陕北黄土丘陵枣林地滴灌湿润体特性研究

论文摘要

水资源短缺是限制陕北黄土高原地区可持续发展的主要因素。红枣作为榆林南部丘陵沟壑区的重要产业,群众经济收入的主要来源,其发展在很大程度上受到干旱缺水的制约。为了促进当地山地红枣生态和产量的提高,2006年西北农林科技大学实施了“山地红枣林微灌技术研究与工程示范”项目,该技术同步达到了防止水土流失和解决干旱缺水的效果,同时也获得了显著的增产效果,滴灌已经成为山地红枣等经济林提高生态经济效益的关键措施。对滴灌条件下土壤湿润体特性的研究,有助于进行正确的滴灌系统设计和高水平的田间水分管理。本文通过在山地枣树林进行野外实地原状土的滴灌入渗试验,分别研究了不同滴头个数、滴头流量、灌水历时以及滴头间距对湿润体形状、大小、湿润峰运移规律以及水分分布规律的影响。提出了较为简单的预测滴灌土壤湿润体特征值的经验模型,并根据五年生枣树根系分布特征确定出适宜的滴头流量和灌水历时。为当地滴灌系统的设计和已有滴灌系统的运行管理提供了依据,对滴灌技术在陕北山地枣树乃至其它经济林上的应用具有重要的指导意义。得出的主要结论如下:（1）滴灌点源入渗不同滴头流量下,湿润体水平扩散半径和垂直入渗距离均与入渗时间成幂函数关系,通过分析方程拟合系数和滴头流量的关系,建立了预测湿润体特征值的经验模型。（2）滴灌点源入渗湿润体的轮廓线形状呈近似的椭圆形,湿润体的最大水平扩散半径在地表以下5cm-20cm处,滴头流量越大入渗时间越长（灌水量越大）,最大水平扩散半径出现的位置就越深,用半椭体积公式计算的湿润体体积应进行修正。（3）滴灌点源入渗过程中,土壤湿润体内平均体积含水率的增量△θ是一个与入渗时间无关的定值,滴头流量越大△θ的值越大。（4）滴灌点源入渗结束时,当灌水量相同,滴头流量越大,湿润体内平均含水率越大;当滴头流量一定,灌水历时越长,湿润体体积越大;湿润体内地表水平方向和滴头下垂直方向土壤含水率的大小和距离滴头的距离呈良好的二次多项式关系。（5）双点源交汇情况下交汇面的水平和垂直入渗距离也与入渗时间成幂函数关系。随入渗时间的延长,交汇入渗湿润体的形状逐渐由单个滴头下的半椭球体向平行于毛管的带状分布过渡。（6）在无蒸发无根系吸水的情况下,灌溉结束48h后,湿润锋推进速率小于0.2cm/h,湿润锋推进及其缓慢,水分再分布过程基本结束。灌溉结束后48h的湿润体特征值与灌溉结束时的湿润体特征值存在良好的线性关系。（7）再分布过程湿润体的轮廓线形状呈近似的椭圆形,用半椭体积公式计算的湿润体体积需进行修正,当滴头流量不大于8L/h时修正系数取1.19。水分的再分布作用,减小了相同灌水量不同滴头流量情况下湿润体的体积差异,再分布后的湿润体体积主要受灌水量的影响。（8）水分再分布结束时,在灌水量相同情况下,大滴头流量对提高滴头附近节点的含水率有积极作用,而小流量更有利于水分的垂向运移。当滴头流量相同情况下,延长灌水历时滴头附近各节点处含水率增加不显著,而距滴头较远处含水率增加明显。（9）无论是在灌水历时相同还是灌水量相同情况下,滴头流量越大再分布后湿润体内的水分分布越均匀,土壤含水率与枣树适宜含水率匹配性越好;当滴头流量一定条件下,灌水历时越长再分布后湿润体内的水分分布越均匀,土壤含水率与枣树适宜含水率匹配性越好。（10）在保证湿润深度不超过80cm计划湿润层深度,综合考虑灌水时间和水平扩散半径等因素,对陕北黄绵土而言,采用滴灌时推荐选取滴头流量4-6L/h,灌水历时8-10h。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 滴灌单点源入渗试验研究进展
• 1.3.2 滴灌双点源交汇入渗试验研究进展
• 1.3.3 滴灌数值模拟研究进展
• 1.4 目前研究中存在的问题
• 1.5 主要研究内容
• 1.5.1 不同参数对湿润体形成过程的影响
• 1.5.2 湿润体土壤水分再分布过程研究
• 1.5.3 滴灌土壤湿润体特性的数值模拟
• 1.6 技术路线
• 第二章 试验地点与方法
• 2.1 试验地概况
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验系统
• 2.2.2 恒压供水系统稳定性的验证
• 2.2.3 试验方案
• 2.3 观测内容及方法
• 第三章 滴灌入渗过程湿润体特性变化规律
• 3.1 湿润体特征值的变化规律
• 3.1.1 不同滴头流量下湿润体特征值随时间的变化规律
• 3.1.2 滴头流量与拟合方程参数的关系
• 3.1.3 相同灌水量下湿润体特征值随流量变化规律
• 3.1.4 交汇入渗条件下湿润体特征值的变化规律
• 3.2 湿润体形状及体积变化规律
• 3.2.1 不同滴头流量和灌水量对湿润体形状的影响
• 3.2.2 不同滴头流量和灌水量对湿润体体积的影响
• 3.2.3 交汇对湿润体形状的影响
• 3.3 水分分布规律
• 3.3.1 滴头流量对水分分布的影响
• 3.3.2 灌水历时对水分分布的影响
• 3.3.3 交汇对水分分布的影响
• 3.4 小结
• 第四章 土壤水分再分布过程湿润体特性变化规律
• 4.1 再分布过程湿润体特征值的变化规律
• 4.1.1 不同滴头流量下湿润体特征值随时间的变化规律
• 4.1.2 相同滴头流量下不同灌水历时对再分布湿润体特征值的影响
• 4.2 再分布过程湿润体形状及体积变化规律
• 4.2.1 再分布过程湿润体形状变化规律
• 4.2.2 再分布过程湿润体体积变化规律
• 4.3 再分布过程土壤含水率的变化
• 4.4 再分布后土壤水分分布规律
• 4.4.1 滴头流量对再分布后水分分布的影响
• 4.4.2 灌水历时对再分布后水分分布的影响
• 4.4.3 交汇情况下再分布后水分分布规律
• 4.5 灌水效果评价
• 4.5.1 湿润体内含水率均匀度
• 4.5.2 湿润体内含水率与枣树适宜含水率匹配情况
• 4.6 适宜滴头流量和灌水历时的选择
• 4.7 小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 主要结论
• 5.2 主要讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介