基于室内试验的土壤入渗深度动态模拟研究
发布时间：2021-04-14 01:45
入渗是土壤水分运动的基本特性,是降雨产流、侵蚀、非点源污染等过程研究的重要依据,快速准确地测定和计算土壤入渗速率及其入渗深度具有重要意义。在天津市武清区北靳庄村和天津农学院西校区试验田选取土样,进行室内积水（积水深度为5cm）入渗试验,依据测得的土壤水入渗数据,利用Philip、Horton和kostiakov-Lewis3个模型进行累计入渗量的拟合;在此基础上以累计入渗量为自变量进行了入渗深度的动态模拟,并对入渗深度的理论模型和线性经验模型的拟合效果进行了比较。结果表明:不同质地、不同结构的土壤有其相应适用的模型;入渗深度模拟以基于Horton入渗模型的理论公式更适用;与常规风干含水率土壤制备土柱相比,采用含水率高的土壤制备入渗试验土柱,可显著减小土壤的入渗速率。
【文章来源】：天津农学院学报. 2019,26(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
累计入渗量随时间的变化过程（Horton)
由图3可以看出，图3的拟合曲线变化趋势与图2一致，在同样入渗时间条件下，8号土柱的入渗深度显著小于其他3个土柱的入渗深度，表明试验土柱上半剖面含水率较大，会显著减小土壤入渗速率和入渗数量（包括累计入适量和入渗深度）；第二组试验（3号土柱）与第三组试验（5号土柱）入渗深度接近；第一组试验土柱入渗深度接近500 mm，第二、三、四组试验土柱入渗深度接近400 mm，这与试验玻璃筒的高度有关。由表5和表6可以看出，同一土柱入渗深度理论模型和经验模型的复相关系数相等，表明两者的拟合精度相同。另外，从参数的稳定性来看，参数n的变化比较稳定，变化范围为1.77～3.73之间，其变异系数Cv变化范围在0.037 6～0.225 6之间；参数d的变化幅度较大，其变异系数Cv变化范围为-14.086 0～2.048 5，参数d的值甚至出现负值，也就是说当入渗量为0时，入渗深度为负值，这不符合物理意义，因而入渗深度的理论模型明显好于经验模型。
试验在天津农学院水力学实验室进行，采用扰动土进行室内土柱入渗试验。试验设备主要包括透明有机玻璃筒、基座、导水管，有机玻璃筒内径10 cm，高60 cm，基座高7 cm，利用导水管向外排水，试验装置如图1。同步进行4组试验，为确保试验的准确性，每组设置重复试验，首先向基座内加入砂砾，保证土壤的均匀下渗，便于排水，将准备好的3个渗透筒与基座粘合。第一组试验设置3个重复，相应土柱编号为1、2、3，土柱高度50 cm，装填土壤容重为1.3 g/cm3，风干含水率为2.58%，分5层填土，每层10 cm，土重1 046.83 g；第二组、第三组、第四组试验均设2个重复，相应土柱编号为4和5、6和7、8和9，土柱高度均为40 cm，装填土壤容重为1.35 g/cm3。第二组试验土柱含水率上下一致，均为1.52%，分8层填土，每层5 cm，土重538.36 g；第三组试验，土柱的上半部分土壤含水率为1.52%，分4层填土，每层5 cm，土重538.36 g，土柱下半部分的土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重583.16 g；第四组试验，土柱上半部分土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重583.16 g，土柱下半部分土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重538.36 g。土柱基本情况如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]反演法确定田间尺度水分运动参数的研究[J]. 王仰仁,李炎,金建华,韩娜娜. 天津农学院学报. 2013(01)
[2]4种土壤入渗测定方法的比较[J]. 朱良君,张光辉,任宗萍. 水土保持通报. 2012(06)
[3]Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析[J]. 范文涛,牛文全,张振华,甲宗霞. 灌溉排水学报. 2012(02)
[4]半干旱区人工林地土壤入渗过程分析[J]. 郭忠升,邵明安. 土壤学报. 2009(05)
[5]基于神经网络的灌溉水入渗深度预测模型研究[J]. 陈海波,胡月明,胡均万,陈联诚. 华南农业大学学报. 2009(03)
[6]一维土壤入渗特性数值模拟[J]. 聂卫波,马孝义,王术礼. 灌溉排水学报. 2009(03)
[7]不同外界条件下土壤入渗性能的研究[J]. 夏江宝,杨吉华,李红云. 水土保持研究. 2004(02)
硕士论文
[1]黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤入渗性能对比研究[D]. 李贵玉.西北农林科技大学 2007
[2]农田土壤入渗参数的空间统计特征[D]. 徐海芳.长安大学 2005
本文编号：3136411
【文章来源】：天津农学院学报. 2019,26(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
累计入渗量随时间的变化过程（Horton)
由图3可以看出，图3的拟合曲线变化趋势与图2一致，在同样入渗时间条件下，8号土柱的入渗深度显著小于其他3个土柱的入渗深度，表明试验土柱上半剖面含水率较大，会显著减小土壤入渗速率和入渗数量（包括累计入适量和入渗深度）；第二组试验（3号土柱）与第三组试验（5号土柱）入渗深度接近；第一组试验土柱入渗深度接近500 mm，第二、三、四组试验土柱入渗深度接近400 mm，这与试验玻璃筒的高度有关。由表5和表6可以看出，同一土柱入渗深度理论模型和经验模型的复相关系数相等，表明两者的拟合精度相同。另外，从参数的稳定性来看，参数n的变化比较稳定，变化范围为1.77～3.73之间，其变异系数Cv变化范围在0.037 6～0.225 6之间；参数d的变化幅度较大，其变异系数Cv变化范围为-14.086 0～2.048 5，参数d的值甚至出现负值，也就是说当入渗量为0时，入渗深度为负值，这不符合物理意义，因而入渗深度的理论模型明显好于经验模型。
试验在天津农学院水力学实验室进行，采用扰动土进行室内土柱入渗试验。试验设备主要包括透明有机玻璃筒、基座、导水管，有机玻璃筒内径10 cm，高60 cm，基座高7 cm，利用导水管向外排水，试验装置如图1。同步进行4组试验，为确保试验的准确性，每组设置重复试验，首先向基座内加入砂砾，保证土壤的均匀下渗，便于排水，将准备好的3个渗透筒与基座粘合。第一组试验设置3个重复，相应土柱编号为1、2、3，土柱高度50 cm，装填土壤容重为1.3 g/cm3，风干含水率为2.58%，分5层填土，每层10 cm，土重1 046.83 g；第二组、第三组、第四组试验均设2个重复，相应土柱编号为4和5、6和7、8和9，土柱高度均为40 cm，装填土壤容重为1.35 g/cm3。第二组试验土柱含水率上下一致，均为1.52%，分8层填土，每层5 cm，土重538.36 g；第三组试验，土柱的上半部分土壤含水率为1.52%，分4层填土，每层5 cm，土重538.36 g，土柱下半部分的土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重583.16 g；第四组试验，土柱上半部分土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重583.16 g，土柱下半部分土壤含水率为10%，分4层填土，每层5 cm，土重538.36 g。土柱基本情况如表2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]反演法确定田间尺度水分运动参数的研究[J]. 王仰仁,李炎,金建华,韩娜娜. 天津农学院学报. 2013(01)
[2]4种土壤入渗测定方法的比较[J]. 朱良君,张光辉,任宗萍. 水土保持通报. 2012(06)
[3]Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析[J]. 范文涛,牛文全,张振华,甲宗霞. 灌溉排水学报. 2012(02)
[4]半干旱区人工林地土壤入渗过程分析[J]. 郭忠升,邵明安. 土壤学报. 2009(05)
[5]基于神经网络的灌溉水入渗深度预测模型研究[J]. 陈海波,胡月明,胡均万,陈联诚. 华南农业大学学报. 2009(03)
[6]一维土壤入渗特性数值模拟[J]. 聂卫波,马孝义,王术礼. 灌溉排水学报. 2009(03)
[7]不同外界条件下土壤入渗性能的研究[J]. 夏江宝,杨吉华,李红云. 水土保持研究. 2004(02)
硕士论文
[1]黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤入渗性能对比研究[D]. 李贵玉.西北农林科技大学 2007
[2]农田土壤入渗参数的空间统计特征[D]. 徐海芳.长安大学 2005
本文编号：3136411
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