不同初始含水率下風(fēng)沙土地下滲灌水分運(yùn)移特性研究

馬宏秀，孫 權(quán)*，魯海濤，馬文禮，蔣 鵬，張曉娟，蔡嶄紅，賈登成

（1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750011；3.寧夏農(nóng)墾國(guó)營(yíng)簡(jiǎn)泉農(nóng)場(chǎng)，寧夏 石嘴山 753299）

0 引 言

【研究意義】西北地區(qū)雖然光熱資源豐富，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力巨大，但因缺水且缺乏養(yǎng)分，僅在有水源灌溉的區(qū)域零星分布著綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。地下滲灌是一種地下微灌形式，是指在低液壓條件下，使灌溉水（含可溶性養(yǎng)分）通過(guò)埋設(shè)在每株作物根系范圍內(nèi)的滲水管道，其管壁上分布有均勻的微孔，水分由內(nèi)向外呈發(fā)汗?fàn)顫B出，以滴滲方式濕潤(rùn)作物根系層周圍土壤，即直接向每株作物根系適時(shí)適量地供水、供養(yǎng)的一種節(jié)水增產(chǎn)的灌溉技術(shù)方法[1]。該技術(shù)比地表滴灌更進(jìn)一步減少了水分蒸發(fā)與肥料運(yùn)移的損失，達(dá)到良好的節(jié)水、節(jié)肥效果，從而對(duì)干旱半干旱地區(qū)水肥資源的高效利用更具有現(xiàn)實(shí)意義。

【研究進(jìn)展】土壤入滲是土壤水分的形成、轉(zhuǎn)化與消耗的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程[2]，涉及土壤水分再分布、蒸發(fā)以及離子遷移等多方面[3]。土壤水分入滲受土壤體積質(zhì)量、孔隙度等影響較大[4-5]，其中，土壤初始含水率作為重要的土壤物理性質(zhì)，主要通過(guò)土壤濕潤(rùn)體內(nèi)平均土水勢(shì)梯度來(lái)影響土壤水分入滲過(guò)程[6]?？到鹆值萚7]通過(guò)室內(nèi)模擬土柱試驗(yàn)研究指出，均質(zhì)紅壤入滲能力與土壤初始含水率負(fù)相關(guān)，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率隨初始含水率的增大而增大。曾辰等[8]通過(guò)研究初始含水率對(duì)砂黃土和塿土的線源入滲特征的影響表明，2 種類型土壤的累積入滲量與初始含水率為二次函數(shù)關(guān)系。介飛龍等[9]基于HYDRUS 模型研究不同初始含水率對(duì)膜孔灌濕潤(rùn)體的影響，結(jié)果表明該模型優(yōu)于Kostiakov 等傳統(tǒng)入滲模型。然而，不同條件下初始含水率對(duì)土壤水分入滲過(guò)程影響不同，地下滲灌是一種利用土壤吸水作用發(fā)揮效能的被動(dòng)供水方式且可以根據(jù)土壤初始含水率調(diào)節(jié)出水流量，因此，初始含水率對(duì)地下滲灌入滲特性有較大的影響[10]?！厩腥朦c(diǎn)】受地下滲灌管管材特質(zhì)與承壓特性的限制，地下滲灌技術(shù)尚在初始應(yīng)用階段，目前對(duì)不同初始含水率條件下地下滲灌入滲機(jī)制的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，以西北主要土壤類型風(fēng)沙土為對(duì)象，基于新型地下滲灌技術(shù)分析不同初始含水率條件下土壤水分入滲特征，以期為地下滲灌技術(shù)推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)土壤風(fēng)沙土于2022 年8 月取自寧夏銀川市金鳳區(qū)良田鎮(zhèn)植物園二村，取土深度為0～30 cm，將取得不同土層深度土壤自然風(fēng)干后，清除雜質(zhì)，均勻混合，過(guò)2 mm 篩備用。土壤基本物理性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of the soil tested

試驗(yàn)前按設(shè)計(jì)含水率（質(zhì)量含水率）加水，混合均勻后用塑料布覆蓋靜置24 h，次日開(kāi)展入滲試驗(yàn)，待土壤水分分布均勻后，按照設(shè)計(jì)土壤體積質(zhì)量1.47 g/cm3，每5 cm 為1 層分層裝入試驗(yàn)土箱。

1.2 試驗(yàn)材料和裝置

試驗(yàn)所用滲灌管由南京德水節(jié)能科技有限公司提供，其主要參數(shù)為：內(nèi)徑13 mm，壁厚1.5 mm，外表面布滿微孔，工作運(yùn)行壓力0.06 MPa，穩(wěn)定壓力下額定流量為6 L/（h·m）。

試驗(yàn)裝置由土箱和供水裝置組成（圖1），試驗(yàn)土箱為1 cm 厚有機(jī)玻璃制成，箱體規(guī)格為200 cm×200 cm×100 cm（長(zhǎng)×寬×高），其底部均勻分布有直徑0.2 cm 的小孔便于通氣。供水裝置主要由供水箱、回水箱、水泵、壓力表、流量計(jì)等組成。土層總高度100 cm，滲灌管埋深50 cm。為了真實(shí)模擬田間應(yīng)用情況，箱內(nèi)安插2 條間距為100 cm 的滲灌管，滲灌管長(zhǎng)度與土箱長(zhǎng)度均為200 cm，進(jìn)口端連接供水系統(tǒng)，出口端封閉。供水箱和回水箱的箱體上標(biāo)有刻度，用于測(cè)定和校核供水流量。水泵內(nèi)設(shè)置電位調(diào)速器，以便調(diào)節(jié)供水壓力。

圖1 試驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of the test device

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前人[11]關(guān)于沙土含水率分布情況的研究，試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)不同初始含水率水平（土壤自然風(fēng)干時(shí)的含水率），分別為5.1%、11.5%、16.8%，為排除土壤水分蒸發(fā)的影響，表層用塑料膜覆蓋，每組試驗(yàn)設(shè)置4 次重復(fù)，選取平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

試驗(yàn)開(kāi)始后，記錄不同時(shí)刻濕潤(rùn)鋒的輪廓和灌水流量。在最初入滲0.5 h 內(nèi)，分別在2、5、10、15、30 min 用卷尺測(cè)量出濕潤(rùn)體各向濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離，0.5 h 之后每隔30 min 觀測(cè)1 次；采用L99-TWS-3 型土壤水分記錄儀測(cè)定土壤水分，將傳感器預(yù)先埋設(shè)在水平距管10、20、30、40、50 cm 處，埋設(shè)深度在10、20、30、40、60、70、80、90、100 cm 處，長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)，測(cè)定前用烘干法測(cè)定含水率校正儀器。本試驗(yàn)設(shè)置單次灌水量為600 m3/hm2，即連續(xù)滲灌10 h 后，停止供水。

1.4 入滲模型擬合與評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究選取Kostiakov、Philip、Horton 和通用經(jīng)驗(yàn)型共4 種模型分別對(duì)入滲過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)各模型擬合結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

式中：F(t)為入滲速率（cm/min）；A和B為模型參數(shù)；t為入滲時(shí)間。

Philip 模型：

式中：S為穩(wěn)定入滲率（cm/min）；V為模型參數(shù)。

Horton 模型：

式中：F0為初始入滲率（cm/min）；Fi為穩(wěn)定入滲率（cm/min）；b為模型參數(shù)。

通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

式中：m、n、k為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

1.5 累積入滲量擬合

選擇冪函數(shù)對(duì)累計(jì)入滲量變化進(jìn)行擬合：

式中：Z為累計(jì)入滲量；K為入滲系數(shù)；a為入滲指數(shù)。

1.6 克里斯琴森均勻系數(shù)

灌溉均勻度計(jì)算式為：

式中：CU為灌溉均勻度（cm3/cm3）；θ?為濕潤(rùn)體平均含水率（cm3/cm3）；θi為第i節(jié)點(diǎn)處土壤含水率（cm3/cm3）；N為濕潤(rùn)體選取節(jié)點(diǎn)數(shù)。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016、Sigmaplot 12.5 軟件處理數(shù)據(jù)及制圖，運(yùn)用SPSS 18 中的LSD 法進(jìn)行方差分析，數(shù)據(jù)處理顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 初始含水率對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移的影響

2.1.1 濕潤(rùn)體形狀變化特征

為了方便觀測(cè)，以濕潤(rùn)體1/2 橫剖面為研究對(duì)象。圖2 為不同初始含水率對(duì)應(yīng)的濕潤(rùn)鋒動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，X為水平距離，Y為土層深度，坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）為滲灌管所在位置，濕潤(rùn)鋒以滲灌管位置為中心向外緩慢運(yùn)移。選取不同灌溉時(shí)間濕潤(rùn)體水平移動(dòng)半徑R，垂直向下移動(dòng)距離D，垂直向上移動(dòng)距離L描述濕潤(rùn)體的形狀和大小。由圖2 可知，隨著初始含水率的增大，濕潤(rùn)體橫剖面形狀越來(lái)越接近橢圓形，初始含水率對(duì)地下滲灌下濕潤(rùn)體形狀具有較大影響。當(dāng)初始含水率為5.1%時(shí)，R∶L∶D從1∶0.8∶1.2 逐漸變?yōu)?∶0.8∶1.25；初始含水率為11.5%時(shí)，R∶L∶D從1∶0.63∶1.25 逐漸變?yōu)?∶0.64∶1.22；初始含水率為16.8%時(shí)，R∶L∶D從1∶0.69∶1.48 逐漸變?yōu)?∶0.67∶1.43。隨著灌水時(shí)間的延長(zhǎng)，不同方向的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率無(wú)顯著差異，但隨著初始含水率的增加，濕潤(rùn)鋒垂直向上的擴(kuò)散速率相對(duì)降低，而垂直向下的擴(kuò)散速率相對(duì)增大。

圖2 濕潤(rùn)體動(dòng)態(tài)分布Fig.2 Dynamic distribution of moisturites

2.1.2 濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率

圖3 為初始含水率對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率的影響。由圖3 可知，不同初始含水率下濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率均呈下降趨勢(shì)，隨著灌水時(shí)間的增加，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率逐漸趨于穩(wěn)定。濕潤(rùn)鋒在不同方向的推進(jìn)速率均隨初始含水率的增大而增大，原因是在初始含水率較高的條件下，土壤較快達(dá)到飽和狀態(tài)，下滲率趨于穩(wěn)定，然后在毛管水和重力水的作用下滲透移動(dòng)，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率相對(duì)較快[12]。初始含水率5.1%、11.5%、16.8%的垂直向上的平均擴(kuò)散速率為1.45、1.86、2.54 cm/h，垂直向下的平均擴(kuò)散速率為2.28、3.57、5.40 cm/h，水平方向的平均擴(kuò)散速率為1.75、2.96、3.90 cm/h，說(shuō)明初始含水率對(duì)垂直向下的運(yùn)移過(guò)程影響最大，對(duì)水平方向的運(yùn)移過(guò)程影響程度最小。

圖3 初始含水率對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率的影響Fig.3 Effect of initial water content on wetting front migration rate

2.2 初始含水率對(duì)累計(jì)入滲量和入滲率的影響

由圖4 可知，在前15 min，各處理累計(jì)入滲量無(wú)明顯差異，隨著時(shí)間推移，同一時(shí)刻下初始含水率越大，累計(jì)入滲量越小，變化趨勢(shì)越平緩。為了進(jìn)一步定量分析初始含水率對(duì)地下滲灌入滲性能的影響，利用式（5）對(duì)不同初始含水率累計(jì)入滲量和入滲時(shí)間進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可得，累計(jì)入滲量和入滲時(shí)間符合冪函數(shù)關(guān)系，隨著初始含水率的增加，入滲系數(shù)K呈減小趨勢(shì)，而入滲指數(shù)a逐漸增大，相關(guān)系數(shù)均能達(dá)到0.99 以上。

圖4 初始含水率對(duì)累計(jì)入滲量的影響Fig.4 Effect of initial water content on cumulative infiltration

表2 累計(jì)入滲量與入滲時(shí)間擬合結(jié)果Table 2 Fitting results of cumulative infiltration and infiltration time

由圖5 可知，不同初始含水率的平均入滲率隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì)，30 min 后均趨于平緩，達(dá)到穩(wěn)定入滲階段。初始含水率越高，入滲速率越小，入滲曲線較為平緩，到達(dá)穩(wěn)定入滲速率的時(shí)間越短。原因是隨著初始含水率的增加，入滲初期的土壤水吸力減小，平均入滲速率變化不大[13]。

圖5 初始含水率對(duì)平均入滲率的影響Fig.5 Effect of initial water content on average infiltration rate

2.3 風(fēng)沙土入滲過(guò)程模型擬合

表3 為不同初始含水率的入滲模型擬合結(jié)果。由表3 可以看出，不同入滲模型對(duì)土壤入滲過(guò)程的擬合結(jié)果有所差異。Kostiakov 模型回歸結(jié)果R2為0.561～0.911，平均值為0.783，該模型在高初始含水率條件下的入滲精確度較低；采用Philip 模型回歸結(jié)果R2為0.533～0.992，平均值為0.785，S值為0～0.013，對(duì)穩(wěn)定入滲速率的擬合精度不夠，且在高初始含水率條件下擬合效果較差；Horton 模型回歸結(jié)果R2為0.917～0.956，平均值為0.943，對(duì)不同處理入滲過(guò)程的模擬效果均較好；通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蠷2為0.897～0.944，平均值為0.923，參數(shù)m、n分別表征穩(wěn)定入滲率和初始入滲率，參數(shù)k代表入滲速率隨時(shí)間減小的程度，可以看出，隨著初始含水率的增大，m呈增加趨勢(shì)，而n呈減小趨勢(shì)，與實(shí)測(cè)值不符。綜上可知，4 種模型中對(duì)土壤入滲過(guò)程擬合適用性較好的是Horton 模型，其次為Kostiakov 模型、Philip 模型和通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

表3 不同初始含水率的入滲模型擬合結(jié)果Table 3 Fitting results of infiltration models with different water content

2.4 初始含水率對(duì)濕潤(rùn)體水分再分布的影響

2.4.1 對(duì)濕潤(rùn)體垂直方向水分再分布的影響

灌水結(jié)束后，不同方向的濕潤(rùn)鋒在滲透壓和重力勢(shì)等作用下會(huì)繼續(xù)擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)[14]。如圖6 所示，坐標(biāo)（0，50）點(diǎn)為滲灌管所在位置，初始含水率5.1%、11.5%、16.8%處理土壤含水率均隨土層深度的增加呈先增大后減小，最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。在表層土壤中濕度較小，說(shuō)明地下滲灌減少了土壤水分的地表蒸發(fā)，將水分儲(chǔ)存在深層土壤，提高了水分利用效率[15]。但同時(shí)也需要注意初始含水率過(guò)高時(shí)深層土壤中平均含水率的變化，以免發(fā)生滲漏。

圖6 初始含水率對(duì)濕潤(rùn)體垂直方向水分再分布的影響Fig.6 Effect of initial water content on vertical water redistribution of humidified bodies

灌溉結(jié)束時(shí)土壤水分主要集中分布在40～70 cm處（滲灌管中心位置附近），停灌1 d 后土壤含水率集中范圍擴(kuò)大為30～80 cm，停灌3 d 和停灌5 d 后土壤含水率明顯下降，遠(yuǎn)低于田間持水率，但總體變化趨勢(shì)與停灌1 d 相似。以土層深度30～80 cm 為研究對(duì)象，利用式（6）計(jì)算濕潤(rùn)土體均勻度CU，初始含水率為5.1%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d 和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度CU分別為61.00%、62.59%、56.45%、62.35%；初始含水率為11.5%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d 和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度CU分別為86.06%、89.88%、84.69%、89.27%；初始含水率為16.8%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d 和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度CU分別為91.21%、93.54%、91.65%、92.77%。故停灌1 d 后濕潤(rùn)體內(nèi)垂直方向含水率分布相對(duì)均勻，濕潤(rùn)體特征可作為田間指導(dǎo)灌水的主要依據(jù)。

2.4.2 對(duì)濕潤(rùn)體水平方向水分再分布的影響

圖7 為初始含水率對(duì)濕潤(rùn)體水平方向水分再分布的影響。由圖7 可知，隨著水平距離的增加，土壤停灌時(shí)與停灌結(jié)束后的含水率均呈先減小后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。不同初始含水率條件下，濕潤(rùn)體水平方向水分主要集中在距管0～25 cm 處，在初始含水率為5.1%的水平方向25～35 cm 處，再分布后的土壤含水率大于灌溉結(jié)束時(shí)，初始含水率為11.5%、16.8%處理的土壤含水率隨著停灌時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈減小趨勢(shì)。這主要是由于風(fēng)沙土質(zhì)地粗、孔徑大，當(dāng)土壤含水率低于土壤有效水階段時(shí)，濕潤(rùn)鋒仍將不斷運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了水分的水平運(yùn)移。

圖7 初始含水率對(duì)濕潤(rùn)體水平方向水分再分布的影響Fig.7 Effect of initial water content on water redistribution in the horizontal direction of wet body

以水平距管0～25 cm 為研究對(duì)象，用式（6）計(jì)算不同初始含水率條件下濕潤(rùn)體水平方向水分分布均勻度可得，初始含水率為5.1%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d 和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度分別為62.85%、71.88%、69.32%、70.21%；初始含水率為11.5%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度分別為94.82%、96.48%、95.39%、94.94%；初始含水率為16.8%時(shí)，灌溉結(jié)束時(shí)、停灌1 d、停灌3 d 和停灌5 d 濕潤(rùn)體內(nèi)水分分布均勻度分別為96.38%、97.31%、97.22%、95.96%。故濕潤(rùn)體內(nèi)水平方向土壤含水率分布同樣在停灌1 d 后相對(duì)均勻，濕潤(rùn)體特征可作為田間指導(dǎo)灌水的主要依據(jù)。

綜上可知，停灌1 d 后濕潤(rùn)體內(nèi)垂直方向和水平方向含水率分布相對(duì)均勻，為了進(jìn)一步探究不同初始含水率對(duì)地下滲灌管埋深和間距的影響，對(duì)比此階段含水率數(shù)值與土壤有效含水率（田間持水率的65%），可知，隨著初始含水率的增大，滲灌管適宜埋深與間距也在增大。其中，風(fēng)沙土在初始含水率為5.1%時(shí)，滲灌管適宜埋深應(yīng)小于10 cm，管間距應(yīng)小于30 cm；初始含水率為11.5%時(shí)，滲灌管適宜埋深應(yīng)小于20 cm，管間距應(yīng)小于60 cm；在初始含水率為16.8%時(shí)，滲灌管適宜埋深應(yīng)小于30 cm，管間距應(yīng)小于90 cm，以保障作物正常生長(zhǎng)。

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)沙土地下滲灌下濕潤(rùn)體形狀近似滲灌管為中心的橢圓形，初始含水率對(duì)濕潤(rùn)體形狀的影響較大。這與張俊等[16]研究結(jié)果不同，這可能是由于地下滲灌與微潤(rùn)灌不同，地下滲灌屬于管道式線源灌溉，管壁滲水孔較多，當(dāng)初始含水率大于土壤入滲能力時(shí)，容易產(chǎn)生積水，使得重力勢(shì)及滲灌管側(cè)面與土壤作用力變大，濕潤(rùn)鋒在不同方向的推進(jìn)速率隨初始含水率增大而增大，且向下運(yùn)移速率大于向上和水平方向，因此形成左右截距相同、上下截距不同的橢圓體。本研究發(fā)現(xiàn)隨著初始含水率的增大，地下滲灌累計(jì)入滲量和入滲速率變小。康金林等[17]研究不同初始含水率條件下對(duì)均質(zhì)紅壤水分入滲規(guī)律影響也得到相同結(jié)論，主要原因是其他條件一致時(shí)，初始含水率越高，入滲初期的土壤水吸力越弱，加上水分的持續(xù)輸入，土壤含水率逐漸增大，土壤孔隙度減小，相同時(shí)間內(nèi)的入滲率和累積入滲量也就越低。

本研究采用4 種入滲模型對(duì)風(fēng)沙土入滲過(guò)程進(jìn)行擬合，并表明Kostiakov 模型回歸結(jié)果R2均值為0.783，對(duì)風(fēng)沙土高初始含水率條件下的擬合效果較差。Philip 模型對(duì)均質(zhì)土壤垂直入滲的適宜性較好[18-19]，而本試驗(yàn)采用Philip 模型進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定入滲速率和高初始含水率條件下的擬合精度不夠。曾辰等[8]認(rèn)為Philip 入滲模型能夠較好地描述不同初始含水率條件下砂黃土和塿土的入滲過(guò)程。而其試驗(yàn)結(jié)果與本研究不同的原因是二者灌溉裝置與土壤質(zhì)地不同，地下滲灌原理與其他種類灌水器差異較大。Horton 模型回歸結(jié)果R2均值在4 個(gè)模型中最高，對(duì)不同初始含水率下風(fēng)沙土水分入滲均有較好的適用性。通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谐跏己逝c穩(wěn)定入滲率成正比，與初始入滲率成反比，這與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不一致。綜合分析評(píng)價(jià)，Horton 模型更適用于擬合地下滲灌風(fēng)沙土水分入滲特征。

根據(jù)灌水結(jié)束后濕潤(rùn)體水分分布情況表明土壤水分主要集中分布在垂直方向40～70 cm 范圍，水平方向0～25 cm 范圍，即土壤水分變化率范圍集中在滲灌管位置附近，繼而向四周逐步擴(kuò)散，距離滲灌管出水孔位置越遠(yuǎn)，水勢(shì)梯度增大，土壤含水率不斷減小[20]。灌水均勻度是評(píng)價(jià)灌水質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)[21]。本研究發(fā)現(xiàn)在濕潤(rùn)體垂直方向和水平方向，不同處理均在停灌1 d 后含水率分布相對(duì)均勻，這與劉顯等[22]研究結(jié)果一致，再分布1 d 后濕潤(rùn)體特征可作為田間指導(dǎo)灌水的主要依據(jù)。但再分布后水分主要集中分布在30～80 cm 處，需注意初始含水率過(guò)高造成水分深層滲漏和蒸發(fā)損失[23]。楊明達(dá)[24]通過(guò)HYDRUS-2D 模型模擬及田間試驗(yàn)表明，風(fēng)沙土條件下滴灌帶埋深30 cm，間距60 cm 是冬小麥-夏玉米的最佳布設(shè)參數(shù)。焦炳忠[25]研究認(rèn)為，砂質(zhì)土條件下地下滲灌灌水器埋深大于30 cm 后，會(huì)存在滲漏現(xiàn)象。本研究中不同初始含水率對(duì)地下滲灌管埋深和間距有較大的影響，通過(guò)對(duì)水分再分布后土壤含水率數(shù)值的分析可以得出，初始含水率為5.1%、11.5%、16.8%時(shí)，滲灌管適宜埋深應(yīng)分別小于10、20、30 cm，管間距應(yīng)分別小于30、60、90 cm。在實(shí)際應(yīng)用中，地下滲灌管布設(shè)參數(shù)的選擇還需要根據(jù)土壤質(zhì)地、作物需水規(guī)律等實(shí)際情況綜合考慮。

本文采用土箱模擬試驗(yàn)對(duì)不同初始含水率下風(fēng)沙土入滲特性進(jìn)行研究，闡明了風(fēng)沙土入滲過(guò)程，但未對(duì)不同質(zhì)地土壤及作物進(jìn)行系統(tǒng)研究，后續(xù)還需要繼續(xù)探討影響地下滲灌土壤水分入滲的其他因素，為干旱半干旱地區(qū)地下滲灌技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

1）地下滲灌下濕潤(rùn)體形狀近似橢圓形，并隨著初始含水率的增大，形狀特征越明顯。濕潤(rùn)鋒在不同方向的推進(jìn)速率與初始含水率正相關(guān)。

2）同一時(shí)刻下初始含水率越大，累計(jì)入滲量和入滲速率越小，累積入滲量和入滲時(shí)間符合冪函數(shù)關(guān)系，入滲系數(shù)與初始含水率負(fù)相關(guān)，入滲指數(shù)與初始含水率正相關(guān)。

3）與Kostiakov 模型、Philip 模型和通用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖啾龋琀orton 模型對(duì)不同初始含水率下風(fēng)沙土入滲過(guò)程擬合效果較好。

4）不同初始含水率對(duì)風(fēng)沙土地下滲灌管埋深和間距有較大的影響，初始含水率為5.1%、11.5%、16.8%時(shí)，滲灌管適宜埋深應(yīng)分別小于10、20、30 cm，滲灌管間距應(yīng)分別小于30、60、90 cm，即風(fēng)沙土濕度越大，滲灌管埋深越深，滲灌管間距可相應(yīng)增大。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在的利益沖突）