理论教育 双点源交汇区水分分布特征分析

双点源交汇区水分分布特征分析

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:了解交汇区域水盐分布特征,对毛管布置方式具有实际指导意义。而在点源处或交汇中心的土壤含水率接近饱和含水率。原因是在双点源交汇前,湿润锋在水势梯度的作用下逐渐扩大,在交汇时交汇区两侧的基质势基本一致,随着交汇时间的延长,交汇区含水量继续增加。

双点源交汇区水分分布特征分析

滴灌条件下,土壤水、盐运移比较复杂,既有稳定状态,又有非稳定状态;既有充分供水阶段(入渗率稳定的时候),还有非充分供水阶段(开始滴水的时候)。它受到滴头流量、灌水量、土壤质地、土壤构造、土壤初始含水量等多种因素的影响。大田里的毛管上滴头间距较小,水分对土壤进行淋洗,相邻滴头的湿润体会出现重叠现象,势必对交汇区内的水分、盐分产生影响。了解交汇区域水盐分布特征,对毛管布置方式具有实际指导意义。在试验初期,滴灌以点源入渗为主,随着入渗时间的延长,湿润半径不断增大,当两个滴头的湿润锋随着时间,逐渐运移发生交汇入渗,滴头附近的水分饱和区也随之不断增大,而且在湿润锋处的土壤含水量变化梯度最大。湿润区的土壤含水量一般不大于土壤田间持水率,随着距滴头距离的增加,土壤含水量降低,但在交汇界面,含水量一般大于附近湿润体内同等深度的含水量[24]。灌水停止后,土壤湿润锋面仍然逐渐向外部运移,湿润体积不断增大,在本试验条件下,土壤湿润锋推移十分缓慢,一般要持续4~5h。以双滴头连线与交汇湿润锋垂直相交的焦点为中心,在交汇湿润锋中心处向两边每隔5cm处作为一个取土点,垂直方向取土点间距5cm,取土深度40cm。试验过程取一半湿润体作为研究对象。用烘干法测定土壤含水率(含水率等值线图采用suffer8.0软件绘制)。

如图5-15(a)、(b)、(c)所示灌水量为10L的3种不同滴头流量的双点源,在交汇区剖面的水分分布特征。图中的(0,0)点表示双滴头连线的中心,即双点源交汇区的中心。横坐标代表水平方向,纵坐标代表垂直方向。

从图5-15(a)、(b)、(c)可以看出在相同的灌水量条件下,滴头流量越大,水分在交汇区水平方向的运移范围越大,较小的滴头流量在垂直方向湿润范围较深。说明在灌水量一定的情况下,交汇区均表现出随着滴头流量的增大,水平湿润锋推进加快,水平湿润面积加大,垂向湿润锋移动变慢,从而垂向含水量递减较快。滴头流量的增大并不利于水分垂向的运移,相反小的滴头流量有利于水分的垂向运移。在交汇区中心处含水量最大,这是两个湿润锋相互衔接的结果,在湿润锋的边缘,就是干湿界面处,土壤含水量最小,接近与土壤初始含水量。而在点源处或交汇中心的土壤含水率接近饱和含水率。即距离单点源处或交汇中心越近,土壤含水率就越高。

从图5-15(c)、(d)中可以看出:灌水量10L和6L的对比中,10L交汇区湿润体的平均含水率为19.14%,6L交汇区的平均含水率为16%,所以在相同的滴头流量、不同的灌水量条件下,同一空间位置灌水量越大,含水量也越高。较高的灌水量能够使土壤湿润程度较为均匀,说明较大的灌水量使湿润锋交汇程度最好。还可以看出在交汇区中心(双滴头连线的中点)附近为含水量较高的区域,水分沿着垂直于滴头连线的方向逐渐递减,交汇湿润锋剖面含水量等值线类似于椭圆

将交汇区的含水量与单点源处的水分进行比较,交汇过程是滴水到一定的入渗时间后,湿润锋运移到相互彼此可以交汇这段距离后才发生的。所以点源附近的土壤水分入渗时间久,但交汇区域的土壤水分接纳了两个点源供水,水分运移速率要高于单点源。影响两处含水量的大小因素主要是滴头流量和灌水量。

本试验设置的滴头间距为固定值30cm,双滴头的连线中心为交汇湿润锋的中心,选取交汇区与单点源距离滴头相同湿润位置(15cm)处土壤水分监测值,用这两处的水分进行对比,说明交汇作用对土壤水分的影响(灌水量为10L)。如图5-16所示选取交汇断面上两个滴头中点C点和未发生交汇断面上A、B两点的平均值(A、B、C 3点与滴头距离均为15cm)进行对比。

图5-15 交汇区含水量分布等值线图(www.daowen.com)

(a)灌水量10L、3L/h; (b)灌水量10L、2L/h;(c)灌水量10L、1L/h;(d)灌水量6L、1L/h

表5-6显示了点源交汇区与单点源在相同湿润位置(距离滴头15cm)处含水率对比。由表中数据可知不同滴头流量下湿润锋交汇处的含水率都高于相同湿润位置的单点源处[25]。各滴头流量下交汇处的土壤含水率增加比率在1.60%~17.70%之间。各滴头流量交汇湿润锋面中心处的含水率均表现出随深度的增加而减小的趋势,在距离滴头相同湿润位置的单点源湿润处,这一规律表现不显著。

图5-16 交汇区与单点源位置对比点

表5-6 点源交汇区与单点源相同湿润位置处含水率对比

原因是在双点源交汇前,湿润锋在水势梯度的作用下逐渐扩大,在交汇时交汇区两侧的基质势基本一致,随着交汇时间的延长,交汇区含水量继续增加。两侧水分入渗速率在重力势的作用下向土壤底部运移,运移速率慢慢变小,底部土壤所获水分就少,所以从交汇区土体表层到底部,土壤水分逐渐变小。总之,交汇区的水分运移速率要高于单点源处,在相同湿润位置处,交汇区的土壤含水率要高于单点源。较大的滴头流量在交汇区水分增加比率要大于小滴头流量,且提高了土壤湿润体的均匀性。

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