基于计算流体力学分析的蔗田土壤优先流运动过程研究

摘要

田间土壤优先流会导致水肥的快速运动,影响作物的吸水需肥效率。为定量探究农田土壤优先流的运动过程,以广西典型农地蔗田为研究对象,将野外染色示踪试验与室内土柱入渗模拟实验相结合,利用形态学解析与计算流体力学的分析方法,对不同耕作方式下蔗田的土壤优先流运动过程进行仿真模拟与分析。结果表明:1)免耕蔗田土壤垂直剖面染色形态较垄耕蔗田分化程度高,其湿润锋迹线波动幅度较大,水流入渗能力更强,优先流现象显著,且分布相对更广泛。2)在相同外部供水条件下,免耕蔗田土柱的初始出流时间(6 min 1 s)早于垄耕蔗田(8 min 20 s),其质量流率和优先流流速分别是垄耕蔗田的1.09和1.36倍(P<0.05)。3)相同时间内免耕蔗田表层(0~10 cm)的压力值较大,水流运动达到稳态时其均值为垄耕蔗田的1.20倍,免耕蔗田优先流以垂向运动为主并伴随侧向运动,而垄耕蔗田则呈现水流整体均匀向下入渗。