深松耕土壤水分入渗数值模拟及试验研究

发布时间：2020-05-11 21:39

【摘要】：铲距和耕深是影响深松作业效果的主要因素,其对土壤水分入渗过程产生直接影响。针对不同铲距和耕深条件下的水分入渗及其再分布过程不明的问题,综合应用离散元仿真、Hydrus2D数值模拟和田间试验,明确了铲距和耕深对土壤水分入渗特性影响,分析了不同铲距和耕深的交互作用对自然降雨条件下水分入渗、再分布及蒸发的影响,为深松机作业参数的选择和水分利用效率的提高提供依据。(1)基于EDEM-Hydrus2D的深松土壤水分入渗数值模拟。以箭形深松铲为对象,应用离散元法、Hydrus2D模型及田间试验对不同铲距和耕深条件下的入渗过程进行数值模拟。结果表明:1)不同铲距和耕深条件下的土壤水分入渗特性与土壤扰动面积间存在显著的相关关系;2)铲距和耕深对入渗特性均有显著影响,且耕深的影响大于铲距。增大铲距可以提高土壤水分稳定入渗速率、降低垂向入渗距离,有利于减少耕层渗漏损失;3)土壤水分富集区位置随耕深增加而整体下移,随铲距增加而上移;4)离散元仿真与试验获取的土壤扰动轮廓形状基本吻合,Hrdrus2D模型的土壤体积含水量模拟值与试验值拟合程度较好。基于EDEM-Hydrus2D相结合的方法,可以用于研究不同铲距和耕深条件下的土壤水分入渗过程。(2)深松土壤虚实结构对自然降雨条件下的水分入渗及再分布过程有重要影响。通过田间种植试验,探讨了铲距和耕深的交互作用对土壤水分垂直变化特征、剖面含水量及蓄水量的影响。试验结果表明:1)降雨后全虚区和上虚下实区的土壤水分处于动态平衡过程,且达到平衡的时间随土壤虚实比增加而减少,当土壤虚实比为5(铲距40cm、耕深35cm)时土壤水分变异系数最大,水分入渗最快;2)土壤虚实比对蓄水量的影响在0~40cm土层范围内,上虚下实区的持水能力大于全虚区。土壤虚实比为6.5时,土壤蓄水量的增量最大;土壤虚实比为5时,增量最小。(3)深松土壤虚实结构有利于土壤水分的保持。通过田间蒸发试验,探讨了不同铲距和耕深形成的虚实并存耕层结构对棵间蒸发量及作物蒸腾量的影响。结果表明:1)深松所形成的虚实并存耕层结构改变了土壤水分运移过程;2)在夏玉米生育期内,上虚下实区耗水量大于全虚区,但均低于免耕处理;3)棵间蒸发强度在生育期内先减小、后增大。上虚下实区棵间蒸发强度较全虚区高1.53~1.75倍。当土壤虚实比为6.5时,总蒸发量最低,且作物蒸腾占总蒸发的68.33%,有利于土壤水分保持和利用率的提高。
【图文】：

技术路线图,耕深,深松,数值模拟

图 1-1 技术路线图Fig.1-1 Technology route4 论文组织结构第一章，绪论。首先，通过查阅相关文献，介绍了深松与土壤耕层结构之间。其次分析了深松在土壤水分入渗及数值模拟方面的研究现状，提出目前存在。最后针对深松土壤虚实结构在水分入渗存方面在的具体问题，，确定研究内容及技术路线。第二章，基于 EDEM-Hydrus2D 的深松土壤水分入渗数值模拟。通过离散元取不同深松铲距和耕深条件下的土壤扰动轮廓，并测定土壤水分运动参数，确铲距和耕深条件下的初始和边界条件，利用 Hydrus2D 模型对其进行数值模拟。过田间试验验证离散元仿真及 Hydrus2D 模型的准确性。第三章，铲距和耕深对土壤水分入渗特性的影响。通过 Hydrus2D 数值模拟，距和耕深对土壤水分累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤水分入渗速率及入渗土壤水分分布的影响。

深松,离散元

深为试验因素，通过离散元仿真法提取不同铲壤容重、机械组成等物理特性参数进行测定，上利用 Hydrus2D 模型对深松土壤水分入渗过程离散元仿真及 Hydrus2D 模型的准确性。的深松土壤扰动轮廓的提取非连续性介质问题的一种重要数值模拟方法，微观运动及宏观变形现象（Li et al. 2014；方法在模拟深松过程中的土壤扰动方面具有可6）。边界模型建立99《深松铲和深松铲柄》中所规定的箭型深松铲 Soildworks2013 三维软件对深松铲进行绘制，
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152.7

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