沟灌二维入渗水氮运移特性与数值模拟
沟灌是中耕作物广泛釆用的灌水技术。经多年的研究发展，沟灌系统的管理与设计水平有一定程度的提高，但水肥利用效率不高仍是目前存在的主要问题。基于此，采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的技术路线，开展了沟灌二维入渗水氮运移特性研究，得到以下主要结论: (1)选取杨凌区砂壤土和黏壤土作为典型土壤，分析了离心机法测定土壤水分特征曲线过程中的土壤收缩特性，采用三直线模型对其收缩过程进行描述，并采用数值模拟方法分析了考虑容重变化和未考虑容重变化2种情景模式下所得水力特性参数的合理性。 结果表明，三直线模型可较好的描述离心机法测定土壤水分特征曲线过程中的土壤收缩特性，且考虑土壤容重变化条件下所估算的水力特性参数更为合理，可较为显著的提高沟灌水分运动的数值模拟精度。 (2)通过HYDRUS软件建立沟灌二维入渗水分运动模型，并对其求解以模拟土壤水分运动过程，结合室内试验对模拟结果进行了验证，并分析了不同因素对沟灌入渗特性的影响。结果表明，沟灌湿润体内土壤含水率和累积入渗量模拟值与实测值具有较高的一致性，说明所建模型可用于沟灌二维入渗过程的模拟；土壤质地和容重对于沟灌过程中的累积入渗量和湿润锋的影响均较大，沟中水深对累积入渗量影响显著，但沟中永深变化仅对水平向湿润锋运移影响较大，对垂直向几乎无影响；土壤初始含水率则对湿润锋的运移速度影响较大，但对累积入渗量的影响相对较小。 (3)采用数值模拟方法对不同KN03浓度条件下的土壤水力特性参数进行反演，并对组合下的沟灌肥液入渗的水肥运移过程进行了模拟。结果表明，N03--N的分布与水分分布规律类似，表现出易随水动的特性，而K+主要分布在灌水沟附近，土壤初始含水率、 容重、沟中水深因素等对K+的分布影响均不大，而土壤质地对K+分布的影响大于其他因素。 (4)通过对比沟灌不同肥液(KN03)浓度与清水的入渗特性，发现水肥耦合有利于土壤下渗，并且能够提高湿润体内的平均含水率，并建立水肥耦合条件下累积入渗量计算模型和湿润锋运移模型。通过HYDRUS软件对养分再分布进行模拟，发现再分布的过程中，硝态氮有较高的深层渗漏的风险。 本文在研究过程中，模型建立在假定土壤均质，水分和养分在土壤中均匀分布的基础上，忽略了其他因素（优先流、层状土、植物覆盖等）对水肥运移的影响，且文中采用的土壤质地较为单一，对于其他土壤质地本文所得结果是否适用，还有待进一步研究；同时，试验过程中所设置肥液浓度差距不大且仅有3个梯度，溶质对土壤入渗的影响是否会在某一浓度存在峰值，亦需要进一步的研究。
沟灌;肥液入渗;土壤水力特性;数值模拟
西安理工大学
硕士
农业水土工程
聂卫波
2018
中文
S275.3
74
2018-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）