膜下滴灌玉米番茄间作农田土壤水分分布特征模拟

间作种植和覆膜滴灌是实现高产和节水的重要技术,已被广泛应用,而掌握覆膜滴灌条件下间作种植农田土壤水分分布特征对于提高水分利用效率以及增产增收都具有重要意义。该文通过2a田间试验设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个灌水定额处理,并通过HYDRUS2D模型模拟了间作滴灌农田不同位置土壤水分的差异性、水平水量交换以及土壤水分二维分布特征。结果表明:基于HYDRUS2D构建的间作种植滴灌农田土壤水分模型精度较高,平均相对误差为5.72%~8.14%,决定系数在0.85~0.90,均方根误差在0.017~0.023 cm^3/cm^3。对于3个灌水处理皆表现为0~40 cm土层含水率出现差异,且在0~20 cm土层含水率差异显著,2014年番茄侧和玉米侧土壤含水率在3个灌水处理下的平均土壤含水率分别较裸地高20.17%和17.83%,2015年为16.02%和12.99%。间作滴灌农田土壤水平水量交换强烈,生育期水流主要由作物侧流入裸地侧,其中对于3个灌水处理在番茄侧0~40 cm土层净流入裸地的平均水量是玉米侧的1.3倍,约为60mm/a,并且0~40cm土层由作物侧流入裸地的水量是>40~100cm土层的2.5倍。二维土壤水分分布显示,滴灌湿润体与作物根系分布匹配性较好,灌水后1d湿润饱和区主要集中在0~30cm土层,其中T1、T2、T3处理的饱和区面积分别为559.14,288.61和109.78 cm^2。灌水2 d后,低灌水处理(T3)存在较明显的水分亏缺,缺水区面积是充分灌溉(T1)的30倍。研究结果可为间作滴灌农田制定灌溉制度提供参考。

自然条件下土壤不饱和区中水含量分布模拟

采用InternationalGroundWaterModelingCenter(IGWMC)推出的模拟软件———HYDRUS-2D,对由于降雨、蒸发和植物蒸腾作用的影响造成土壤不饱和区的水含量分布的变化进行模拟计算,利用文献中的土壤水力特征参数和现场的实际降雨量作为计算基础,并且把植物根系分布造成的蒸腾作用考虑进去,进行二维不饱和区域中的模拟计算,模型采用有限元方法求解水含量的方程———Richard方程,降雨、蒸发和蒸腾作用均作为随时间变化的边界条件,植物根系对水分的吸收作为水传递方程的源汇项,模拟的时间长度是70d,在模拟的区域中竖直方向上5、10、15cm3个不同深度分别设置了模拟的数据观测采样点。模拟的结果表明,越是靠近表面处的水含量对于气候变化越敏感,变化也越剧烈,与文献中的数据进行对比,模拟结果与实际现场的测试数据比较吻合,可见运用HYDRUS-2D进行模拟可以较好地反映真实的情况,可以作为实际运用的一种预测手段。

垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型研究

基于HYDRUS-2D模型建立了垂直线源灌土壤水分运动数学模型,设置81种情景,模拟获得不同土壤质地、初始含水率以及线源长度、线源直径和埋深条件下的湿润体变化过程。湿润体尺寸主要受土壤质地影响,土壤质地越粗,湿润锋运移越快,线源长度、线源直径和埋深对其影响较小。土壤湿润锋运移过程符合幂函数关系,幂函数指数在水平和垂直向上方向上变化较小,而在垂直向下方向上随饱和导水率(Ks)的增大而增大;幂函数系数随Ks的增大而增大。提出了包含Ks在内的垂直线源灌土壤湿润体尺寸预测模型,试验验证了所建模型的可靠性,MAE和RMSE接近0,PBIAS在-4%~9%之间,NSE不小于0.929,说明预测效果良好。所建模型仅需Ks即可推求,试验设计简单,初步实现了由土壤物理参数预测垂直线源灌土壤湿润锋运移距离的可能。

南疆成龄核桃滴灌条件下根区土壤水分运动数值模拟

【目的】探究南疆滴灌成龄核桃根系分布和根区土壤水分运动规律,为南疆成龄核桃灌溉制度的确立提供科学指导。【方法】以阿克苏地区进行地表滴灌的成龄核桃树为研究对象,基于Hydrus 2D软件进行地表滴灌条件下的土壤水分数值模拟研究。【结果】①水平方向根系主要分布在0~120 cm范围,垂直方向主要分布于0~60 cm范围。②滴灌带应布设于距树60 cm处;中水处理灌后垂直向浸润可达到60 cm,且均匀度>87%。;③Hydrus 2D模型率定和验证精度较高,RMSE介于0.016~0.022cm^3/cm^3范围,Re介于0.04~0.12范围,R^2介于81.03%~97.19%范围,表明模型模拟土壤水分运移较可靠。【结论】在研究不同灌水定额条件下成龄核桃树的根系分布和土壤湿润区结合Hydrus2D模型,得出成龄核桃的滴灌带应布设于距树60cm处,灌溉定额为450m^3/hm^2的中水处理作为成龄核桃果树地表滴灌的指导灌溉定额。

采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律影响数值模拟研究

采煤塌陷裂缝,影响包气带水分运移规律,诱发矿区生态地质环境问题。当前研究集中于塌陷裂缝对包气带含水率影响,往往忽略塌陷裂缝对包气带水分运移方向及其速度的影响。为此,综合考虑裂缝宽度、裂缝密度和土壤质地类型,基于HYDRUS 2D建立采煤塌陷区包气带水分运移数值模型,研究采煤塌陷裂缝对包气带水分运移规律。结果表明:单一裂缝时,含水率差距与裂缝宽度呈正相关关系;土壤水分运移方向向裂缝处偏转,同一土壤深度越靠近裂缝的区域偏转角度越大,最大偏转角度和发生运移方向变化的区域大小随裂缝宽度变大而变大;裂缝边缘与远离裂缝区域的平均水分运移速度差值随裂缝宽度变大而变大;裂缝密度增高时,同一土壤深度含水率会随之降低,裂缝之间区域的最大偏转角度与发生偏转的区域变小;采煤塌陷裂缝影响下壤土的含水率高于风沙土、水分运移速度低于风沙土,但土壤质地类型不影响水分运移方向。

深松铲横向间距对土壤水分入渗的影响

深松铲横向间距是影响深松作业效果的主要因素之一,对土壤水分入渗性能产生重要影响。为此,以箭型深松铲为对象,综合应用离散元仿真、Hydurs2D数值模拟和田间试验,研究不同铲距对土壤垂直剖面内水分入渗特性的影响。结果表明:离散元仿真及Hydrus2D的模拟值和实测值拟合程度较好;铲距对土壤水分入渗速率有重要影响,铲距增加会引起土壤扰动面积增大,加速水分入渗;湿润锋垂直运移距离随着铲距的增加略有波动,整体呈减小趋势;通过调整铲距可以改变土壤水分富集区的位置。在农业生产中,可根据作物需水特性选择合适的铲距,以提高深松土壤水分的利用效率和效益。

Water Dynamics under Drip Irrigation to Proper Manage Water Use in Arid Zone

The water resources reduction due to climate changes and also population increase, have contributed to increasing the constraint on water disponibility and accessibility. In the agricultural field, we need moderate soil and water resources management. This work aims to simulate water dynamics in soil under drip irrigation system in arid regions to better manage irrigation water. Simulations are done with soil physical properties of Burkina Faso. We assess maize plant water requirements for the whole growing season. With Hydrus 2D, we simulate water supply in the soil column. We assign atmospheric conditions on the top of the domain, zero flux of water on the lateral sides, and free drainage on the bottom boundary domain. We perform many irrigation events to analyze wetting pattern distribution around the emitter, which allowed us to contain the amount of irrigation water applied, only around the area dominated by roots, and then reduce water losses that roots cannot uptake. According to the different growing stages of the maize crop, we choose proper irrigation duration and frequency, and suggest irrigation schedule for the whole growing season.