不同濕潤比下滴灌土壤入滲特性模擬試驗(yàn)研究

王　平，胡笑濤，王文娥

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100)

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不同濕潤比下滴灌土壤入滲特性模擬試驗(yàn)研究

王平，胡笑濤，王文娥

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100)

為了研究滴頭流量和設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)土壤水分運(yùn)移規(guī)律及濕潤體特性的影響，前期利用粘壤土進(jìn)行試驗(yàn)研究，然后依據(jù)非飽和土壤水動(dòng)力學(xué)理論和滴灌條件下土壤水分運(yùn)移特征，建立了土壤水分運(yùn)動(dòng)模型，利用HYDRUS-3D對(duì)不同濕潤比下滴灌土壤入滲模型進(jìn)行求解。通過所建模型，對(duì)11個(gè)觀測點(diǎn)的模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得出灌水結(jié)束時(shí)各觀測點(diǎn)模擬與實(shí)測含水率的相對(duì)誤差均小于10%，實(shí)測與模擬濕潤比的相對(duì)誤差為4.75%～11.78%。利用所建模型對(duì)不同情景下濕潤體運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了模擬，獲得了濕潤體特征變化規(guī)律：滴頭流量主要影響水平濕潤鋒的運(yùn)移距離，而設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)垂直濕潤鋒運(yùn)移距離的影響較大；滴頭流量相同時(shí)，設(shè)計(jì)濕潤比越大，濕潤體內(nèi)平均含水率越大，高含水區(qū)(含水率>0.410 cm3·cm-3)半徑也越大； 設(shè)計(jì)濕潤比相同時(shí)，濕潤體內(nèi)含水率高于0.410 cm3·cm-3的濕潤半徑隨流量增大而增大。

滴灌；濕潤比；入滲特性；土壤含水率；數(shù)值模擬

滴灌是目前最先進(jìn)的局部灌溉方法之一，節(jié)水增產(chǎn)效果良好。與漫灌、噴灌等不同，滴灌屬于點(diǎn)源入滲，地表濕潤范圍及蒸發(fā)量小，灌溉水入滲主要集中在作物根系，有效提高了水分利用效率，由于土壤入滲速率與滴頭流量同時(shí)影響到土壤水分運(yùn)動(dòng)及分布，進(jìn)一步影響作物根系對(duì)水分吸收，因此國內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)滴灌條件下土壤水分運(yùn)移規(guī)律及濕潤體特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究[1-2]和數(shù)值模擬分析。Cote和Siyal都運(yùn)用Hydrus-3D軟件對(duì)滴灌條件下的土壤水分及溶質(zhì)運(yùn)移進(jìn)行了模擬和分析[3-4]；張林和魏群也利用Hydrus -3D模型對(duì)單點(diǎn)源和多點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)移進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究[5-6]。但是以上研究主要側(cè)重于滴頭流量、土壤特性、初始含水率對(duì)濕潤體的影響，很少涉及關(guān)于濕潤比對(duì)濕潤體特性的影響。濕潤比[7]是滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，是把滴灌系統(tǒng)和作物生長的水分狀況聯(lián)系起來的重要紐帶。自Keller[8]提出濕潤比的概念后，濕潤比(Wetted percentage, WP)在滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，雷廷武[9-10]根據(jù)濕潤比的定義，從理論上導(dǎo)出了濕潤比計(jì)算公式的理論基礎(chǔ)以及實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)滿足的條件；晏清洪[11]通過采用3種滴灌濕潤比，探討了滴灌濕潤比對(duì)根系分布的影響。本文以不同濕潤比、滴頭流量的點(diǎn)源滴灌入滲試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用HYDRUS-3D軟件對(duì)水分運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行模擬，研究滴灌土壤水分的運(yùn)移特征及含水率分布規(guī)律，為滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1　數(shù)值分析模型

1.1土壤水分運(yùn)動(dòng)方程

地表點(diǎn)源滴灌土壤水分運(yùn)動(dòng)屬于典型的三維問題，HYDRUS模型的水流狀態(tài)為飽和-非飽和達(dá)西水流，根據(jù)達(dá)西定律、質(zhì)量守恒定律[12]，假定土壤均質(zhì)、各向同性，忽略水分運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣、溫度和滯后效應(yīng)對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響，土壤水分運(yùn)動(dòng)用Richard方程來描述：

(1)

式中，φm為總水勢(shì)(MPa)；K(θ)為非飽和土壤導(dǎo)水率(cm·min-1)；θ為土壤體積含水率(cm3·cm-3)；t為水分運(yùn)動(dòng)時(shí)間(min)。

1.2定解條件

1.2.1初始條件求解土壤水分運(yùn)動(dòng)方程的初始條件[13]為：

h(x,y,z,t)=h0(x,y,z)0≤x≤X；

0≤y≤Y； 0≤z≤Z, t=0

(2)

式中，h(x,y,z,t)為計(jì)算區(qū)域的初始負(fù)壓水頭，cm；x、y、z分別為模擬計(jì)算區(qū)域水平長度、寬度和深度，根據(jù)土壤入滲試驗(yàn)分別取x∈[0,30]、y∈[0,30]、z∈[0,70]，單位為cm。

圖1數(shù)值模似計(jì)算區(qū)域

Fig.1Numerical simulation calculation region

上邊界是一個(gè)動(dòng)態(tài)邊界，參考張林等[14]將上邊界分為兩種情況考慮：

(1) 滴頭流量較小，出流速率小于土壤的入滲速率，水分能夠瞬間滲入土壤中，即地表無積水。

在滴頭處有：

(3)

(2) 滴頭流量較大，出流速率大于土壤的入滲速率，水分不能迅速滲入土壤中，即地表有積水。

在地表飽和區(qū)有：

h=0 (0≤x≤Rs，X-Rs≤x≤X，z=0)

(4)

(5)

式中，Rs為地表積水半徑，cm。

模擬過程參考李久生[14]文獻(xiàn)中的方法：先假定地表積水的半徑，用數(shù)值模擬的方法來模擬水分運(yùn)動(dòng)(模擬灌水量與實(shí)際灌水量的誤差為5%左右)，將滴頭流量與時(shí)間的乘積近似為土體水量的增加，再通過數(shù)值模擬擬合地表積水半徑與滴頭流量的關(guān)系。

由于土箱深度較大，故下邊界可認(rèn)為土壤水分和土壤壓力水頭保持不變，即：

h(x,y,z,t)=h0，0≤x≤X；t>0

(6)

1.3數(shù)值求解

采用商業(yè)軟件HYDRUS-3D對(duì)上述模型進(jìn)行數(shù)值模擬，利用Galerkin有限單元法進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算[15]，利用隱式差分法對(duì)時(shí)間進(jìn)行離散[16]。模型的模擬區(qū)域長、寬、高分別為60、60、70 cm的長方體，采用三棱柱進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小為1.9 cm；滴頭附近由于土壤水勢(shì)梯度較大，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密處理；為便于模擬結(jié)果的驗(yàn)證，模擬時(shí)在沿滴頭位置處的1/4豎直剖面上設(shè)置了11個(gè)觀測點(diǎn)，相鄰觀測點(diǎn)的水平間距和垂直間距均為7.5 cm，觀測點(diǎn)具體布置如圖2所示。

圖2模擬區(qū)域觀測點(diǎn)布置

Fig.2 Layout diagram of observation points in simulation region

2　模型驗(yàn)證

2.1供試土壤

供試土壤為陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)灌溉排水試驗(yàn)站粘壤土，取土層次為0～40 cm。土壤容重為1.35 g·cm-3，土壤的機(jī)械組成為砂粒(0.02 mm)占62.00%，粉粒(0.002～0.02 mm)占32.36%，粘粒(<0.002 mm)占5.64%，土樣風(fēng)干后過2 mm篩備用。

土壤水分特征曲線利用高速離心機(jī)測定，土壤飽和導(dǎo)水率用定水頭法進(jìn)行測定，土壤水分特征曲線采用Van Genuchten模型擬合。

(7)

(8)

其中：

Se=(θ-θr)/(θs-θr)

(9)

m=1-1/n, n>1

(10)

式中，θs為土壤飽和導(dǎo)水率(cm3·cm-3)；θr為土壤殘余含水率(cm3·cm-3)；α,n,m為擬合參數(shù)；α是與土壤物理性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)(cm-1)。h為土壤負(fù)壓水頭(cm)；Ks為滲透系數(shù)(cm·min-1)；Se為土壤有效含水率(cm3·cm-3)；l為空隙連通性參數(shù)，一般情況取為0.5。本研究中土壤水分特性的參數(shù)值為θr=0.03cm3·cm-3；θs=0.48cm3·cm-3；α=0.036cm-1；n=1.56；Ks=0.125cm·min-1。

2.2試驗(yàn)裝置與方法

通過室內(nèi)單點(diǎn)源滴灌入滲試驗(yàn)，對(duì)所建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)裝置由供水系統(tǒng)、有機(jī)玻璃土箱和土壤水分測定儀ECH2O組成。供水系統(tǒng)由恒定水頭為10 m的水塔和滴頭組成，滴頭為兩種以色列NETAFIM管上式壓力補(bǔ)償?shù)晤^，利用水塔向滴頭供水，滴頭實(shí)測流量分別為2.2 L·h-1和4.1 L·h-1；有機(jī)玻璃土箱尺寸為60 cm×60 cm×70 cm(長×寬×高)；試驗(yàn)過程中采用ECH2O土壤水分測定儀實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤濕潤體內(nèi)含水率的動(dòng)態(tài)變化，ECH2O由傳感器和數(shù)據(jù)采集器兩部分組成。

試驗(yàn)土壤按照容重1.35 g·cm-3分層裝土，底層裝土厚度為10 cm，上面每層為7.5 cm，裝土過程中埋設(shè)傳感器，共40個(gè)，傳感器布置圖如圖3所示，傳感器的橫向與垂向距離均為7.5 cm；裝土結(jié)束后自然沉降一天以獲得均勻穩(wěn)定的土壤初始含水率。

圖3傳感器布置

Fig.3Arrangement diagram of sensor

試驗(yàn)在相同土壤初始含水率(7%)和相同土壤容重(1.35 g·cm-3)的條件下，分別選擇滴頭流量為2.2、4.1 L·h-1，設(shè)計(jì)濕潤比為40%、60%、80%水平下開展試驗(yàn)。試驗(yàn)于2014年4—6月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)開始后通過數(shù)據(jù)采集器監(jiān)測48 h內(nèi)濕潤體的含水率變化情況，觀測時(shí)間間隔為2 min。

2.3結(jié)果驗(yàn)證

2.3.1土壤含水率表1列出了灌水結(jié)束時(shí)60%濕潤比、滴頭流量2.2 L·h-1時(shí)，11個(gè)觀測點(diǎn)實(shí)測與模擬土壤含水率的對(duì)比結(jié)果。由表1可以看出，土壤含水率的實(shí)測值與模擬值之間相對(duì)誤差的絕對(duì)值在1.6%～10%之間，此外還可以看出距離滴頭越遠(yuǎn)，含水率的相對(duì)誤差越大，這可能是由于模擬是在土壤均質(zhì)、各向同性的理想情況下進(jìn)行，而實(shí)際試驗(yàn)時(shí)沉降過程中下層土壤會(huì)比上層土壤壓實(shí)程度大，進(jìn)而減小了土壤下層水分運(yùn)移速率，導(dǎo)致實(shí)測與模擬含水率之間差值變大。但從總體來看，數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說明利用所建立的數(shù)學(xué)模型可以對(duì)滴灌的土壤水分運(yùn)移進(jìn)行模擬。

2.3.2土壤含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律圖4為灌水結(jié)束時(shí)，不同處理下的3個(gè)觀測點(diǎn)處含水率隨時(shí)間變化規(guī)律的模擬與實(shí)測對(duì)比情況。從圖中可以看出，灌水開始后，觀測點(diǎn)距離滴頭越近，該觀測點(diǎn)的含水率增長速度越快，隨著時(shí)間推移，含水率增長速度逐漸趨于平緩，總的來看，各觀測點(diǎn)處的含水率都呈先增大后趨于平緩的趨勢(shì)。通過模擬值與實(shí)測值對(duì)比，可知模擬和實(shí)測的含水率變化規(guī)律基本一致，各觀測點(diǎn)的模擬值與實(shí)測值均較接近，相對(duì)誤差(相對(duì)誤差=|模擬值-實(shí)測值|/實(shí)測值)均小于10%，模擬結(jié)果能較好地反映濕潤體內(nèi)含水率的變化情況。

表1　土壤含水率實(shí)測值與模擬值的對(duì)比

圖4土壤含水率試驗(yàn)值與模擬值對(duì)比

Fig.4Comparison of measured and simulated soil moisture

2.3.3濕潤比的變化規(guī)律表2給出了灌水結(jié)束時(shí)，不同處理下實(shí)際與模擬濕潤比的對(duì)比情況，由表中可以看出，模擬濕潤比均稍大于實(shí)際濕潤比，實(shí)際與模擬濕潤比的相對(duì)誤差變幅在4.75%～11.78%之間，誤差原因可能是由于裝土階段土壤夯實(shí)不均勻或由于儀器測量誤差造成的?？傮w來看，模擬結(jié)果仍可以很好地代表實(shí)測結(jié)果，表明所建模型可用于實(shí)際濕潤比的計(jì)算。

3　結(jié)果與分析

利用所建模型對(duì)濕潤比分別為40%、50%、60%、70%、80%，滴頭流量分別為2.2、3.0、4.1、5.0 L·h-1情況下濕潤體的運(yùn)移特征進(jìn)行了模擬，并分析了模擬結(jié)果的濕潤體特性變化規(guī)律。

表2　濕潤比實(shí)測值與模擬值的對(duì)比/%

3.1流量和設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)濕潤體形狀的影響

表3為模擬的不同設(shè)計(jì)濕潤比和滴頭流量下濕潤體的深寬比(H/x，濕潤體在垂直方向運(yùn)移距離與水平方向運(yùn)移距離的比值)變化規(guī)律。由表3可以看出，相同設(shè)計(jì)濕潤比時(shí)，深寬比隨滴頭流量增大而減小，說明滴頭流量對(duì)水平運(yùn)移距離的影響較大，滴頭流量較小時(shí)(2.2、3 L·h-1)，濕潤鋒的垂直運(yùn)移距離大于水平運(yùn)移距離，這是因?yàn)榈晤^流量越大，土壤入滲能力越小于供水強(qiáng)度，土壤表層積水半徑越大，加速了積水區(qū)在水平方向的運(yùn)移速率；滴頭流量相同時(shí)，深寬比隨設(shè)計(jì)濕潤比的增大而增大，這說明設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)垂直方向運(yùn)移距離的影響大于對(duì)水平方向運(yùn)移距離的影響，這是由于同一滴頭流量不會(huì)影響濕潤鋒在水平方向的擴(kuò)散速率，但隨著設(shè)計(jì)濕潤比增大，灌水時(shí)間延長，而土水勢(shì)梯度又隨時(shí)間推移逐漸減小，在重力勢(shì)和基質(zhì)勢(shì)共同作用下，土壤水分在垂直方向運(yùn)移速率增大。因此滴頭流量主要影響濕潤體的水平運(yùn)移距離，而設(shè)計(jì)濕潤比主要影響濕潤體的垂直運(yùn)移距離。

表3　不同設(shè)計(jì)濕潤比下滴頭流量對(duì)濕潤體深寬比的影響

3.2設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)土壤水分分布的影響

設(shè)計(jì)濕潤比的選取對(duì)滴灌的灌溉效果有很大影響，圖5為灌水結(jié)束時(shí)，4.1 L·h-1滴頭流量、不同設(shè)計(jì)濕潤比下的土壤水分分布情況。從圖中可以得出，入滲所形成的濕潤體剖面均為1/4橢圓形，隨設(shè)計(jì)濕潤比增大，入滲的水平和垂直距離逐漸變大，濕潤體體積也相應(yīng)變大。

設(shè)計(jì)濕潤比越大，濕潤體內(nèi)高含水區(qū)(含水率>0.410 cm3·cm-3)半徑也越大，例如設(shè)計(jì)濕潤比為40%時(shí)，高含水區(qū)表層半徑為13 cm，而當(dāng)設(shè)計(jì)濕潤比為80%時(shí)，高含水區(qū)表層半徑達(dá)到16 cm；設(shè)計(jì)濕潤比逐漸增大時(shí)，濕潤體內(nèi)的平均含水率也依次增大，分別為0.251、0.256、0.262、0.268、0.272 cm3·cm-3，這是由于隨著濕潤比增大，雖然灌水量變大，但濕潤體積也會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致濕潤體內(nèi)的平均含水率變化較小。因此，對(duì)含水率值無太大要求的情況下，適當(dāng)?shù)販p小設(shè)計(jì)濕潤比，可以達(dá)到節(jié)水效果，而且?guī)缀醪粫?huì)影響濕潤體內(nèi)的平均含水率大小。

3.3滴頭流量對(duì)土壤水分分布的影響

滴頭流量影響濕潤體的大小、形狀和土壤水分分布的不均勻程度，將對(duì)作物生長產(chǎn)生影響[17]。圖6為灌水結(jié)束時(shí)設(shè)計(jì)濕潤比為60%、不同滴頭流量下濕潤體內(nèi)的含水率分布情況，圖為濕潤體的1/4剖面。

由圖6可以看出滴頭流量不同時(shí)，濕潤體大小隨滴頭流量增大有小幅度的增加。以滴頭流量分別為2.2 L·h-1和4.1 L·h-1為例，滴頭流量為2.2 L·h-1時(shí)實(shí)際濕潤比為53.87%，而滴頭流量為4.1 L·h-1時(shí)實(shí)際濕潤比為57.45%，增長幅度僅為6.65%；濕潤體內(nèi)高含水區(qū)表層半徑隨滴頭流量增大而增大，滴頭流量逐漸增大時(shí)，濕潤體內(nèi)含水率高于0.410 cm3·cm-3的濕潤半徑分別為11、13、15、16 cm，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)濕潤比相同時(shí)，滴頭流量越大，灌水時(shí)間越短，地表附近的灌水無法及時(shí)下滲，形成積水區(qū)的范圍也會(huì)變大，濕潤體內(nèi)的高含水區(qū)的范圍也相應(yīng)增大；由于濕潤體大小隨滴頭流量的增大而增大，因此在設(shè)計(jì)濕潤比相同情況下，滴頭流量的增大反而會(huì)減小濕潤體內(nèi)的平均含水率，從而有可能在滴頭流量較大時(shí)，濕潤體內(nèi)的含水率無法滿足作物的生長需求。

4　結(jié)　論

本文根據(jù)非飽和土壤水動(dòng)力學(xué)理論和單點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)移特征，按照試驗(yàn)條件設(shè)定邊界，建立了單點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并用商業(yè)化HYDRUS-3D軟件對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值求解。通過對(duì)3種設(shè)計(jì)濕潤比、2種流量條件下滴灌土壤水分隨時(shí)間變化規(guī)律的模擬值與實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比可知：

1) 灌水結(jié)束時(shí)，觀測點(diǎn)處模擬與實(shí)測含水率的相對(duì)誤差均在10%以內(nèi)；實(shí)測與模擬濕潤比的相對(duì)誤差變幅為4.75%～11.78%，總體上模擬結(jié)果可以很好地代表實(shí)測結(jié)果，表明所建模型可用于對(duì)實(shí)際入滲特性的模擬計(jì)算。

2) 滴頭流量對(duì)濕潤鋒水平運(yùn)移距離的影響較大，設(shè)計(jì)濕潤比主要影響濕潤鋒在垂直方向的運(yùn)移距離；相同滴頭流量(4 L·h-1)時(shí)，設(shè)計(jì)濕潤比越大，濕潤體內(nèi)平均含水率越大，且濕潤體內(nèi)高含水區(qū)(含水率>0.410 cm3·cm-3)半徑也越大；設(shè)計(jì)濕潤比相同(60%)，滴頭流量不同時(shí)，濕潤體大小隨滴頭流量

圖5　設(shè)計(jì)濕潤比對(duì)土壤水分分布的影響

圖6滴頭流量對(duì)土壤水分分布的影響(模擬)

Fig.6Effects of dripper discharge on soil water distribution (simulation)

增大有小幅度增加，濕潤體內(nèi)含水率高于0.410 cm3·cm-3的半徑隨滴頭流量的增大而增大，但是滴頭流量增大反而會(huì)降低濕潤體內(nèi)的平均含水率。

實(shí)際指導(dǎo)灌溉時(shí)，應(yīng)結(jié)合作物根區(qū)分布情況，合理地選擇滴頭流量和設(shè)計(jì)濕潤比，使水分不至于造成無效蒸發(fā)和深層滲漏，例如滴灌條件下種植棉花、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物，根系在垂直方向主要分布在0～30 cm土層，在水平方向是由作物植株處向兩側(cè)逐漸減小，適宜選擇較小的設(shè)計(jì)濕潤比和較大的滴頭流量，既不會(huì)造成深層滲漏，也可以達(dá)到很好的濕潤效果。

[1]張振華,蔡煥杰,郭永昌，等.滴灌土壤濕潤體影響因素的實(shí)驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(2):17-20.

[2]李道西,代小平,馮江,等.滴頭流量和灌水量對(duì)滴灌土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響[J].節(jié)水灌溉,2012,(2):13-15.

[3]Cote C M, Bristow K L, Charlesworth P B, et al. Analysis of soil wetting and solute transport in subsurface trickle irrigation[J]. Irrigation Science, 2003,22(3/4):143-156.

[4]A. A. Siyal, T. H. Skaggs. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation[J]. Agricultural water Management, 2008,96(6):893-904.

[5]張林,吳普特,朱德蘭,等.多點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)移模擬試驗(yàn)研究[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào),2012,30(2):237-243.[6]魏群,費(fèi)良軍.地表滴灌點(diǎn)源入滲土壤水分運(yùn)動(dòng)的模擬研究[J].廣東水利水電,2012,(z1):7-10,15.

[7]傅琳,董文楚,鄭耀泉.微灌工程技術(shù)指南[M].北京:水利電力出版社,1988:96-100.

[8]Keller J, Karmeli D. Trickle irrigation design parameters[J]. Transaction of the ASAE, 1974,17(4):678-684.

[9]雷廷武,鄭耀泉,聶光鏞.滴灌濕潤比的有理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1992,8(1):23-34.

[10]雷廷武.滴灌濕潤比的解析設(shè)計(jì)[J].水利學(xué)報(bào),1994,(1):1-9. [11]晏清洪,王偉,任德新,等.滴灌濕潤比對(duì)成齡庫爾勒香梨生長及耗水規(guī)律的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2011,29(1):7-13.[12]李光永,鄭耀泉,曾德超,等.地埋點(diǎn)源非飽和土壤水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J].水利學(xué)報(bào),1996,27(11):47-56.

[13]張林,吳普特,范興科.多點(diǎn)源滴灌條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,26(9):40-45.

[14]李久生,張建君,饒敏杰.滴灌施肥灌溉的水氮運(yùn)移數(shù)學(xué)模擬及試驗(yàn)驗(yàn)證[J].水利學(xué)報(bào),2005,36(8):932-938.

[15]Liping Pang, Murray E Close, James P.C Watt, et al. Simulation of picloram, atrazine, and simazine leaching through two New Zealand soils and into ground water using HYDRUS-2D[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2000,44(1):19-46.

[16]Prit Pal Singh Lubana, N.K. Narda. Soil water dynamics model for trickle irrigated tomatoes[J]. Agricultural Water Management, 1998,37(2):145-161.

[17]李明思,康紹忠,孫海燕.點(diǎn)源滴灌滴頭流量與濕潤體關(guān)系研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(4):32-35.

Simulation of soil infiltration characteristics under different wetted soil percentage

WANG Ping, HU Xiao-tao, WANG Wen-e

(KeyLaboratoryofAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridandSemiaridAreas,MinistryofEducation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Designed wetted percentage and dripper discharge are two important parameters in the design of drip irrigation system, affecting the size of wetted body and growth status of plant. With the aim of elucidating the influence of dripper discharge and thereby designing wetted percentage according to soil moisture migration and wetting soil characteristic, this paper based on the theory of unsaturated dynamics and the characteristics of soil moisture transfer under drip irrigation, and established a model of soil water movement, HYDRUS-3D software, to solve the soil infiltration model under different wetted soil percentage. The contrast of measured and simulated values showed that at the end of irrigation, the relative error between simulated and measured values of each observation point were less than 10%, and those for wetted soil percentage were 4.75%～11.78%. By simulating the wetted soil moisture migration under different condition using the established model, we obtained the rule of wetting body characteristics. Dripper discharge mainly affected the migration distance in horizontal direction, design wetted soil percentage had a greater influence on vertical direction. When the dipper discharge is the same, the larger the design wetted soil percentage, the greater the average moisture content in wetted body and the bigger radius of high water zone (water content>0.410 cm3·cm-3). When the design wetted percentage was the same, the radius of high water cut in wetted body increased as the dripper discharge increased.

drip irrigation; wetted percentage; infiltration characteristics; soil water content; numerical simulation

1000-7601(2016)04-0006-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.02

2015-09-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51179163)

王平(1989—)，女，河北滄州人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉原理與新技術(shù)研究。 E-mail:1092443775@qq.com。

胡笑濤(1972—)，男，博士，教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。 E-mail:huxiaotao11@nwsuaf.edu.cn。

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.02

S275.6

A

文章編號(hào)：1000-7601(2016)04-0006-06

收稿日期：2015-09-10

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51179163)

作者簡介：王平(1989—)，女，河北滄州人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉原理與新技術(shù)研究。 E-mail:1092443775@qq.com。

通信作者：胡笑濤(1972—)，男，博士，教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。 E-mail:huxiaotao11@nwsuaf.edu.cn。