洞腔黄土中水分运动规律的实验研究

发布时间：2020-08-21 04:20

【摘要】：由于人口增长,各方面用水需求也增加,但供水却越来越困难。所以必须在灌溉农业中使用新的技术,在保持水资源量的情况下用更少的水生产更多的粮食。黄土洞腔技术可以帮助农业生产者更好地控制雨水的应用,从而有助于应对这一供需水不均衡带来的挑战。黄土洞腔技术可以增加对降雨入渗的存蓄,从而解决我国西北黄土区农业水资源短缺的问题。本研究的目的是改善目前人们对黄土中地下土壤水分储量和水分入渗率的认识。为达到这一目的,在有或没有采用腔体技术方法的情况下,分别在填充有粉质粘壤土性质黄土的两个土柱上进行了两组实验,即滴水入渗和积水入渗实验。同时,对于具有黄土洞腔的土柱实验,使用HYDRUS-2D/3D 2.X软件进行了实验模拟,实验和模拟获得了以下主要的成果:滴水入渗实验表明:(1)水分到达黄土洞腔的空腔层之前,同时间里,洞腔黄土中,垂直方向上土壤水分的湿润锋位置分别为:35,36,39,41,45,46,49,50,54,55,58,59,63,64,68cm(洞腔黄土),对应的无洞腔黄土为:37,38,42,44,47,48,52,53,56,58,62,63,66,67,70和71cm。而与之相反的是,在45度方向上,洞腔黄土土柱的润湿锋运动速度则要高一些;(2)洞腔土柱入渗率为3.25-0.39 cm.h~(-1),随高度降低而降低,而无洞腔土柱的入渗率变化是3.25-0.318 cm.h~(-1),比之洞腔土柱略有降低。(3)洞腔土柱在14和30 cm处的含水量高于无洞腔土柱对应位置上的土壤含水量;(4)14,30,46和62 cm处水分含量的RMSE值分别为8.186,8.696,6.19和2.7 cm~3.cm~(-3),而EF值分别为-1.69,-0.21,0.41和-0.06。润湿锋处的RMSE和EF分别为3.42cm和0.95,而在Hydrus2D/3D软件的模拟中,实测数据和模拟数据显示出更好的一致性。表明该模型在模拟黄土洞腔土柱水分运动迁移模式方面效果良好。渗透率的RMSE和EF值则分别为0.18cm.h~(-1)和0.94。积水入渗实验表明:(1)当渗透发生时,与无洞腔土柱(速率为0.408-0.241 cm min)相比,黄土洞腔(速率为0.358-0.208 cm.min~(-1))的存在显著降低了水分的入渗速率;(2)同样地,洞腔土柱的总累积渗透距离和润湿锋(66和69cm)终止位置分别比无洞腔土柱(76和78cm)低。因此,洞腔的存在使得黄土洞腔层和周围的土壤水分得到有效提高,深层渗漏的水分明显减少;(3)Hydrus 2D/3D模型能够预测洞腔黄土水分入渗迁移过程,而模拟的水分含量,湿润锋位置,累积渗透率和入渗速率的均方根误差分别为0.22-3.63 cm~3.cm~(-3),1.6至3.63cm,3.44cm和0.026cm.min~(-1)。总体而言,本研究的结果表明,黄土洞腔可以有效地增加浅层土壤中的水分存蓄量。此外,HYDRUS-2D/3D模型能够模拟和预测不同情景下的黄土土壤水分运动,虽然它对滴水入渗条件下的水分分布范围略有低估。
【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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本文编号：2798917