灌溉优先流对裂隙分布密度、灌水强度及土壤湿度的响应机理

【目的】研究土壤初始含水率(土壤湿度)、裂隙分布密度及灌水强度对裂隙优先流强度的影响机理。【方法】构建基于水量平衡原理的优先流双域渗透模型,并通过染色示踪试验进行物理模拟及模型验证,基于模型数值模拟了裂隙分布密度、初始含水率和灌水强度三维因素旋转组合下的优先流特征。【结果】试验区的浅小型裂隙(裂隙平均宽度0.2 cm≤wc≤1.0 cm,平均深度0.5 cm≤d≤10 cm)与优先流的发育无直接联系,宽深型裂隙(裂隙平均宽度w_(c)≥2 cm,平均深度d≥50 cm)是产生裂隙优先流的主要原因;宽深型裂隙分布密度增大,基质流深度、染色面积率以及灌水均匀度增加;模型对裂隙优先流的模拟效果较好(R^(2)=0.951,P<0.01);模拟结果显示,裂隙深度很大程度上决定了优先流的最大入渗深度;接近土壤饱和导水率的灌水强度无法触发优先流,随着灌水强度增加,优先流程度和最大入渗深度增加,基质流深度和灌水均匀度降低;随着土壤初始含水率和裂隙分布密度增大,基质流深度和灌水均匀度增加,优先流程度降低。【结论】对于缩胀性较强、有机质量丰富的农田土壤,降低灌水强度、提高土壤初始含水率及裂隙分布密度能有效抑制裂隙优先流并提高灌水质量。