沼液穴灌单向交汇入渗特性及数值模拟研究

发布时间：2020-05-13 03:56

【摘要】：沼液中含有水溶性和多种营养成分,是有效肥料之一,在合理方式下施用可以明显改良土壤的理化性质,提高土壤的保水保肥能力,能够有效解决水资源短缺的突出问题。本文针对穴灌的灌溉方式,结合室内试验、理论研究及数值模拟研究水-沼液混合液单向交汇入渗特征、影响因素、减渗特性,主要结论为:(1)交汇入渗与自由入渗的单位面积累积入渗量均随着时间的增加而增大,水沼液混合液双穴孔灌单向交汇入渗与自由入渗的单位面积累积入渗量均小于同条件下清水双穴孔灌单向交汇入渗与自由入渗的单位面积累积入渗量;不同容重条件下:入渗模型中系数K_(1.35)K_(1.40),指数α_(1.35)α_(1.40),不同穴孔直径条件下:入渗模型中系数K_(3cm)K_(5cm)K_(7cm),指数α_(3cm)α_(5cm)α_(7cm),不同沼液配比条件下:入渗模型中系数K_(1 4:)K_(1:6)K_(1:8),指数α_(1:4)α_(1:6)α_(1 8:);相同时间节点处:单位面积累积入渗量I_(1.35)I_(1.40),I_(3cm)I_(5cm)I_(7cm),I_(1:4)I_(1:6)I_(1 8:)。(2)交汇发生后,在相同时间段内,交汇入渗的单位面积累积入渗量的增加量小于同条件下自由入渗的单位面积累积入渗量的增加量,交汇入渗有减渗的作用;建立减渗量模型,运用回归分析法对减渗模型各系数进行方差分析,建立了减渗量与穴孔直径D、沼液配比C的关系。(3)水平湿润锋交汇前运移距离、垂直湿润锋运移距离均随着时间的增加而增加,与时间的关系符合幂函数关系;交汇发生前,交汇入渗与自由入渗湿润体形状一致,可用椭圆方程描述;湿润锋运移速率:V_(水平)V_(垂直),在相同的时间段内湿润锋运移距离:S_(清水)S_(混合液),交汇后,水平方向12.5cm处垂直湿润锋运移距离,S_(交汇入渗)S_(自由入渗);水沼液混合液穴孔单向交汇入渗在相同时段内的不同容重条件下湿润锋运移距离:S_(1.35)S_(1.4 0),垂直湿润锋运移的幂函数模型中系数增大,指数减小,水平湿润锋运移幂函数模型中系数、指数均减小,相同时段内不同穴孔直径水沼液混合液穴孔交汇入渗湿润锋运移距离:S_(3cm)S_(5cm)S_(7cm),垂直湿润锋运移幂函数模型中系数、指数均增大,水平湿润锋运移幂函数模型中系数增大,指数减小,相同时段内不同沼液配比水沼液混合液穴孔单向交汇入渗湿润锋运移距离:S_(1 4:)S_(1:6)S_(1 8:),垂直湿润锋运移幂函数模型中系数、指数均减小,水平湿润锋运移幂函数模型中系数减小,指数增大。(4)入渗结束后的土壤含水率值随着位置远离穴孔而变小,与穴孔中心顶点的关系符合模型:θ=Mr~N+θ_0;交汇入渗的交汇区域土壤含水率大于自由入渗同位置处的土壤含水率,清水交汇入渗的土壤含水率整体高于沼液入渗;当容重变大,湿润体整体的土壤含水率都减小,随穴孔直径增大而减小,随混合液中沼液占比增大而降低。(5)沼液交汇入渗的土壤全氮含量最高值出现在穴孔附近,全氮含量随着位置远离穴孔而降低,在未交汇区域变化显著,在交汇区域变化速率变慢,并且有小幅度提升;清水处理的入渗后土壤全氮含量最大值出现在湿润锋附近,其他位置的全氮含量低于土壤本底值;土壤容重增大,在穴孔附近及交汇区域上部区域的全氮含量增大,在湿润锋附近的全氮含量减小,穴孔直径增大,穴孔附近及交汇区域上部区域的全氮含量降低,在湿润锋附近的全氮含量升高,混合液中沼液占比增大,整体全氮含量增大。(6)在沼液交汇入渗的各影响因素中,沼液配比影响程度最大。(7)采用COMSOL Multiphysics建立穴孔入渗模型并对室内试验条件下的穴孔交汇入渗试验进行了数值模拟研究。模拟了双穴孔条件下10cm穴孔深度情况的水、沼液交汇入渗试验,对湿润锋运移距离于湿润体内土壤含水率的实测值与模拟值进行比对,垂直湿润锋绝对误差平均值为3.46%,水平湿润锋绝对误差平均值为3.94%,土壤含水率绝对误差平均值为4.87%,吻合程度较好,模型精确度较高,说明所建立的模型合理,利用COMSOL Multiphysics可以准确描述水—沼液一体穴孔交汇入渗过程中的水分运动。
【图文】：

技术路线图

示意图,试验装置,沼液,示意图

图 2.1 试验装置及示意图2—铁架台；3—进水管；4—排气管；5—穴孔；6—土和试验组数设置壤容重、沼液配比和穴孔直径为影响因子。2 个土个沼液配比（沼液：水体积比）：1:4、1:6、1:8孔直径：3cm、5cm、7cm，以及相同处理设置的单心间距为 25cm，每组试验设置一次重复，，共计
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S275

【参考文献】