【摘要】：地表致密层的形成及减渗作用是波涌灌区别传统地面灌的主要入渗特性之一。本文在查阅国内外相关文献资料的基础上,结合国家自然基金课题,针对我国北方旱区波涌灌和农田施肥特点,旨在揭示和掌握层状土波涌畦灌间歇入渗规律及肥液的水氮运移规律,通过改进间歇入渗模型,对优化波涌灌溉技术要素具有重要的理论意义和应用价值,通过室内试验、数值模拟和理论研究,取得的主要成果为:(1)研究了均质土和层状土的上升毛管水运动特性通过试验资料分析与理论研究,建立了基于Philip模型的均质土毛管水上升模型,模型中系数与土壤含水率之间符合一元二次函数关系,揭示了层状土地下水补给量和毛管水上升高度随时间变化规律,含砂层层位越大,非线性阶段补给量和上升高度越小,线性阶段补给量和上升高度越大,含砂层厚度越大,非线性阶段对补给量和上升高度无影响,线性稳定补给速率和上升速率越小。建立了层状土上升毛管水运动特性方程,通过相关性分析指出,土壤含砂层厚度和含砂层层位均与模型的时间常数无关,但补给量常数和上升高度常数与含砂层层位之间呈极显著正相关关系,地下水稳定补给率和毛管水稳定上升速率与含砂层层位之间呈显著负相关关系,而含砂层厚度仅与稳定补给率和毛管水稳定上升速率之间呈显著负相关关系;通过层状土多因素交互作用研究指出,土壤容重、含砂层层位和含砂层厚度之间的交互作用对层状土上升毛管水运动变化影响最大。(2)研究了非饱和土壤条件下基于Green-Ampt和Philip二模型的间歇入渗改进模型通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的GA-P(Green-Ampt和Philip)改进入渗模型,进而确定了模型参数的求解方法;确立了关于土壤周期性含水率增量随时间变化的函数关系,将土壤含水率增量随时间的定量变化概化为实际累积入渗量与实际湿润锋之间的比值,并将周期数大于2时的土壤水分剖面分布划为两阶段(Ⅰ区补水阶段和Ⅱ区入渗阶段),并假定Ⅰ区湿润锋出流通量等于湿润锋进入Ⅱ区的进水通量,通过图形特征的方法得到土壤含水率增量与入渗时间的0.5次方符合较好的线性函数关系,最终求得进入Ⅱ区时对应的饱和导水率和土壤湿润锋面水吸力值,其湿润锋运移距离和累积入渗量实测值与计算值进行对比结果显示模型计算精度较高,通过不同含砂层埋深对比发现,周期数越大,含砂层埋深对间歇入渗湿润锋运移距离及入渗量的影响差异越不明显。(3)研究了地下水影响的层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土 BC-GA(Brook-Corey和Green-Ampt)改进入渗模型,确立了层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润深度的函数关系,确定了层状土间歇入渗进入夹砂层时的稳渗率,明确了含砂层内部土壤饱和导水率、滞留含水率,进气吸力值,导水度系数,形状系数和深度变化是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数;通过不同含砂层埋深对土壤间歇入渗的对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大,含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大,供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。(4)肥液浓度对浅埋地下水间歇入渗土壤水分运动特性研究探明了肥液浓度对土壤间歇入渗的入渗量、土壤含水率变化规律,肥液浓度越大,时间常数越大,土壤孔隙体积常数越大,稳渗率越大,有利于土壤水分向下运移。采用Hydrus-1D模型对间歇入渗土壤运动过程进行了数值模拟,明确了土壤饱和含水率、进气吸力值和饱和导水率为肥液间歇入渗的主要影响因素,但与土壤滞留含水率和土壤形状系数关系不大;探明了基于V-G模型的分形维数与土壤孔隙类型之间的变化关系,分形维数与非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度呈极显著负相关关系,其中非毛管孔隙度对进气吸力倒数和饱和导水率的影响贡献最大,通过相关性分析指出,周期数增加且肥液浓度减小,分形维数增大,土壤容重增大,通气导水能力降低。(5)肥液浓度对浅埋地下水间歇入渗土壤氮素运移特性研究探明了肥液间歇入渗的土壤铵态氮、硝态氮含量的分布规律及土壤铵态氮和硝态氮与土壤含水率之间的变化关系,入渗时,周期数越大,地表铵态氮和硝态氮浓度逐渐增大,浓度小于250mg/l肥液不利于两者的累积,大于250mg/l肥液有利于表层土壤铵态氮和硝态氮聚集。再分布时肥液浓度越大,铵态氮和硝态氮浓度越大,且再分布时间越长,硝态氮易发生深层渗漏。土壤铵态氮和硝态氮随土壤水分变化均经历了淋失和累积两阶段,肥液浓度增大,土壤铵态氮含量随水分的增加淋失量减小,土壤硝态氮淋失量的减小不明显,周期数增加,两者累积阶段含量增大,但硝态氮含量上限值随周期数的增加影响减小,肥液浓度增大,两者累积阶段的含量也增大,再分布5天的淋失阶段,土壤铵态氮、硝态氮淋失量随时间的增加减小,累积阶段的土壤铵态氮、硝态氮含量均增大;采用Hydrus-1D模型对肥液浓度条件下的间歇入渗土壤氮素运移及转化过程进行了数值模拟,分析了地表5cm和地下水浅埋处土壤铵态氮、硝态氮浓度再分布的变化规律,明确了地表5cm和地下水浅埋处的净矿化量、净硝化量随时间变化的动力学函数关系,通过氮素有效转化分析表明了肥液浓度增加,有利于硝态氮快速下渗,增加硝态氮渗漏地下水的可能,且不利于反硝化的进行,可为土壤溶质运移理论和模型建立提供参考和理论依据。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S275
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 钟韵;费良军;傅渝亮;陈琳;刘乐;;多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证[J];农业工程学报;2018年05期
2 范庆锋;张玉龙;张玉玲;虞娜;;不同灌溉方式下设施土壤硝态氮的积累特征及其环境影响[J];农业环境科学学报;2017年11期
3 李京玲;贾亚敏;孙西欢;;土壤容重对蓄水坑灌入渗及水氮分布的影响[J];节水灌溉;2017年10期
4 黄玉芬;刘忠珍;魏岚;李衍亮;黄连喜;黄庆;许桂芝;;无定型氧化铁对土壤中阿特拉津吸附-解吸的影响[J];土壤学报;2018年01期
5 费良军;刘显;王佳;曾健;杨扬;;土壤容重对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响[J];农业机械学报;2017年08期
6 蔡耀辉;吴普特;张林;朱德兰;赵笑;冯立;;无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟[J];水利学报;2017年06期
7 张素;熊东红;校亮;杨丹;张宝军;吴汉;;干湿交替对土壤性质影响的研究[J];土壤通报;2017年03期
8 王旭洋;范兴科;;滴灌条件下施氮时段对土壤氮素分布的影响研究[J];干旱地区农业研究;2017年03期
9 徐子博;俞璐;杨帆;续晓云;曹心德;;土壤矿物质-可溶态生物炭的交互作用及其对碳稳定性的影响[J];环境科学学报;2017年11期
10 李超;周正朝;朱冰冰;覃淼;;黄土丘陵区不同撂荒年限土壤入渗及抗冲性研究[J];水土保持学报;2017年02期
相关会议论文 前2条
1 孙西欢;马娟娟;郭向红;;压力水头对土壤累积入渗量的影响及机理分析[A];现代节水高效农业与生态灌区建设（上）[C];2010年
2 费良军;贾辉;孙廷容;;波涌灌肥液间歇入渗土壤和地下水中NO_3~-运移特性试验研究[A];中国农业工程学会农业水土工程专业委员会第三届学术研讨会论文集[C];2004年
相关博士学位论文 前6条
1 吉恒莹;土壤质地层状性和水质对土壤侵蚀影响的试验研究[D];西北农林科技大学;2017年
2 原林虎;PHILIP入渗模型参数预报模型研究与应用[D];太原理工大学;2013年
3 景卫华;农田排水系统管理及氮素流失模拟研究[D];西安理工大学;2010年
4 尹娟;波涌灌间歇入渗氮素运移及对地下水NO_3~--N分布特性影响试验研究[D];西安理工大学;2008年
5 冉景江;川中丘陵区土壤的分形特征及其水分分形输运研究[D];四川大学;2006年
6 张建丰;黄土区层状土入渗特性及其指流的实验研究[D];西北农林科技大学;2004年
相关硕士学位论文 前8条
1 宋幽静;西辽河平原区膜下滴灌对降雨入渗影响研究[D];沈阳农业大学;2017年
2 魏茅;灌区农田水氮运移机理及其数值模拟研究[D];长安大学;2014年
3 李振环;污水灌溉下土壤氮素运移特征的研究[D];天津大学;2014年
4 秦军;Runge-Kutta法在求解微分方程模型中的应用[D];安徽大学;2010年
5 贾丽华;玉米膜孔灌农田水氮分布特性和耗水规律试验研究[D];西安理工大学;2008年
6 张耀峰;特征有限元法及其在土壤水分运动数值模拟中的应用[D];西安理工大学;2005年
7 任开兴;丘陵山区波涌沟灌试验及其技术要素优化[D];山西农业大学;2003年
8 习金根;滴灌施肥条件下氮素在土壤中迁移转化及其生物效应研究[D];西北农林科技大学;2003年
，
本文编号：
2676140
