非充分供水土壤水分入渗特性的试验研究

摘要

本文基于室内扰动均质土壤水分入渗试验，全面、系统地研究了非充分供水条件下土壤水分入渗特性和影响土壤入渗的主要因素；建立了以土壤物理参数和供水强度预测非充分供水条件下土壤积水时刻和入渗模型参数的模型；提出了预测非充分供水土壤入渗过程的方法；分析研究了充分供水与非充分供水条件下土壤入渗特性的区别和入渗模型参数间的关系，实现了通过充分入渗土壤水分入渗参数推导非充分供水的入渗参数。 非充分供水条件下，在积水时刻前，土壤入渗率为一常数即供水强度，积水时刻后土壤水分入渗与充分供水的相似。供水控制阶段土壤表层无积水，有利于土壤中的气体排出，虽然初始的入渗量小于相同土壤条件下的充分供水条件的入渗量，随着入渗过程的进行，非充分供水的入渗量是以同条件下的充分供水的入渗量为渐近线。土壤的入渗过程在积水时刻后符合Kostiakov模型。在积水时刻前，土壤湿润锋与时间的关系符合一次函数，积水以后很好地符合幂函数关系。在积水时刻土壤含水量与试验结束时的含水量相差很小，所以在积水时刻后，湿润锋符合Green-Ampt活塞模型。 供水强度、土壤质地、干容重、初始含水量都是影响非充分供水土壤入渗的主要因素，它们对积水时刻都有明显影响，各因素对土壤入渗各阶段影响程度不同。土壤干容重对积水时刻前的湿润锋影响甚微，而土壤初始含水量通过影响水力传导度对积水时刻前的湿润锋影响明显；土壤质地、土壤容重和初始含水量对相对稳渗率影响明显，而供水强度对相对稳渗率基本没有影响。 采用多元线性回归模型用常规物理参数对积水时刻的预测是可行的，以供水强度和土壤的粘粒含量(<0.002)、粉粒含量(0.002-0.02)、干容重、含水量作为预测量的变量可获得较好的预测结果。利用同样的方法对非充分供水土壤入渗参数α′进行了预测，利用参数α′和积水时刻的预测结果模拟土壤入渗过程，取得较好的结果。本研究以指导农田非充分灌溉如喷灌为主要出发点，对非充分供水土壤水分入渗特性进行了较为全面深入的研究，但由于试验是在改变了土壤自然结构的条件下室内进行的，且是一维垂直土壤入渗，与野外大田的复杂性相比，对非充分的研究还停留在定性研究的水平上，还需要进一步进行更深入的研究。

目录

文摘

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声明

第一章引言

1.1研究意义

1.1.1非充分供水条件下土壤水分入渗特性研究的背景

1.1.2非充分供水条件下土壤水分入渗研究的应用价值和科学意义

1.2研究进展

1.2.1土壤水分入渗研究概况

1.2.2非充分供水条件下土壤水分入渗特性的研究概况

1.3研究内容与技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

第二章非充分供水入渗试验条件与方法

2.1试验土壤条件

2.1.1土壤质地

2.1.2土壤结构

2.1.3土壤含水量

2.1.4试验供水强度

2.2试验仪器和设备

2.2.1非充分供水入渗仪

2.2.2非充分供水入渗仪的精度控制

2.2.3其它仪器设备

2.3试验方案与方法

2.3.1试验方案

2.3.2试验方法

第三章非充分供水条件下土壤水分入渗的基木特性

3.1非充分供水入渗过程分析

3.1.1入渗率变化特性

3.1.2入渗量变化特性

3.2非充分供水积水时间的变化特性

3.3非充分供水土壤水分入渗湿润锋的变化特性

3.3.1非充分供水条件下积水时刻前土壤湿润锋变化特性

3.3.2非充分供水条件下积水时刻后湿润锋变化特性

3.4非充分供水土壤水分入渗模型及参数

3.4.1非充分供水阶段模型

3.4.2非充分供水综合模型

3.4.3非充分供水入渗模型参数

3.4.4非充分供水土壤水分入渗的动力学机理分析

第四章影响非充分供水土壤水分入渗特性的主导因素

4.1土壤结构的影响分析

4.2土壤质地的影响分析

4.3土壤初始含水量的影响分析

4.4供水强度的影响分析

第五章非充分供水入渗参数与充分供水入渗参数间的关系

5.1供水强度与Tp-Tp'的关系

5.2模型入渗指数间的关系

5.3模型入渗系数间的关系

5.4相对稳定入渗率间的关系

5.5湿润锋模型参数间的关系

5.5.1积水时刻前湿润锋参数间的关系。

5.5.2积水时刻后湿润锋速参数间的关系

第六章非充分供水土壤入渗积水时刻和入渗过程的预报

6.1非充分供水土壤水分积水时刻的预报模型

6.1.1模型结构

5.1.2回归模型的显著性检验

5.1.3回归系数的显著性检验

6.1.4预测

6.2非充分供水土壤入渗模型参数的预报模型

6.2.1概述

6.2.2模型及参数估计

6.2.3非充分供水土壤水分入渗过程的预报方法

6.2.4预报实例

第七章结论与展望

7.1主要结论

7.2研究展望

参考文献

致谢

硕士期间所获得的成果