蓄水坑灌條件下土壤水分運動特性的試驗研究.pdf

1、蓄水坑灌法是針對我國北方地區(qū)干旱和水土流失嚴重的雙重問題而提出來的一種新的灌溉方法，在該地區(qū)坡地果林灌溉中具有廣闊的應用前景。研究蓄水坑灌條件下的土壤入滲及土壤水分運動特性對于該方法的推廣應用具有重要意義。本文采用理論分析與試驗研究相結(jié)合、物理模型試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對蓄水坑灌條件下的土壤入滲及土壤水分運動特性進行了較為系統(tǒng)地研究。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下： (1)設計了蓄水坑側(cè)向一維入滲的模擬試驗，研究了水頭對入滲過

2、程的作用。設計了計量精度較高的水平土柱入滲試驗裝置，在0～60cm的水頭范圍內(nèi)，進行了12個不同水頭的水平土柱入滲試驗，發(fā)現(xiàn)了kostiakov入滲系數(shù)及入滲指數(shù)隨入滲水頭的增加呈現(xiàn)出相對平穩(wěn)與顯著性變化的交替變化趨勢這一新的試驗現(xiàn)象，這表明蓄水坑灌條件下入滲水頭是影響入滲的一個重要因素；并發(fā)現(xiàn)隨入滲水頭的增加，kostiakov入滲系數(shù)及入滲指數(shù)的變化趨勢相反。本文對這些新的試驗現(xiàn)象從理論上給予了分析，并明確了入滲指數(shù)的物理意義。在此

3、基礎上，進一步闡明了入滲水頭對累積入滲量和濕潤鋒的影響及其變化的原因。 (2)采用了土壤切片技術和數(shù)字圖像分析技術，分析研究了不同入滲水頭對表層土壤孔隙和土壤剖面孔隙的影響。結(jié)果表明，隨著入滲水頭的增加，表層土壤孔隙度有不同程度的減小，進而，表層土壤的容重隨入滲水頭的增加有不同程度的增加。在此基礎上，對入滲系數(shù)隨入滲水頭變化的機理做了進一步的闡述。 (3)研制了大型物理試驗模型，并進行了系統(tǒng)的蓄水入滲試驗分析。分別對單坑

4、均質(zhì)土和層狀均質(zhì)土壤入滲及水分運動特性進行了研究，用γ射線儀在線測量土體內(nèi)的土壤含水率。分析了單坑入滲條件下的均質(zhì)土和層狀均質(zhì)土壤濕潤鋒的范圍、形狀及濕潤鋒推進的變化規(guī)律和土體內(nèi)含水率的分布；建立了單坑蓄水層狀均質(zhì)土二維入滲及土壤水分運動數(shù)學模型，確定了復雜非恒定入潘邊界條件，采用ADI格式結(jié)合Gauess-Seidel迭代法對模型進行了求解，并進行了實驗驗證，為蓄水坑灌技術要素坑距、坑深的確定提供了依據(jù)。 (4)建立了蓄水多坑

5、層狀均質(zhì)土三維入滲及土壤水分運動數(shù)學模型。采用時間分裂格式結(jié)合Gauess-Seidel迭代法進行了模型求解，并通過模型試驗對數(shù)值計算結(jié)果進行了驗證。結(jié)果表明，模擬值與試驗觀測值之間具有較好的一致性，證明所建立的數(shù)學模型與相應數(shù)值模擬計算方法可以較好地描述層狀均質(zhì)土的蓄水坑灌的入滲及土壤水分運動規(guī)律，為合理指導灌溉、評價蓄水坑灌灌水質(zhì)量提供計算方法。 (5)分析比較了蓄水坑灌多坑干擾入滲與單坑自由入滲條件下的土壤水分分布狀況。研