膜孔灌單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究(1)

1、    膜孔灌單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究(1)    通過大量膜孔單向交匯入滲試驗資料，分析了膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主影響因素，研究了膜孔直徑、間距、土壤容重、土壤質(zhì)地和土壤初始含水率對膜孔單向交匯入滲的影響，結(jié)果表明各因素對膜孔單向交匯入滲濕潤體特性均有明顯的影響。這些研究成果為進(jìn)一步研究膜孔單向交匯入滲規(guī)律和膜孔灌技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：膜孔灌 膜孔單向交匯入滲 濕潤體 影響因素     膜孔灌溉是利用地膜輸水，通過作物孔和專用灌水孔入滲進(jìn)行灌溉的一種節(jié)水

2、型地面灌溉新技術(shù)。膜孔灌入滲為充分供水條件下的三維點源入滲，它不同于滴灌條件下的非充分供水點源入滲。根據(jù)農(nóng)業(yè)地膜栽培和種植規(guī)格，膜孔入滲分為3種類型：第1種為作物的行距和株距都很大的膜孔自由入滲；第2種為作物的行距相對株距很大時，只在作物行方向膜孔間發(fā)生入滲交匯干擾，稱之為膜孔單向交匯入滲；第3種為作物的行距和株距均較小，在入滲過程中，膜孔將受到周圍膜孔入滲的干擾作用，稱之為膜孔多向交匯入滲。研究膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素是進(jìn)行膜孔灌技術(shù)素研究的基礎(chǔ)，近年來，國內(nèi)外對滴灌條件下的點源入滲特性進(jìn)行了大量研究1-3，而關(guān)于膜孔自由入滲濕潤體特性影響因素國內(nèi)僅進(jìn)行了初步探討4-8，直至目前尚

3、未見到國外對此問題的研究報導(dǎo)。膜孔單向交匯入滲比膜孔自由入滲復(fù)雜得多，目前對膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究很少7。因此，開展膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究具有重的理論價值和生產(chǎn)實際意義。1 試驗條件    膜孔單向交匯入滲室內(nèi)試驗裝置如圖1所示。試驗土箱采用12mm厚的透明有機玻璃板制作，土箱高AB為40cm，長ad為40cm，寬AD為24cm，aD寬12cm，利用在abcd處加隔板可模擬農(nóng)田株距為12cm和24cm，行距為80cm的膜孔單向交匯入滲。由于2個膜孔直徑相同，且同時開始供水入滲，所以濕潤鋒及濕潤土體的土壤含水率分布均關(guān)于ab

4、cd面對稱，因而abcd面為膜孔交匯界面，即零通量面，為此試驗中利用裝置的一半就可以達(dá)到模擬試驗的求。因此，試驗在土箱中土壤表層覆膜，為了模擬膜孔和便于觀測濕潤鋒的發(fā)展過程，入滲膜孔采用1/4膜孔面積的方形水室，并置于土箱的一角，因而abCD為膜孔中心界面。試驗利用帶有刻度的截面積為10cm2的馬氏瓶進(jìn)行自動供水，并保證方形水室中具有恒定的積水層高度，以達(dá)到充分供水的點源入滲，每次試驗前，給馬氏瓶裝水，并用皮管將馬氏瓶與土箱供水管相連，試驗開始后，打開閥門，以分鐘為單位，時間間隔先短后長，由馬氏瓶的刻度讀取入滲水量，并進(jìn)行入滲量控制。試驗土樣經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過篩，按預(yù)定的含水量配水后分層裝入試驗

5、土箱，試驗所用土壤的基本物理參數(shù)見表1。表1 土壤基本物理參數(shù)    土壤質(zhì)地    風(fēng)干土重量含水率g(%)    土壤容重rd/(g/cm3)    物理性粘粒含量(%)    飽和導(dǎo)水率s/(cm/min)    粗沙土粉土粉質(zhì)粘土     0.391.941.87     

6、;1.651.301.45     2.4329.7049.60     2.73×10-33.80×10-52.17×10-5      2 膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素    影響膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主因素有膜孔面積、膜孔間距、土壤容重、土壤質(zhì)地和土壤初始含水率等。2.1 膜孔面積對濕潤體特性的影響2.1.1 膜孔面積對濕潤體形狀的影響 圖2和圖3表示粉土在膜孔直徑為3.6cm、土壤容重為

7、1.30g/cm3、膜孔中心距為11.2cm、初始含水率為1.94的膜孔單向交匯入滲在入滲時間分別為30min和90min的濕潤體形狀剖面圖，圖中d為膜孔直徑?？梢钥闯觯涸谙嗤霛B時間內(nèi)，不同膜孔直徑的濕潤鋒運移距離不同，隨著膜孔直徑的增大，濕潤鋒推移距離愈大，膜孔入滲交匯時間隨膜孔直徑的增大而減小。在入滲        圖1 試驗裝置示意30min時，膜孔直徑為3.6cm和5.0cm的膜孔已發(fā)生交匯入滲，而膜孔直徑為2.0cm和3.0cm的膜孔入滲還處于自由入滲階段，隨著入滲歷時的延長，直徑為3.0cm和2.0c

8、m的膜孔也先后發(fā)生交匯入滲，在入滲歷時90min時，4種直徑的膜孔均處于交匯入滲階段。             圖2 膜孔交匯入滲濕潤鋒曲線（t=30min）    圖3 膜孔交匯入滲濕潤鋒曲線（t=90min）2.1.2 膜孔面積對垂直濕潤鋒運移的影響 圖4為對應(yīng)于圖2的不同膜孔直徑的垂直濕潤鋒運移曲線。可以看出：不同膜孔直徑的膜孔入滲濕潤深度均隨著入滲時間的延長而不斷增大，但是濕潤鋒運移曲線隨入滲時間的延長而變緩，說明濕潤鋒推進(jìn)速度

9、隨著入滲時間的增長而逐漸減??；在相同入滲時段內(nèi)，垂直濕潤鋒運移距離隨著膜孔直徑的增大而增大。這主是由于在相同條件下，隨著膜孔直徑的增大，膜孔入滲的側(cè)滲作用在整個入滲中的比重愈小，使單位膜孔面積入滲量增大，從而垂直濕潤鋒運移的距離愈大。            摘通過大量膜孔單向交匯入滲試驗資料，分析了膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主影響因素，研究了膜孔直徑、         本篇論文是由3COME文檔

10、頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。    經(jīng)分析不同膜孔直徑的膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間符合冪函數(shù)規(guī)律，即     RZ=AtB    (1)式中：A，B為擬合參數(shù)。    利用式(1)對圖4資料擬合得：d=20mm, RZ=1.5057t0.3150, R2=0.9962；d=30

11、mm, RZ=1.5975t0.3290, R2=0.9991；d=36mm，RZ=1.7651t0.3287, R2=0.9927；d=50mm, RZ=1.9359t0.3452, R2=0.9947。上述相關(guān)系數(shù)R2均大于0.99，說明膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有良好的冪函數(shù)關(guān)系。可以看出：在其它條件相同情況下，隨著膜孔直徑的增大，系數(shù)A依次增大，而指數(shù)B變化不大。    經(jīng)分析膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移參數(shù)A、B與膜孔直徑d之間分別符合冪函數(shù)和線型函數(shù)關(guān)系，設(shè)A=adb,B=kt L。式中a,b,k,L為擬合

12、參數(shù)，d為膜孔直徑。    則膜孔單向交匯入滲的垂于濕潤鋒運移距離RZ為      RZ=AtB=adb·t(kt L)    (2)    在圖4試驗條件下RZ=0.6353d0.2822·t(0.001d 0.2967)。2.1.3 膜孔面積對水平濕潤鋒運移的影響 圖5為對應(yīng)于圖2的不同膜孔面積的水平濕潤鋒運移曲線?？梢钥闯觯耗た字睆接螅粎R時間愈短，當(dāng)發(fā)生交匯后，隨著入滲時間的延長，而水平濕潤鋒保持不變。經(jīng)分

13、析研究膜孔單向交匯入滲水平濕潤半徑與入滲時間t的關(guān)系為：     Rx=(1-)·(d/2 mtn) ·S0    (3)式中：d為膜孔直徑(cm)；t0為交匯時間；m,n為擬合參數(shù)；S0為膜孔中心距的一半；參數(shù)*。             圖4 膜孔單向交匯入滲垂直濕潤鋒運移曲線     圖5 膜孔交匯入滲水平濕潤鋒運移曲線 

14、   利用式(3)對圖5資料擬合得：d=2.0cm, RX=(1-)·(1.0 0.8981t0.3653) 5.6·,R2=0.9883；d=3.0cm, RX=(1-)·(1.5 1.0043t0.3546) 5.6·,R2=0.9910；d=3.6cm, RX=(1-)·(1.8 1.1223t0.3627) 5.6·,R2=0.9979；d=5.0cm, RX=(1-)·(2.5 1.2023t0.3143) 5.6·,R2=0.9860。經(jīng)分析，膜孔單向交匯入滲水平濕潤鋒擬合

15、參數(shù)m、n與膜孔直徑d之間符合m=edf、n=Pd h關(guān)系，則     RX=(1-)·(d/2 edftpd h) 5.6·    (4)式中：e、f、p、h為擬合參數(shù)。    則試驗條件下RX=(1-)·(d/2 0.7136d0.3302t-0.0165d 0.4053) 5.6·。2.2 膜孔間距對濕潤體特性的影響2.2.1 膜孔間距對垂直濕潤鋒的影響 圖6表示粉土在膜孔直徑為3.6cm、容重為1.3g/cm3、初始含水率為1.

16、94%時，不同膜孔間距的膜孔單向交匯入滲膜孔中心處的垂直濕潤鋒運移曲線，圖中S表示膜孔間距?？梢钥闯觯涸谙嗤霛B時段內(nèi)，不同膜孔間距的垂直濕潤鋒運移距離基本相同，說明膜孔入滲交匯階段對膜孔中心垂直濕潤鋒運移特性影響不大，而對交匯界面處濕潤鋒運移特性影響較大。    圖7為對應(yīng)于圖6的垂直濕潤鋒運移速率曲線，t0為膜孔入滲交匯時間?？梢钥闯觯涸诎l(fā)生交匯后，膜孔中心處的垂直濕潤鋒運移速率比交匯界面處的垂直濕潤鋒運移速率慢，這主是由于交匯界面為零通量面，水平方向的濕潤鋒運移受到限制而使垂直濕潤鋒運移速率加大。     &

17、#160;       圖6 不同膜孔間距的垂直濕潤鋒運移曲線    圖7 垂直濕潤鋒運移速率曲線（S=11.2cm）2.2.2 膜孔間距對水平濕潤鋒的影響 圖8表示對應(yīng)于圖6的不同膜孔間距的水平濕潤鋒運移曲線，S表示膜孔間距?？梢钥闯觯翰煌た组g距對水平濕潤鋒運移的影響主通過交匯時間的不同來體現(xiàn)。水平濕潤鋒運移分為自由入滲階段和交匯入滲階段，在其它條件相同的情況下，不同膜孔間距的入滲在發(fā)生交匯之前為自由入滲規(guī)律，膜孔間距越大，則水平自由入滲運移階段時間越長，在水平濕潤鋒到達(dá)交匯界面時

18、開始交匯入滲階段，這時水平濕潤鋒運移距離不再加大，但濕潤體內(nèi)土壤含水量在不斷變化，此時主影響交匯界面處的垂直濕潤鋒運移速率。            摘通過大量膜孔單向交匯入滲試驗資料，分析了膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主影響因素，研究了膜孔直徑、         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否

19、者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。    2.3 土壤容重對濕潤體特性的影響2.3.1 土壤容重對垂直濕潤鋒的影響 圖9表示粉土在膜孔直徑為3.6cm、膜孔間距為11.2cm、土壤質(zhì)地為粉土、初始含水率為1.94時，不同土壤容重的垂直濕潤鋒運移曲線。可以看出：在相同入滲時段內(nèi)，垂直濕潤鋒運移的距離隨著土壤容重的增大而減小。這主是由于在相同條件下，隨著土壤容重的增大，土壤愈密實，土壤空隙率減小，土壤入滲能力愈低，從而垂直濕潤鋒運移距離愈小。         &#

20、160;   圖8 不同膜孔間距的水平濕潤鋒運移曲線    圖9 不同土壤容重的垂直濕潤鋒運移曲線    經(jīng)分析不同土壤容重rd的膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間符合冪函數(shù)規(guī)律，對圖9資料擬合得rd=1.20g/cm3,RZ=1.8424t0.3270，R2=0.9938；rd=1.30g/cm3,RZ=1.7651t0.3287，R2=0.9927；rd=1.35g/cm3,RZ=1.7054t0.3271，R2=0.9926；rd=1.40g/cm3,RZ=

21、1.6826t0.3235，R2=0.9982。上述相關(guān)系數(shù)R2均大于0.99，說明膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有良好的冪函數(shù)關(guān)系。在其它條件相同情況下，隨著土壤容重rd的增大，系數(shù)A依次減小，而指數(shù)B基本不變。    經(jīng)分析研究，膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移參數(shù)A與土壤容重rd之間關(guān)系為A=qrwd；q,w為擬合參數(shù)；B采用均值0.3266。則膜孔交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有以下關(guān)系：     RZ=AtB=qrwd·tB  

22、  (5)    利用式（5）對圖9資料擬合得RZ=2.0607rd-0.6093·t0.3266。2.3.2 土壤容重對水平濕潤鋒的影響 圖10為對應(yīng)圖9的不同土壤容重的水平濕潤鋒曲線?？梢钥闯觯涸诎l(fā)生交匯前，不同土壤容重的水平濕潤鋒運移速度隨著土壤容重的增大而減小，并且交匯時間隨土壤容重的增大而增大。當(dāng)發(fā)生交匯后，水平濕潤鋒隨入滲歷時的增長保持不變。經(jīng)分析膜孔單向交匯入滲水平濕潤半徑RX隨入滲時間t的變化規(guī)律滿足式（3）。    對圖10資料擬合得：rd=1.20g/cm3, RX

23、=(1-)·(1.8 1.1367t0.3786) 5.6·,R2=0.9938；rd=1.30g/cm3,RX=(1-)·(1.8 1.1223t0.3627) 5.6·,R2=0.9979；rd=1.35g/cm3,RX=(1-)·(1.8 0.8475t0.4424) 5.6·,R2=0.9825；rd=1.40g/cm3,RX=(1-)·(1.8 0.7911t0.4365) 5.6·,R2=0.9840。式中：rd為土壤干容重；RX為水平濕潤半徑(cm)。    可

24、以看出：在其它條件相同情況下，隨著土壤容重的增大，系數(shù)依次減小，而指數(shù)有增大的趨勢。2.4 土壤質(zhì)地對濕潤體特性的影響2.4.1 土壤質(zhì)地對濕潤體的影響 圖11表示膜孔直徑為3.6cm、膜孔間距為11.2cm時不同質(zhì)地土壤在入滲時間為10min時abCD面的濕潤鋒運移曲線?？梢钥闯觯涸谙嗤霛B時間內(nèi)，濕潤體的大小隨著土壤質(zhì)地的不同而異，濕潤體的大小為粗沙土粉土粉質(zhì)粘土。這主是由于不同質(zhì)地的土壤，其粘粒含量和大小孔隙的數(shù)量和比例有很大差別，所以入滲能力是不同的，從而導(dǎo)致濕潤鋒的運移速度不同。在入滲10min時，粗沙土發(fā)生交匯入滲，而粉土和粉質(zhì)粘土還處于自由入滲階段。  

25、60;          圖10 不同土壤容重的水平濕潤鋒曲線    圖11 膜孔入滲濕潤鋒運移曲線(t=10min)2.4.2 土壤質(zhì)地對垂直濕潤鋒的影響 圖12為對應(yīng)圖11的不同質(zhì)地土壤的垂直濕潤鋒運移曲線。可以看出：在相同入滲時段內(nèi)，垂直濕潤鋒運移的距離隨著土壤質(zhì)地的不同而異，運移距離大小依次為粗沙土、粉土和粉質(zhì)粘土。    經(jīng)分析不同質(zhì)地的土壤膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間符合冪函數(shù)規(guī)律。對圖

26、12資料擬合得：粗沙土 RZ=2.4604t0.3087，R2=0.9877；粉土 RZ=1.7651t0.3287，R2=0.9927；粉質(zhì)粘土 RZ=0.9768t0.3164，R2=0.9972，可以看出：上述相關(guān)系數(shù)R2均大于0.98，說明不同質(zhì)地土壤的膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有很好的冪函數(shù)關(guān)系。在其它情況相同條件下，粗沙土、粉土和粉質(zhì)粘土的擬合系數(shù)依次減小，而指數(shù)變化不大。    圖13為對應(yīng)圖11的垂直濕潤鋒運移距離與t1/2的關(guān)系曲線?？梢钥闯觯撼た兹霛B初期以外，垂直濕潤鋒運移距離近似為t1/2的線性函數(shù)

27、。對圖13資料擬合得：粗沙土 ，R2=0.9703；粉土 ，R2=0.9694；粉質(zhì)粘土，R2=0.9867?？梢钥闯觯荷鲜鰯M合的相關(guān)系數(shù)R            摘通過大量膜孔單向交匯入滲試驗資料，分析了膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主影響因素，研究了膜孔直徑、         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供

28、參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。2均大于0.96，說明膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t1/2之間具有良好的線性函數(shù)關(guān)系，且系數(shù)隨粗沙土、粉土和粉質(zhì)粘土依次減小。2.4.3 土壤質(zhì)地對水平濕潤鋒的影響 圖14為對應(yīng)于圖11的不同質(zhì)地土壤的膜孔單向交匯入滲水平濕潤鋒運移曲線?？梢钥闯觯捍稚惩涟l(fā)生交匯的時間最短，其次為粉土，粉質(zhì)粘土發(fā)生交匯的時間最長。當(dāng)發(fā)生交匯后，水平濕潤鋒運移隨入滲歷時的延長保持不變。經(jīng)分析研究膜孔單向交匯入滲水平濕潤鋒運移距離隨入滲時間t的變化規(guī)律滿足式（3）。      &

29、#160;      圖12 不同質(zhì)地土壤的垂直濕潤鋒運移曲線    圖13 垂直濕潤鋒與t1/2關(guān)系曲線    對圖14資料擬合得：粗沙土 RX=(1-)·(1.8 1.9107t0.3510) 5.6·，R2=0.9881；粉土 RX=(1-)·(1.8 1.1223t0.3627) 5.6·，R2=0.9979；粉質(zhì)粘土 RX=(1-)·(1.8 0.4648t0.3801) 5.6·，R2

30、=0.9982?？梢钥闯觯荷鲜鰯M合的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.98，說明膜孔單向交匯入滲的水平濕潤鋒運移距離與入滲時間之間具有良好的冪函數(shù)關(guān)系，且式（3）中系數(shù)m隨粗沙土、粉土和粉質(zhì)粘土依次減小，入滲指數(shù)n依次增大。2.5 土壤初始含水率對濕潤體特性的影響2.5.1 土壤初始含水率對垂直濕潤鋒的影響 圖15為膜孔直徑為36mm、膜孔間距為11.2cm、土壤容重為1.3g/cm3時不同土壤初始含水率的膜孔單向交匯入滲膜孔中心處的垂直濕潤鋒運移曲線?？梢钥闯觯涸谙嗤霛B時段內(nèi)，垂直濕潤鋒運移的距離隨著土壤初始含水率的增大而減小。這主是由于在相同條件下，隨著土壤初始含水率的增大，濕潤鋒前后濕土和干土的含

31、水率差值減小，土水勢梯度小，從而垂直濕潤鋒運移速度減小。                 圖14 不同土壤質(zhì)地水平濕潤鋒運移曲線    圖15 不同土壤初始含水率的膜孔垂直濕潤鋒運移曲線    圖16 不同土壤初始含水率的水平濕潤鋒曲線    經(jīng)分析不同土壤初始含水率g的膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時

32、間t之間滿足冪函數(shù)關(guān)系。    對圖15資料擬合得：g=1.94%，RZ=1.7651t0.3287，R2=0.9927；g=7.84%，RZ=1.5671t0.3418，R2=0.9986；g=12.82%，RZ=1.4522t0.3456，R2=0.9904。上述擬合的相關(guān)系數(shù)R2均大于0.99，說明膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有良好的冪函數(shù)關(guān)系。在其它相同條件下，隨著土壤初始含水率的增大，擬合系數(shù)A依次減小，而指數(shù)B變化不大。2.5.2 土壤初始含水率對水平濕潤鋒的影響 圖16為對應(yīng)圖15的不同土壤初始含水率的水平濕潤

33、鋒運移曲線?？梢钥闯觯翰煌寥莱跏己实哪た讍蜗蚪粎R入滲發(fā)生交匯的時間不同，土壤初始含水率愈大，發(fā)生交匯的時間愈長。在發(fā)生交匯前，水平濕潤鋒運移距離隨著土壤初始含水率的增大而減??；當(dāng)發(fā)生交匯入滲后，水平濕潤鋒運移距離在交匯界面處隨入滲時間的延長保持不變。經(jīng)分析膜孔單向交匯入滲水平濕潤半徑隨入滲時間t的變化規(guī)律滿足式（3）。    對圖16資料擬合得：g=1.94%，RX=(1-)·(1.8 1.1223t0.3627) 5.6·, R2=0.9979；g=7.84%，RX=(1-)·(1.8 0.6940t0.4842) 5.6·,R2=0.9935；g=12.82%，RX=(1-)·(1.8 0.6351t0.4871) 5.6·,R2=0.9892。以上相關(guān)系數(shù)R2均大于0.98，說明不同土壤初始含水率的膜孔單向交匯入滲水平濕潤鋒運移距離與入滲時間之間均符合冪函數(shù)關(guān)系。3 結(jié)論