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灌溉排水学报

农业工程论文_基于水量平衡原理的裂隙优先流

文章摘要:针对农田裂隙在灌溉过程中造成灌水效率降低和养分淋失等现象,基于表层入渗、裂隙边壁层流通量、裂隙边壁水平吸渗三者与灌水强度平衡原理,构建了基于水量平衡的优先流双域渗透模型,采用染色示踪试验进行了验证,并基于该模型进行了初始/边界条件旋转设计模拟应用。结果表明,试验优先流模式可显著区分为基质流态(土层深度0~10 cm)和优先流态(土层深度大于10 cm),染色覆盖率在土层深度大于10cm的区域内呈线性骤降趋势;对比分析实测和模拟流态可知,本文提出的裂隙流双域渗透模型可有效预测土壤上边界入渗特征、基质流入渗深度和染色覆盖率随深度变化,实测和模拟染色覆盖率数据极显著相关(P<0.01,R2为0.981),裂隙流发育可分为供水强度控制、表层入渗能力/裂隙边壁层流控制、表层/裂隙边壁入渗能力控制3阶段。基于该模型采用初始体积含水率(θi为0.20、0.25、0.30、0.35 cm3/cm3)和灌水强度(R0为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02 cm/min)旋转设计,分析了初始及边界条件下优先流特征,模拟结果表明,增大灌水强度可使优先流指数增加而降低灌水均匀度,而当初始含水率升高时,优先流强度减弱且基质流深度增加。本文基于水量平衡原理模拟了裂隙流湿润锋推移过程,消除了传统双域渗透模型难以量化裂隙边壁糙率和层流厚度的缺点,丰富了膨缩性土壤裂隙优先流预测理论,可为农田水分管理和水肥渗漏淋失抑制提供依据。

文章关键词:干缩裂隙,裂隙优先流,双域渗透模型,数值模拟仿真,水量平衡原理,

项目基金:江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20200523),中央高校基本业务费专项资金项目(B200201017),中国博士后科学基金项目(2021M690874),江西省重点研发计划项目(20203BBGL73226);