蓄水坑灌條件下土壤水分運(yùn)動特性的試驗(yàn)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(yán)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(yīng)用前景。研究蓄水坑灌條件下的土壤入滲及土壤水分運(yùn)動特性對于該方法的推廣應(yīng)用具有重要意義。本文采用理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合、物理模型試驗(yàn)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(yùn)動特性進(jìn)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(shè)計(jì)了蓄水坑側(cè)向一維入滲的模擬試驗(yàn)，研究了水頭對入滲過

2、程的作用。設(shè)計(jì)了計(jì)量精度較高的水平土柱入滲試驗(yàn)裝置，在0～60cm的水頭范圍內(nèi)，進(jìn)行了12個(gè)不同水頭的水平土柱入滲試驗(yàn)，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(yàn)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(gè)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(yàn)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(chǔ)上，進(jìn)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(shù)和數(shù)字圖像分析技術(shù)，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(jìn)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(chǔ)上，對入滲系數(shù)隨入滲水頭變化的機(jī)理做了進(jìn)一步的闡述。 (3)研制了大型物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行了系統(tǒng)的蓄水入滲試驗(yàn)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(yùn)動特性進(jìn)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(jìn)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(yùn)動數(shù)學(xué)模型，確定了復(fù)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(jìn)行了求解，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為蓄水坑灌技術(shù)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(yùn)動數(shù)學(xué)模型。采用時(shí)間分裂格式結(jié)合Gauess-Seidel迭代法進(jìn)行了模型求解，并通過模型試驗(yàn)對數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，模擬值與試驗(yàn)觀測值之間具有較好的一致性，證明所建立的數(shù)學(xué)模型與相應(yīng)數(shù)值模擬計(jì)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(yùn)動規(guī)律，為合理指導(dǎo)灌溉、評價(jià)蓄水坑灌灌水質(zhì)量提供計(jì)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