涌泉含水率水分分布影响 涌泉含水率水分分布影响 涌泉含水率水分分布影响 精品源自地理科 1材料与方法 1.2测试装置试验系统由供水系统和土箱两部分组成(见图
1).试验用土箱由厚10mm的有机玻璃制成,其规格为45cm×45cm×80cm(长×宽×高).供水系统由自制供水箱提供恒定水头,通过调节旋钮开度来控制流量. 2结果与分析选取土壤表面水平湿润半径r、最大水平湿润半径R、垂直入渗深度H和灌溉时间t为特征值. 2.2湿润体最大水平湿润半径和垂直湿润深度土壤湿润体最大水平湿润半径和垂直湿润深度是衡量湿润体湿润范围的重要特征值,掌握特定土壤条件下不同初始含水率下入渗过程中该值随灌水时间变化的规律,能够为涌泉根灌毛管铺设和灌水器布置提供重要的理论参考.图3为土壤初始含水率对最大水平湿润半径和垂直入渗深度变化的影响.由图3可以看出,初始含水率显着地影响了水平和垂直方向湿润锋的运移速度,最大水平湿润半径R和垂直入渗深度H都随着土壤初始含水率的增大而增大,且垂直入渗深度H的变化趋势明显大于水平湿润半径.随着水分扩散时间的延长,它们之间的差距逐渐增大.可用幂函数拟合最大水平湿润半径(R=ctd)和垂直入渗深度(H=mtf)的经验计算公式,拟合参数见表3.分析表3中的拟合参数,c与f均随着土壤初始含水率的增加呈明显增加趋势,c与含水率θ呈指数函数关系,而f与含水率θ呈线性关系,d几乎不随土壤含水率的变化而变化.当含水率大于7%时,参数m几乎不随着土壤初始含水率变化而变化,因此最大水平湿润半径R、垂直入渗深度H与入渗时间t关系可以表示为。式中:R为土壤湿润体最大水平湿润半径,cm;H为垂直湿润深度,cm.用初始含水率为8.76%的实测值对经验公式
(2)-
(4)进行验证.计算后将与实测值和计算值的整体相对误差(IRE)和均方根误差(RMSE)列于表由表4可知,采用式
(2)-
(4)推求的表面湿润半径r、土壤湿润体最大水平湿润半径R、垂直湿润深度H与实测值比较接近,对应数据点基本上都落在1∶1线附近.土壤表面湿润半径、水平最大湿润半径及垂直入渗距离的IRE和RMSE分别为0.63%,0.40%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%.计算误差较小,可用上述经验公式计算涌泉根灌土壤水分渗透参数. 3讨论 4结论
采用土箱模拟试验,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌水分扩散率的影响,得出以下主要结论:
1)土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分传输具有较大的影响.土壤表面湿润时间随着土壤初始含水率的增大而减小,表面湿润半径的增长速度随着土壤初始含水率的增大而增大.
2)随着土壤初始含水率的增大,涌泉根灌土壤湿润体水平距离与垂直距离均呈增大趋势,湿润体内水分分布也更加均匀.但是涌泉根灌湿润体的最大水平湿润半径小于垂直入渗深度,并随着时间的延长差距明显增大.
3)采用试验数据拟合了根据土壤初始含水率计算地表湿润时间、地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,可以较为准确地计算上述参数,为涌泉根灌系统设计提供参考.但文中选择的单一质地土壤、滴头埋深、滴头流量、灌水时间等,该试验结果的普遍性还有待于进一步提高。
