm层土壤水分动态分布、累积入渗量及湿润锋运移距离的影响,分别对HYDRUS-1D模型中的VG模型的5个土壤水力参数进行单因素扰动,采用修正的Morris筛选法分析降雨入渗条件下各土壤水力参数的敏感性。结果表明:模型参数的敏感性并不是一成不变的,针对不同的输出结果,参数敏感性随时间变化规律不同,根据研究需要确定参数敏感性区间对简化试验工作具有重要意义;边界条件也是影响模型参数敏感性的重要因素之一;对于不同的受影响研究对象,5个参数的敏感性不同。因此在应用模型模拟时,应该确保高敏感性参数的准确性及边界条件的真实性。

基于Hydrus-2D的红壤区涌泉根灌自由入渗土壤水分运移数值模拟

针对Hydrus-2D软件在红壤区涌泉根灌土壤水分运移模拟的适用性问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合红壤区涌泉根灌土壤水分运动特征建立了涌泉根灌土壤水分的入渗模型,利用Hydrus-2D软件对模型进行求解,并对湿润锋运移距离以及土壤含水率的模拟值和实测值进行了对比验证。结果表明:在灌水结束时,Hydrus-2D软件对竖直向下方向湿润锋的模拟值和实测值之间相对误差为5.21%,水平方向湿润锋的模拟值和实测值之间相对误差为-7.28%,且湿润锋模拟值和实测值的相关系数(R^2)均大于0.980,RMSE均在1.300 cm以内,F检验P值也均大于0.05;在灌水结束时,距离灌水器不同距离处土壤含水率剖面分布的模拟值和实测值基本一致,均表现为随着土层深度的增加而先增大后减小,在距离灌水器不同位置处,Hydrus-2D软件对剖面土壤含水率的模拟值和实测值之间的相对误差均在±10%以内,且土壤含水率的模拟值和实测值相关系数(R^2)均大于0.990,RMSE在0.030 cm^3·cm^-3以内,F检验P值也均大于0.05。说明模拟值和实测值具有较好的一致性,模拟结果可为红壤区涌泉根灌系统的合理设计及运行提供依据。

不同流量涌泉根灌点源入渗湿润体特性研究

在陕北米脂山地微灌枣树示范基地,通过剖面法对原状土进行了涌泉根灌入渗试验,研究了不同流量条件下涌泉根灌湿润体特征值的变化规律。结果表明:湿润体形状近似于椭球体,其水平运移距离、竖直剖面上的入渗深度和水平扩散距离均与入渗时间呈显著的幂函数关系;灌水结束时,流量越大的入渗湿润体水平运移距离越大,水平扩散半径和入渗深度均越大;不同流量对湿润体土壤水分分布存在显著差异,但水分再分布48h后,土壤水分分布状况基本相同。相同深度处距滴头位置越近,土壤含水率越高。