坡地允許噴灌強度計算模型

黃 煜，張 林，2，付博陽

（1.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，陜西楊凌712100）

0 引 言

允許噴灌強度是坡地噴灌系統(tǒng)設計的一個重要指標，對某一種土壤來說，它是一種最大可能的噴灌強度。當用這一噴灌強度進行噴灌時，全部噴灑水量都能均勻地滲入土壤中，地表幾乎不產(chǎn)生徑流，也不致破壞土壤結構[1?7]。

許多學者對平地允許噴灌強度進行了研究。Silva 等[8，9]發(fā)現(xiàn)，允許噴灌強度與土壤入滲息息相關，要求噴灌水量立即入滲而不產(chǎn)生徑流，則在灌溉時間內(nèi)噴灌強度應始終低于土壤入滲速率。Kostiakov[10]得出，噴灌強度在0.10～0.15mm/min時，土壤的結構和通氣性不會遭到破壞，噴灌強度越大則對土壤結構的破壞越嚴重。伊爾霍夫[11]在黑鈣土上進行了試驗，認為噴灌由于土壤表面沒有水層，所以屬無壓入滲，引出了土壤無壓入滲指標，并得出了地面出現(xiàn)水洼和開始產(chǎn)流之前，噴灌水層深度與噴灌強度的關系。Kretinina[12]研究了噴灌對栗鈣土的影響，結果表明當雨滴粒徑相同時，隨著噴灌強度的增大，地表出現(xiàn)水洼的時間將縮短；噴灌強度一定，雨滴粒徑越小，出現(xiàn)水洼的時間將延長。以上試驗均對平地允許噴灌強度確定提供了指導，但平地與坡地不同，若噴灌強度不合適，坡地比平地更易積水，形成地表徑流，造成水資源浪費和水土流失。

蔣定生等[13]通過坡地降雨對入滲影響的模擬試驗，得出土壤穩(wěn)定入滲速率隨著坡度增加而減小這一規(guī)律。黃明斌[14]分析了坡地單元降雨產(chǎn)流，發(fā)現(xiàn)土壤平均入滲速率隨坡度的增加呈指數(shù)曲線下降。辛偉[15]等對坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙進行了模擬試驗，結果表明地表徑流累積量與雨強、坡度均成正比關系，壤中流累積量隨著坡度和雨強的增大而減小。Cisneros 等[16?18]研究了坡度對允許噴灌強度的影響，指出允許噴灌強度與地形坡度有關，并隨著坡度的增大而減小。由以上研究可知，坡地的土壤入滲速率將隨坡度增加而減小，采用與平地相同的噴灌強度在坡地灌溉時，將更早產(chǎn)流，徑流量也越多，因此，相對于平地，坡地的允許噴灌強度將更小。

為使每次的噴灌水量達到設計灌水定額的要求，傳統(tǒng)的允許噴灌強度確定方法多采用以土壤的穩(wěn)定入滲速率作為噴灌強度的上限，此方法雖較合理，但以土壤穩(wěn)定入滲速率作為上限偏于保守，尤其對于土壤穩(wěn)定入滲速率較低坡地來說，將導致單次灌溉時間過長，系統(tǒng)運行效率較低，能耗、成本提高。

因此，為了給坡地噴灌提供一種適宜且高效的允許噴灌強度計算方法，本文基于水文學產(chǎn)流原理，通過求解土壤入滲速率與灌水定額和噴灌強度的關系，建立了坡地允許噴灌強度計算模型，利用模型研究了土壤類型、地形坡度、灌水定額對允許噴灌強度的影響，為解決坡地噴灌灌溉質量低和水利用率不高等問題提供了一定參考，也為噴灌系統(tǒng)的設計和噴灌技術在坡地大面積推廣應用奠定一定基礎。

1 坡地允許噴灌強度計算模型構建

1.1 模型構建方法

允許噴灌強度是一種最大可能的噴灌強度，根據(jù)水文學產(chǎn)流原理，在某一時刻噴灌強度大于土壤水分入滲速率時，水分來不及入滲，將開始產(chǎn)流，這在實際噴灌應用中是不可取的。因此，在灌溉期間，噴灌強度應始終小于土壤水分入滲速率，才能使水分都能均勻滲入土壤而不產(chǎn)生地表徑流。

當以噴灌強度等于或低于土壤穩(wěn)定入滲速率?c進行灌溉，雖能保證不產(chǎn)流，但會導致每次噴灌時間延長，效率較低，達不到最優(yōu)目的，適宜的噴灌強度應介于穩(wěn)定入滲速率與最大入滲速率之間。為了更好的確定較優(yōu)的允許噴灌強度及每次的噴灑時間，應該既考慮土壤的入滲能力又考慮灌溉要求。因此，為使坡地噴灌不產(chǎn)生徑流，節(jié)約水資源，又要水分充分入滲，滿足作物需求。則必須滿足：

式中：P為噴灌強度，mm/h；?為某時刻入滲能力，mm/h；?c為土壤穩(wěn)定入滲速率，mm/h；?m為土壤最大入滲能力，mm/h；I為噴灌總入滲水量，mm；t為噴灌時間，min；m為設計灌水定額，mm。

為了對以上方程進行求解，應將允許噴灌強度與土壤水分入滲速率和灌水定額相結合。圖1給出了坡地噴灌條件下，土壤水分入滲能力曲線與允許噴灌強度Pa關系曲線。

當噴頭以噴灌強度Pa進行灌溉，在0～t1時間內(nèi)，噴灌強度Pa≤土壤水分入滲速率?，噴灌水分全部入滲而不會產(chǎn)生徑流。當時間到達t2，即圖1中上下兩塊陰影部分面積相同時，此時灌溉量（m=Pa t2）與噴灌入滲總水量I相等（I為0～t1時間內(nèi)入滲曲線與兩坐標軸圍成的面積），且噴灌強度大于土壤水分入滲速率，地面即將開始產(chǎn)流。此時的噴灌強度即為允許噴灌強度，其值Pa=?1（?1是入滲曲線上對應時刻t1的入滲速率），t2為滿足灌水定額m條件下，允許噴灌強度的灌溉時間。

圖1 土壤水分入滲曲線與允許噴灌強度Fig.1 Relationship between infiltration curve and allowable application rate

Philip 入滲模型因具有明確的物理意義和較高的土壤水分入滲擬合精度被廣泛應用于坡地入滲[19?22]，因此，坡地土壤水分入滲能力曲線可以采用Philip公式來表示：

式中：?(t)為某一時刻入滲速率，mm/min；S為吸滲率，mm/min0.5；A為土壤達到飽和時的入滲速率，mm/min。

要求噴灌不產(chǎn)流且滿足灌溉定額，則有：

由公式（4）～（6）可解出：

1.2 模型參數(shù)確定

1.2.1 設計灌水定額m

灌水定額m根據(jù)作物實際需水要求以及灌溉時土壤水分情況進行設定確定，可采用式（10）進行計算：

式中：H為作物土壤計劃濕潤層厚度，cm；Qmax為灌溉后土層的含水量上限，相當于田間持水量，cm3/cm3；Qmin為灌溉前土層含水量下限，約為田間持水量的60%～70%，cm3/cm3；η為噴灑水有效利用系數(shù)。

1.2.2 土壤穩(wěn)定入滲速率A和土壤吸滲率S

參數(shù)A和S可通過求解坡地噴灌土壤入滲能力曲線得到，但要獲得各種實測情況下的土壤水分入滲能力曲線工作量大且較為困難?？紤]到Philip模型為Richards 方程[23]的解析解，且坡地噴灌時，噴灌水分進入土壤，主要在基質勢和重力勢的共同作用下運移，其水分運動符合達西定律，因此可采用Richards 方程來模擬坡地噴灌土壤水分運動，通過求解Richards 方程來推求不同條件下土壤穩(wěn)定入滲速率A和土壤吸滲率S。

假設土壤均質且各向同性，忽略溫度對土壤水分運動的影響，不考慮土壤水分滯后效應，坡地噴灌土壤水分運動可以采用Richards方程描述：

式中：θ為體積含水率，cm3/cm3；t為時間，min；h為土壤壓力水頭，cm；z和x為垂直與水平坐標，cm；K(h)為導水率，mm/min。

土壤含水率θ及導水率K(h)可由vanGenuchten?Mualem[24，25]公式表示：

式中：θs為飽和含水率，cm3/cm3；θr為殘余含水率，cm3/cm3；α、m、n和l為經(jīng)驗參數(shù)，m=1?1/n。Ks為飽和導水率，mm/min；Se為相對飽和度，Se=(θ?θr)/(θs?θr)。

坡地噴灌中Richards方程的定解條件為：

（1）邊界條件。圖2給出了坡地噴灌條件下，坡地縱斷面網(wǎng)格劃分和邊界條件示意圖，如圖2所示，可將坡地縱斷面簡化為ABCD所圍成的梯形，其地形坡度可以表示為：

式中：|AD|、|BC|和|CD|為AD、BC和CD邊的長度，m。

圖2 模擬求解區(qū)域示意圖Fig.2 Flow domain defined in simulation

上邊界AB為定通量邊界，忽略地表水分蒸發(fā)，其水分通量為坡面平均噴灌強度：

式中：p(β)為坡面平均噴灌強度，mm/h；其值可通過實測手段獲得，也可通過前人提出的坡地噴灌水量分布數(shù)學模型計算[26?28]。

左、右邊界AD和BC均設定為零通量邊界：

下邊界CD為自由排水邊界：

（2）初始條件。假定模擬區(qū)域的土壤初始含水率均勻分布且滿足：

式中：θ0(x,z,0)為土壤初始含水率，cm3/cm3。

（3）求解參數(shù)方法。采用HYDRUS?2D軟件對坡地噴灌條件下的Richards方程進行求解，求解區(qū)域采用三角形為單元進行劃分，節(jié)點之間的距離為2 cm。計算初始步長為0.1 min，最小和最大步長分別為0.01 min 和0.1 min。吸滲率S和土壤穩(wěn)定入滲速率A，可通過Philip 公式對所得的土壤入滲能力曲線進行擬合得到。

2 模型的試驗驗證

2.1 試驗材料與方法

坡地噴灌土壤水分入滲試驗在西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院灌溉水力學試驗廳進行，室內(nèi)無風。試驗裝置由噴頭、壓力傳感器、恒壓變頻供水控制柜、不銹鋼水箱、土箱、電子秤、不銹鋼支架以及其他必需的試驗設備等組成。測試噴頭選用灌溉中常見的雨鳥R5000 噴頭，噴嘴直徑為3.0 mm，噴射仰角為10°，工作壓力范圍為170～450 kPa。為了防止噴頭噴灑出的水滴四處亂濺，損壞其他試驗設備，在噴頭周圍安裝一道弧形擋水薄膜。壓力傳感器為西安新敏CYB 型（量程0～500 kPa，精度0.1%），將其安裝在噴頭進口處，并用防水塑料袋包裹。

由于在野外進行坡地噴灌土壤水分測定比較困難，為了便于試驗，可在室內(nèi)利用若干個獨立土箱的土壤水分入滲情況來模擬坡地的土壤水分入滲。通過改變土箱與噴頭的相對高差、水平距離以形成試驗所需的地形坡度。本次試驗采用3個土箱來驗證坡地噴灌條件下土壤水分入滲情況，試驗前，將3個土箱分別放置離噴頭水平距離1、5 和10 m 處的不銹鋼支架上，根據(jù)試驗坡度，計算噴頭和土箱高程，通過改變不銹鋼支架高度，使土箱表面與噴頭處于同一坡面。為了便于觀測土壤水分入滲變化，土箱均采用透明有機玻璃加工而成。土箱橫截面寬度為0.3 m，縱截面形狀為直角梯形，以便根據(jù)坡度將土壤填充成傾斜面，其上底、下底和高的尺寸分別為0.3 m×0.45 m×0.3 m。試驗用土為過2 mm 篩、曬干的黏壤土，其中黏粒含量31.6%，粉粒34.9%，砂粒33.5%，初始含水率為0.10 cm3/cm3，土壤水分特征參數(shù)見表1。以每5 cm 一層，按容重1.3 g/cm3將土壤人工壓實裝入土箱，并根據(jù)坡度調(diào)節(jié)土壤表面傾斜度，使其與坡度一致。在距土壤表面4.5、12.0、19.5和27.0 cm 處，分別布置1個EM50土壤水分傳感器，每隔2 min 獲取一次土壤含水率；電子秤（量程為0～200 kg，精度為20 g）置于土箱下，每間隔10 min記錄一次土壤水分累積入滲量；記錄產(chǎn)流時間。

表1 土壤水分特征參數(shù)Tab.1 Hydraulic parameters of soil

坡地噴灌持續(xù)時間為3 h；試驗坡度為15%；為了使噴頭在正常壓力范圍內(nèi)運行，噴頭測試工作壓力設為300 kPa，試驗前，通過調(diào)節(jié)恒壓變頻供水控制柜，獲得噴頭所需試驗工作壓力，待壓力穩(wěn)定后，即可開始測試。

2.2 統(tǒng)計分析指標

采用平均相對誤差（MRE）、均方根誤差（RMSE）及決定系數(shù)R2，對模擬值與實測值之間的符合度進行統(tǒng)計分析，MRE絕對值小于0.15代表模型具有較好的適用性，RMSE越接近0，R2越接近1，模擬效果越好。

2.3 模擬值與實測值對比分析

對坡地噴灌土壤水分入滲曲線（模擬與實測的土壤穩(wěn)定入滲速率A和土壤吸滲率S）、土壤累積入滲量（I）和灌溉總量（m）以及噴灌強度P和滿足一定灌水定額的允許噴灌強度Pa進行了對比分析。圖3給出了坡地噴灌土壤水分入滲速率隨時間變化的模擬值與實測值對比情況。從圖3可以看出，模擬與實測的土壤水分入滲速率隨時間具有一致的變化規(guī)律，均隨時間的增加而呈冪函數(shù)減小。對土壤水分入滲速率在各時間的模擬值與實測值進行統(tǒng)計分析，結果顯示模擬與實測的MRE絕對值為0.046，RMSE值為0.036，R2大于0.913；實測的土壤穩(wěn)定入滲速率A為2.231 mm/min，土壤吸滲率S為0.155 mm/min0.5；模擬的土壤穩(wěn)定入滲速率A為2.010 mm/min，土壤吸滲率S為0.162 mm/min0.5，相對誤差分別僅有11.01%和4.32%。在試驗過程中，實測噴灌開始產(chǎn)流的時間t2為58 min，此時的土壤水分累積入滲量I等于灌水量m，為20.3 mm；模擬的開始產(chǎn)流時間t2為61 min，模擬的累積入滲量I等于灌水量m，為20.0 mm；通過上述模型計算，在灌水定額為20 mm時，坡地噴灌的允許噴灌強度為0.33 mm/min，其值與噴灌強度0.35 mm/min 非常接近。由此說明，坡地噴灌允許噴灌強度計算模型的模擬值與實測值之間差異較小，表明模型可用于推求不同工作條件下坡地的允許噴灌強度。

圖3 模擬與實測的土壤水分入滲速率Fig.3 Infiltration rate between simulated and measured values

3 模型應用

應用上述構建的坡地允許噴灌強度計算模型，研究了土壤類型、地形坡度及灌水定額對坡地允許噴灌強度影響。模擬因素和水平如表所示，模擬噴灌時間均為3 h。

表2 模擬因素及水平Tab.2 Experimental factors and levels for simulation

3.1 土壤質地對允許噴灌強度影響

本次試驗共選取5種土壤，分別為砂土、砂壤土、壤土、黏壤土和黏土，土壤水分特性參數(shù)如表3所示，土壤初始含水率均為0.20 cm3/cm3。

表3 土壤水分特性參數(shù)Tab.3 Hydraulic parameters of soil

為求土壤穩(wěn)定入滲速率A和土壤吸滲率S，需對不同土壤質地在噴灌條件下的土壤水分入滲曲線進行求解，圖4給出了坡度為5%時，不同土壤質地的土壤入滲速率隨時間變化曲線。不同土壤類型下土壤水分入滲速率隨時間的變化較為類似，均隨灌水時間的增加而逐漸減小，但不同土壤類型的土壤入滲速率大小有所不同。入滲速率隨時間的變化趨勢可分為2個階段：第1 階段，時間小于40 min，土壤入滲速率隨灌水時間的增加迅速減小。其中，砂土入滲速率下降最多，由5 min時的0.854 mm/min 下降到0.475 mm/min。黏土入滲速率減少最小，由0.348 mm/min 減少到0.170 mm/min；第2 階段，時間大于40min，隨著灌水時間的繼續(xù)增加，入滲速率緩慢減小并逐漸趨于穩(wěn)定。相同灌水時間下，不同土壤類型的入滲速率由大到小依次為：砂土、砂壤土、壤土、黏壤土、黏土。180 min時各土壤入滲速率分別為0.365、0.247、0.192、0.148、0.119 mm/min，砂土入滲速率最高，約為入滲速率最低黏土的3倍。這主要是因為，由于土壤質地的不同，其各顆粒級配將不同，顆粒級配影響土粒的表面能、土壤孔隙尺度和分布，這會對土壤水分運動的驅動力和水力傳導度產(chǎn)生影響，進而影響到土壤水分入滲能力。黏粒的百分比越高，土壤質地越重，土壤顆粒則越細，顆粒之間孔隙越小，顆粒總表面積越大，表面能越高、吸水能力越強，而導水能力減弱。這就導致了重質土壤的入滲速率要低于輕質土壤，且其入滲速率變化相對于輕質土壤更小。

圖4 不同土壤質地下土壤入滲速率隨時間變化Fig.4 Infiltration rate under different soil texture

采用Philip 公式對入滲曲線進行擬合，擬合效果較好。當灌水定額均為30 mm時，不同土壤的允許噴灌強度和灌溉時長如表4所示。從表可以看出，隨土壤質地由輕到重，各土壤的穩(wěn)定入滲速率A和吸滲率S由大變小，允許噴灌強度降低，單次灌溉時間延長。砂土因其土壤顆粒和顆粒之間孔隙較大，導致其顆?？偙砻娣e相對更小，表面能更低、吸水能力更弱，而導水能力增強。砂土的穩(wěn)定入滲速率最高，為0.27 mm/min，分別為砂壤土、壤土、黏壤土、黏土的1.75、2.62、2.87 和3.66 倍。土壤質地越重，土壤表面能越高，對水分的吸附能力則越強，相同含水率和水勢梯度條件下，其水力傳導度越小，土壤的吸滲率則越低。黏土的吸滲率為1.23 mm/min0.5，僅有砂土、砂壤土、壤土、黏壤土的46.80%、48.91%、50.71%和84.01%。允許噴灌強度受土壤入滲能力影響，由式（8）可知允許噴灌強度與土壤的穩(wěn)定入滲速率和吸滲率呈正相關。土壤穩(wěn)定入滲速率越高，吸滲率越大，則允許噴灌強度也越大。在各土壤中，砂土的允許噴灌強度最大，為0.46 mm/min，相同的灌水定額下，噴灌強度越大，灌溉時間就越短，達到灌水定額僅需65.09 min。對黏土而言，其允許噴灌強度最小，相同灌水定額的灌溉時間最久，為253.36 min，接近砂土灌溉時間的4倍。其他土壤的允許噴灌強度介于砂土與黏土之間，隨土壤黏粒百分比的增加而減小。不同土壤質地之間允許噴灌強度差異較大，因此，進行坡地噴灌時，應根據(jù)當?shù)氐耐寥蕾|地，以確定適宜的允許噴灌強度。

表4 不同土壤質地允許噴灌強度和灌溉時間表Tab.4 Allowable application rate and irrigation time under different soil texture

3.2 地形坡度對允許噴灌強度影響

由前可知，地形坡度會對土壤水分入滲速率產(chǎn)生影響，為求不同地形坡度下的土壤穩(wěn)定入滲速率A和土壤吸滲率S，圖5給出了土壤質地為壤土時，不同地形坡度下土壤入滲速率隨時間變化曲線。從圖5可以看出，不同地形坡度下，土壤水分入滲速率均隨灌水時間的增加而減小，最后趨于穩(wěn)定；地形坡度越大，土壤水分入滲速率在相同時間內(nèi)入滲速率降幅越多，數(shù)值越低。當坡度從0增加到25%時，土壤入滲速率在前40 min 分 別 下 降53.19%、 54.40%、 55.91%、 56.33%、57.48%和58.12%；在試驗結束時，地形坡度為0時的土壤水分入滲速率為0.215 mm/min，而當坡度增加到25%，其入滲速率為0.109 mm/min，僅有前者的1/2。這主要是因為，土壤的水分入滲受重力勢與基質勢的共同作用。地形坡度越大，重力勢沿坡面方向分力越大，地面滯蓄能力越弱，水分停留在坡面相同位置的時間越短，水分入滲越少；而重力勢沿垂直坡面方向分力減小，土壤吸收水分能力減弱，這都導致了坡地上水分入滲困難，入滲速率降低。

圖5 不同地形坡度下土壤入滲速率隨時間變化Fig.5 Infiltration rate under different slopes

表5給出了土壤質地為壤土，灌溉定額為30 mm時，其Philip模型參數(shù)、允許噴灌強度和所需灌溉時間隨地形坡度變化表。從表可以看出，隨地形坡度增大，土壤的穩(wěn)定入滲速率、吸滲率和允許噴灌強度均在減小，達到相同灌水定額所需的灌溉時長在增加。壤土的穩(wěn)定入滲速率下降幅度較大，平地時，壤土的穩(wěn)定入滲速率為0.121 mm/min，當坡度增加到25%時，入滲速率迅速減小到0.044 mm/min，減少了63.64%；土壤吸滲率的減小幅度相對穩(wěn)定入滲速率更小，平地時壤土的吸滲率為2.512 mm/min0.5，坡度為25%時減小到1.753 mm/min0.5，降低了30.21%。這主要是因為，受地形坡度影響，土壤的入滲能力隨地形坡度的增加而降低，使土壤穩(wěn)定入滲速率減小、水力傳導度降低，吸滲率減小，土壤的穩(wěn)定入滲速率和吸滲率的減小導致了土壤允許噴灌強度的降低。平地時，壤土的允許噴灌強度為0.269 mm/min，坡度為5%、10%、15%、20% 和25% 的允許噴灌強度相對于平地分別下降11.98%、 23.83%、 32.42%、 44.85%、58.45%，地形坡度平均每增加5%，允許噴灌強度下降11.69%。因此，在實際坡地噴灌時，為確定不同坡度的允許噴灌強度值，可參考平地允許噴灌強度的百分比進行折減。

表5 不同地形坡度允許噴灌強度和灌溉時間表Tab.5 Allowable application rate and irrigation time under different slope

3.3 灌水定額對允許噴灌強度影響

根據(jù)灌水定額來確定允許噴灌強度能夠更高效的將噴灌水轉化為土壤水，為此，研究不同灌水定額條件下的允許噴灌強度具有重要意義。圖6為5%坡度，壤土在不同灌水定額下的允許噴灌強度和灌溉時間。如圖所示，隨著灌水定額的增加，允許噴灌強度呈冪函數(shù)減小，灌溉時間呈冪函數(shù)增大，擬合公式如下：

當灌水定額小于30 mm時，允許噴灌強度隨灌水定額增加下降較明顯。由灌水定額為10 mm時的0.430 mm/min 下降到灌水定額30 mm時的0.237 mm/min，約僅有前者的一半。灌水定額大于30 mm時，允許噴灌強度下降速率變緩，相對于灌水定額為30 mm，灌水定額在60 mm時的噴灌強度僅下降23.2%，減小到0.182 mm/min。這是因為，允許噴灌強度與土壤入滲能力有關，隨灌水定額即累積入滲量的增加，土壤入滲能力隨時間將降低，導致允許噴灌強度降低。此外，由式（9）可知，允許噴灌強度在數(shù)值上等于t1時刻的土壤入滲速率，入滲速率隨時間呈冪函數(shù)降低，允許噴灌強度亦呈冪函數(shù)降低，隨著灌水定額的增加將最終等于土壤的穩(wěn)定入滲速率。灌水定額為10 mm時，灌溉需求時長為23.28 min，灌水定額為20～60 mm時，灌溉需求時長呈冪函數(shù)增長，分別為其的3.0、5.4、8.1、11.0和14.1倍。這是因為，隨灌水定額的增加，允許噴灌強度將減小，達到灌水定額的耗時則增多。因灌水定額為允許噴灌強度與灌溉時間之積，允許噴灌強度呈冪函數(shù)降低，灌溉時間則呈冪函數(shù)升高。允許噴灌強度并非一成不變，應該根據(jù)作物的需水要求來確定允許噴灌強度，灌水定額較大時，應降低允許噴灌強度，以避免徑流的產(chǎn)生。

圖6 允許噴灌強度和灌水時間隨灌水定額變化Fig.6 Allowable application rate and irrigation time under different Irrigation quota

4 結 論

（1）依據(jù)水文學產(chǎn)流原理，通過求解土壤入滲能力曲線與灌水定額和噴灌強度的關系，建立了坡地允許噴灌強度模型，通過試驗驗證了其準確性，模擬結果較準確。

（2）土壤黏粒比重越大，土壤質地越重，坡地允許噴灌強度越小，達到灌水定額所需的灌溉時間越長。在地形坡度為5%時，砂土的允許噴灌強度為0.461 mm/min，而黏土的允許噴灌強度約僅有砂土的1/4。

（3）地形坡度越大，允許噴灌強度越小。平地時壤土的允許噴灌強度為0.269 mm/min，且坡度平均每升高5%，允許噴灌強度下降11.69%。

（4）允許噴灌強度隨灌水定額的增加呈冪函數(shù)降低，而噴灌所需灌溉時間則呈冪函數(shù)增加。當灌水定額小于30 mm時，允許噴灌強度隨灌水定額增加下降較明顯，約僅有灌水定額為10 mm的50%，當灌水定額大于30 mm時，允許噴灌強度降幅變緩。