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基于HYDRUS-2D的雨水集聚深层入渗系统土壤水分运移模拟 预览
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作者 张伟 赵西宁 +5 位作者 高晓东 吴普特 潘岱立 宋小林 杨世伟 姚杰 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期78-85,100,共9页
为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据... 为了解雨水集聚深层入渗(RWCI)系统土壤水分的入渗规律,设置不同灌水量(10 L、21 L和36 L)和RWCI设计坑深(40 cm和60 cm)的室内土箱试验,观测不同灌水量与不同水头变化情况土壤含水率变化和土壤湿润锋在径向和垂直方向上运移过程,依据非饱和土壤水动力学理论,建立HYDRUS-2D变水头边界条件土壤水分二维入渗模型。通过与实测数据对比,结果表明模型模拟值和实测值具有较好一致性:垂向湿润锋相对均方差(R E)、平均绝对误差(MAE)和纳什系数(NE)分别为0.019、0.011 cm和0.994,径向湿润锋R E、MAE和NE分别为0.018、0.851 cm和0.977,土壤含水率R E、MAE和NE分别为0.188、0.016 cm 3·cm-3和0.916。相比于设计深度为40 cm的RWCI系统,60 cm RWCI系统在不同灌水量下能够更有效地增加果树根系分布层的土壤含水率,增加土壤水分入渗深度;相同灌水量下RWCI系统设计深度的径向湿润锋分布间无明显差异,而垂直方向的分布具有明显差异;RWCI系统在相同的设计深度下,随着灌水量增大湿润锋在垂向与径向的运移距离差异逐渐增大。 展开更多
关键词 雨水集聚深层入渗(RWCI)系统 土壤含水率 土壤水分运动 HYDRUS-2D模型
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珍珠岩粒径对土壤水分运移的影响 预览
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作者 张乃于 闫双堆 +2 位作者 任倩 王春梅 刘利军 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2019年第2期22-28,共7页
【目的】探究不同粒径珍珠岩对土壤水分运移的影响。【方法】设置大(1~3mm)、中(50~200μm)、小(<50μm)3种粒径珍珠岩处理,对其表面结构进行扫描电镜观察研究各处理的吸水及在不同温度下的保水性能;向土壤中施加大、中、小3种粒径... 【目的】探究不同粒径珍珠岩对土壤水分运移的影响。【方法】设置大(1~3mm)、中(50~200μm)、小(<50μm)3种粒径珍珠岩处理,对其表面结构进行扫描电镜观察研究各处理的吸水及在不同温度下的保水性能;向土壤中施加大、中、小3种粒径珍珠岩,通过盆栽与土壤水分入渗试验,探究其对土壤水分的影响。【结果】通过扫描电镜观察到珍珠岩表面孔隙随粒径的减小,孔隙数量减少,且孔径也减小,小粒径(<50μm)珍珠岩不具有孔隙;通过不同温度下珍珠岩持水量测定,表明大粒径(1~3mm)与中粒径(50~200μm)珍珠岩在常温下具有一定的吸水性和保水性,中粒径珍珠岩在3个处理中吸水量最大,保水性最好;通过盆栽试验,发现大粒径与小粒径珍珠岩能促进土壤水分的蒸发,减少土壤水分,中粒径珍珠岩在土壤中具有一定的保水性;通过水分入渗试验,发现大粒径与中粒径珍珠岩能促进土壤水分入渗,土壤累积入渗量和湿润锋深度随着珍珠岩粒径增大而减小,Horton公式拟合更适合本试验的入渗模型。【结论】不同粒径的珍珠岩对土壤水分运移影响不同。大粒径珍珠岩具有疏松土壤,增加土壤水分散失的作用;中粒径珍珠岩能良好地协调土壤水气状况,促进土壤水分入渗,并且有一定的保水能力;小粒径珍珠岩会对土壤造成不良影响,不宜作为土壤添加基质。 展开更多
关键词 珍珠岩 土壤水分运移 土壤孔隙
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陕北黄土区深剖面不同土地利用方式下土壤水氢氧稳定同位素特征
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作者 姬王佳 黄亚楠 +1 位作者 李冰冰 李志 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期4143-4149,共7页
研究不同利用方式下的土壤水分稳定同位素组成有助于理解土壤水分运动过程,且可以分析土地利用变化的水文效应.本研究采集陕北黄土区4种土地利用方式(农地、草地、沙柳和杨树)下>15 m深的土样,测定土壤水的氢氧稳定同位素组成,探究... 研究不同利用方式下的土壤水分稳定同位素组成有助于理解土壤水分运动过程,且可以分析土地利用变化的水文效应.本研究采集陕北黄土区4种土地利用方式(农地、草地、沙柳和杨树)下>15 m深的土样,测定土壤水的氢氧稳定同位素组成,探究土壤水分运动机制并分析土地利用方式的影响.结果表明:4种土地利用方式下土壤水氢氧稳定同位素组成特征具有显著差异.农地、草地、沙柳地和杨树地土壤水δD分别在-81.1‰~-60.1‰、-91.2‰~-61.0‰、-87.4‰~-63.6‰和-73.5‰~-62.2‰,δ18O分别在-11.2‰~-7.6‰、-12.6‰~-8.2‰、-11.5‰~-8.1‰和-9.9‰~-7.7‰.土壤水氢氧稳定同位素垂直分布均呈波动变化:浅层(活跃层,0~3 m)土壤水氢氧稳定同位素变化剧烈,δD值分别在-80.2‰~-61.8‰、-75.9‰~-65.5‰、-76.0‰~-63.6‰和-73.5‰~-62.2‰;中层(3~12 m)农地和草地氢氧稳定同位素剖面呈抛物线型,而沙柳地和杨树地相对稳定;但深层(12 m以下)土壤水氢氧稳定同位素值基本稳定,δD值分别在-80.8‰~-71.5‰、-83.0‰~-67.5‰、-87.4‰~-76.0‰和-67.5‰~-64.3‰.4个样地土壤水氢氧稳定同位素值在浅层和深层土壤均无明显差异,而在中层差异较大.土壤水分主要来自降水.活塞流可能是土壤水分运动的主导方式.不同样地土壤水可能接受不同强度降水的补给,农地和草地也可被强度小的降水事件补给,而沙柳地和杨树地可能主要接受夏秋季暴雨补给. 展开更多
关键词 黄土区 土地利用变化 氢氧稳定同位素 土壤水分运动
长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示 预览
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作者 戴军杰 章新平 +3 位作者 罗紫东 王锐 刘福基 贺新光 《环境科学研究》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期974-983,共10页
为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:(1)土壤水分季节变化... 为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:(1)土壤水分季节变化表现为丰水期(3-6月,土壤蓄水量大而稳定)、耗水期(7-10月,土壤水分以消耗为主)、补水期(11月-翌年2月,土壤水分以补给为主)3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期>补水期>丰水期.(2)受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量(P)>3.3 mm,并且LMWLP>3.3 mm(降水量>3.3 mm时的当地大气水线)较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL(土壤水线)更接近.(3)由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期>补水期>耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.(4)观测期间不同水体中lc-excess(δD与LMWL的差值)的平均值依次为降水(0)>地下水(-2.80‰)>土壤水(-5.00‰),土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞. 展开更多
关键词 长沙 樟树 降水 土壤水分运动 稳定同位素
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保护性耕作措施对旱地春玉米土壤水分和硝态氮淋溶累积的影响
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作者 胡锦昇 樊军 +2 位作者 付威 王欢 郝明德 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1188-1198,共11页
通过渭北旱塬春玉米15年定位试验,研究6种保护性耕作方式,即传统翻耕(CT)、免耕(NT)、免耕配施生物炭(NB)、免耕秸秆覆盖(NS)、免耕地膜覆盖(NF)和免耕秸秆地膜覆盖(NSF)对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,探索适宜于该区可持续发展的农田... 通过渭北旱塬春玉米15年定位试验,研究6种保护性耕作方式,即传统翻耕(CT)、免耕(NT)、免耕配施生物炭(NB)、免耕秸秆覆盖(NS)、免耕地膜覆盖(NF)和免耕秸秆地膜覆盖(NSF)对土壤水分与硝态氮淋溶的影响,探索适宜于该区可持续发展的农田管理措施.结果表明:与NT相比,第一次水分补给时期0~100 cm土层,CT处理水分补给量无显著差异,NS、NB、NSF和NF处理显著降低;在100~300 cm土层,NS、NB、NF和NSF处理显著增加了水分补给量,CT显著低于NT处理.第二次水分补给时期,水分补给主要集中在0~100 cm土层,且各处理与NT水分补给量无显著差异.水分消耗时期,各处理与NT处理在0~100 cm土层消耗量无显著差异,NF和NSF在100~300 cm土层水分消耗量显著增加,分别增加了33.9%和59.9%.在0~200 cm土层,与NT相比,CT处理显著增加了硝态氮累积量,是NT的2.2倍,NS、NB、NF和NSF处理显著减少了硝态氮累积量,分别减少了44.6%、61.5%、69.2%和69.8%;而在200~300 cm土层,NS处理显著增加了硝态氮累积量,CT与NT处理无显著差异,NB、NF和NSF处理显著减少.土壤水分运动能显著影响硝态氮在土壤剖面的分布,NB、NF和NSF处理硝态氮主要分布在0~40 cm土层,NS主要分布在0~100 cm和200~300 cm土层,而NT和CT处理硝态氮在整个剖面大量分布,其中NS、NT和CT处理出现两个硝态氮累积峰.不同农田管理措施通过对水分的调控减少硝态氮淋溶,进而提高氮素利用效率,其中免耕基础上秸秆地膜覆盖能有效调控土壤水分运动和减少硝态氮淋溶累积,是旱塬区改善农田水肥状况,增加作物产量的可行措施. 展开更多
关键词 硝态氮 水分运动 免耕 生物炭 地膜覆盖 秸秆覆盖
砂壤土下滴灌毛白杨幼林土壤水分运移规律与模拟 预览
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作者 李豆豆 席本野 +6 位作者 唐连峰 冯超 贺曰林 张亚雄 刘龙龙 刘金强 贾黎明 《林业科学》 CSCD 北大核心 2018年第12期157-168,共12页
【目的】明确滴灌下林地土壤水分运移规律,以期为林分精准滴灌策略制定提供数据支撑和理论依据。【方法】以砂壤土下进行地表滴灌的2年生毛白杨人工林为研究对象,通过田间试验研究灌水及水分再分布过程中土壤水势(ψs)、湿润锋和含水率(... 【目的】明确滴灌下林地土壤水分运移规律,以期为林分精准滴灌策略制定提供数据支撑和理论依据。【方法】以砂壤土下进行地表滴灌的2年生毛白杨人工林为研究对象,通过田间试验研究灌水及水分再分布过程中土壤水势(ψs)、湿润锋和含水率(θ)的动态变化规律,然后利用田间实测数据评估HYDRUS-2D/3D模拟土壤水分短期运动的精度和可行性,并运用验证后的模型对不同初始土壤含水率(θi)下的湿润锋运移进行模拟。【结果】灌溉过程中ψs、湿润锋水平和垂直运移距离、土壤湿润体内θ随灌水时长的变化可分别用Logistic函数(R^2=0.99)、对数(R^2=0.99)、幂函数(R^2=0.82)和多项式(R^2=0.99)函数描述;停灌时,湿润锋水平和垂直运移距离分别达到22.9和37.3cm,湿润体内ψs和θ较灌溉开始时分别提高61.6%和30.9%,ψs在停灌后约120h恢复至灌溉起始水平;湿润锋水平和垂直运移距离模拟值与实测值的平均偏差分别为1.3和4.5cm,停灌时及水分再分布过程中HYDRUS-2D/3D模拟θ的平均RMSE和RMAE分别为0.021cm^3·cm^-3和9.7%;利用HYDRUS-2D/3D模拟,得到试验地不同干旱程度时(土壤水分有效性的40%,60%,73%和80%)θi越高,湿润锋的水平和垂直运移均越大,且不同θi下的水平运移均略小于其垂直运移。【结论】HYDRUS-2D/3D可用于模拟砂壤土下地表滴灌毛白杨幼林的短期土壤水分动态。不同θi下湿润锋水平和垂直运移距离随灌溉时长的变化图,可为砂壤土上毛白杨及相似树种人工林的合理滴灌时长的确定提供参考。 展开更多
关键词 毛白杨 滴灌 土壤水分运移 HYDRUS 湿润锋 土壤水势 土壤含水率 土壤湿润体
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膨胀性土壤饱和水分运动参数计算模型 预览 被引量:1
7
作者 甘永德 刘欢 +3 位作者 贾仰文 牛存稳 仇亚琴 魏娜 《工程科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第2期77-83,共7页
膨胀性土壤吸水膨胀变形,具有复杂的水文特性及力学性质,其分布范围广泛,对国民经济有着重大影响,开展膨胀性土壤水分运动研究具有重要的实际意义和理论意义。目前的土壤水分运动研究多针对非膨胀性土壤,相关研究成果不适用于描述... 膨胀性土壤吸水膨胀变形,具有复杂的水文特性及力学性质,其分布范围广泛,对国民经济有着重大影响,开展膨胀性土壤水分运动研究具有重要的实际意义和理论意义。目前的土壤水分运动研究多针对非膨胀性土壤,相关研究成果不适用于描述膨胀性土壤水分运动过程。土壤膨胀变形主要是土壤膨胀力和自重应力综合作用的结果,土壤受力变形特征随土壤深度的变化而变化。为量化土壤膨胀变形对土壤水分运动参数的影响,采用土壤膨胀特征曲线和土壤应力一应变关系曲线建立包括饱和含水量、饱和导水系数、饱和比容积等在内的膨胀性土壤饱和水分运动参数计算模型。以黄绵土和娄土为典型膨胀性土壤,基于室内试验开展不同厚度土壤饱和水分运动参数的测定,验证所提出的参数计算模型的适用性和可靠性。结果表明:土壤饱和水分运动参数的计算值与实测值间的相对误差均小于10%,Nash效率系数均大于0.85,均方根误差均小于0.07,说明该模型可以较好地模拟计算膨胀性土壤饱和水分运动参数。研究成果既丰富了土壤水分运动理论研究,也为膨胀性土壤水分的利用和管理提供参考。未来研究将深入探讨不同初始含水量和初始容重下,土壤自重应力和膨胀力对饱和水分运动的影响,以期进一步提高模型性能。 展开更多
关键词 膨胀性土壤 土壤水分运动 饱和含水量 饱和导水率 饱和比容积
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黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟 预览
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作者 盖佳敏 樊军 王胜 《中国生态农业学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期253-262,共10页
黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可... 黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。 展开更多
关键词 黄土高原 水蚀风蚀交错区 粗质地风沙土 HYDRUS-1D 土壤水分运移 深层入渗 浅层地下水
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竖直微润灌土壤水分运动数值模拟与验证 预览
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作者 范严伟 赵彤 赵廷红 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2018年第2期20-25,共6页
为进一步认识微润灌土壤水分运动规律,进而指导微润灌工程设计,依据非饱和土壤水分运动理论,建立了竖直微润灌土壤水分运动模型,并用SWMS-2D软件进行求解。通过室内试验,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值和土壤剖面含水率等指... 为进一步认识微润灌土壤水分运动规律,进而指导微润灌工程设计,依据非饱和土壤水分运动理论,建立了竖直微润灌土壤水分运动模型,并用SWMS-2D软件进行求解。通过室内试验,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值和土壤剖面含水率等指标的模拟值进行分析验证。结果表明,模拟值与实测值一致性较好,所建模型能比较真实地反映竖直微润灌土壤水分运动的状况,利用SWMS-2D软件对竖直微润灌土壤水分运动进行模拟具有可行性。 展开更多
关键词 竖直微润灌 非饱和土壤 土壤水分运动 数值模拟 SWMS-2D
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红壤涌泉灌水分入渗试验及数值模拟 预览
10
作者 赵新宇 吴荣清 +1 位作者 梁欣欣 杨彦芬 《节水灌溉》 北大核心 2018年第2期51-55,共5页
为了探索红壤涌泉灌的水分入渗规律,进行了不同流量下涌泉灌的水分入渗试验,依据非饱和土壤水分运动理论建立土壤入渗数学模型,采用软件HYDRUS-3D进行了求解,在模型验证后,采用数值模拟方法研究土壤水分入渗运动。模型验证说明:土壤含... 为了探索红壤涌泉灌的水分入渗规律,进行了不同流量下涌泉灌的水分入渗试验,依据非饱和土壤水分运动理论建立土壤入渗数学模型,采用软件HYDRUS-3D进行了求解,在模型验证后,采用数值模拟方法研究土壤水分入渗运动。模型验证说明:土壤含水率的模拟值与实测值相对误差较小,两种结果的吻合度比较高,涌泉灌土壤水分运动可以用该模型来模拟。数值模拟结果说明:随流量的增加,土壤水分运动特征值随之增大;随着时间的延长增减的幅度变小;入流量越大,湿润锋运移速度越快,土壤含水率增加的速率越大;当入渗达到稳定时,土壤含水率与流量呈等比例增加的关系。 展开更多
关键词 涌泉灌溉 红壤土 HYDRUS-3D 土壤水分运动 数值模拟
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水平微润灌土壤水分运动数值模拟与验证 预览 被引量:2
11
作者 赵彤 范严伟 赵廷红 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期28-34,共7页
【目的】进一步认识微润灌土壤水分运动规律。【方法】以非饱和土壤水分运动理论为基础.建立了微润管水平铺设方式下的土壤水分运动数学模型,利用SWMS-2D软件进行求解,采用室内试验及已有文献资料,对单位长度微润管入渗量、土壤湿... 【目的】进一步认识微润灌土壤水分运动规律。【方法】以非饱和土壤水分运动理论为基础.建立了微润管水平铺设方式下的土壤水分运动数学模型,利用SWMS-2D软件进行求解,采用室内试验及已有文献资料,对单位长度微润管入渗量、土壤湿润锋运移值、土壤湿润体体积和土壤剖面含水率等指标的实测值与模拟值进行了分析验证。【结果】入渗初期(24h内),单位长度微润管入渗量模拟值与实测值之间存在一定差异。平均相对误差为11.7%;入渗后期(24h后),模拟结果与实测结果一致性良好,平均相对误差为4.7%。微润管水平埋设时,土壤湿润锋沿微润管呈圆柱形分布,各时段的模拟值与实测值基本一致,平均相对误差绝对值为7-38%;土壤湿润体体积模拟值与实测值随时间的增加拟合性越好;土壤含水率等值线为围绕微润管的“同心圆”,随着湿润体半径的增大而减小,微润管壁处土壤含水率最大。【结论】所建模型能比较真实地反映水平微润灌土壤水分运动状况,所建模型及采用SWMS-2D软件进行求解是可行的。采用数值方法模拟水平微润灌土壤水分运动过程是可靠的。 展开更多
关键词 水平微润灌:土壤水分运动 数值模拟 验证 SWMS-2D
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冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟 预览 被引量:1
12
作者 郭向红 孙西欢 +3 位作者 马娟娟 雷涛 郑利剑 王璞 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2018年第8期237-244,209共9页
冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法... 冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。 展开更多
关键词 冬小麦 深度灌水 土壤水分运动 数值模拟
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基于变分法对一类非线性扩散方程解析解研究
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作者 王娇 苏李君 秦新强 《应用数学学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期447-460,共14页
本文分别针对一类扩散系数为非线性指数函数和幂函数的扩散方程,基于变分原理中的泛函极值理论分别提出了求解该方程Dirichlet边界和Neumann边界问题解析解的新方法,并证明了新方法是泛函问题极值解的充要性.以非饱和土壤水分运动问... 本文分别针对一类扩散系数为非线性指数函数和幂函数的扩散方程,基于变分原理中的泛函极值理论分别提出了求解该方程Dirichlet边界和Neumann边界问题解析解的新方法,并证明了新方法是泛函问题极值解的充要性.以非饱和土壤水分运动问题为背景,给出了积水和恒通量条件下水平吸渗问题的解析解,并通过数值算例将解析解与数值解进行了比较分析,结果表明本文方法得到的解析解能够准确预测非饱和土壤水分水平吸渗问题的土壤含水量分布,是一种有效方法.因此本文方法为求解这一类非线性扩散方程提供了一种有效的新方法. 展开更多
关键词 非线性 扩散方程 泛函极值 土壤水分运动 解析解
荒漠绿洲土壤优先流研究进展 被引量:2
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作者 张勇勇 富利 +1 位作者 赵文智 闫加亮 《中国沙漠》 CSCD 北大核心 2017年第6期1189-1195,共7页
荒漠绿洲土壤受干湿交替、冻融作用和土壤特性等非生物因素和动物洞穴、植物根系生物因素影响,存在大孔隙。水分和溶质优先沿着相互连通的大孔隙快速补充到土壤深层或浅层地下水,引起绿洲农田水分、养分损失;大孔隙存在,增强了土壤通气... 荒漠绿洲土壤受干湿交替、冻融作用和土壤特性等非生物因素和动物洞穴、植物根系生物因素影响,存在大孔隙。水分和溶质优先沿着相互连通的大孔隙快速补充到土壤深层或浅层地下水,引起绿洲农田水分、养分损失;大孔隙存在,增强了土壤通气性,促进农田地力提升。荒漠绿洲土壤优先流的发生,减少地表径流及其侵蚀,促进水分入渗,影响着干旱区植被恢复和地下水补给。重点分析影响荒漠绿洲土壤优先流的非生物和生物因素,综述优先流对该区土壤性质和水文要素的影响。未来该区研究应重视以下几个方面:(1)加强大孔隙三维空间构型的研究,分析大孔隙结构与土壤优先流发生的内在机制;(2)开展不同景观类型土壤优先流的野外监测,认识土壤优先流的运动规律,揭示荒漠绿洲土壤优先流与植被互馈机制;(3)发展并构建荒漠绿洲土壤优先流运动的动力学模型。 展开更多
关键词 荒漠绿洲 优先流 大孔隙 土壤水分运动
微润灌溉技术研究进展及展望 预览 被引量:6
15
作者 邹小阳 全天惠 +2 位作者 周梦娜 杨庆理 石懿 《水土保持通报》 CSCD 2017年第4期150-155,共6页
[目的]对近年来国内外关于微润灌溉技术的研究成果进行综述,探讨微润灌溉的未来研究方向,为微润灌溉制度和灌溉参数的制定及该节水技术的推广提供依据。[方法]总结微润灌溉的发展历程和应用现状,微润灌溉条件下土壤水分运动规律,微润灌... [目的]对近年来国内外关于微润灌溉技术的研究成果进行综述,探讨微润灌溉的未来研究方向,为微润灌溉制度和灌溉参数的制定及该节水技术的推广提供依据。[方法]总结微润灌溉的发展历程和应用现状,微润灌溉条件下土壤水分运动规律,微润灌溉对作物生长的影响,并分析微润灌溉技术的不足之处。[结果]微润灌溉是一种新型地下灌溉技术,以连续灌溉方式不间断地向作物根系供应适量水分,使植物吸水过程与田间灌溉过程具有同步性,灌水量与植物耗水量相匹配,实现无胁迫灌溉,改善作物品质和产量。该技术已成为国际领先的仿生型连续灌溉系统,在干旱半干旱地区具有广阔的应用前景。[结论]今后应加强的研究领域主要包括:微润灌溉对土壤养分运移的影响;微润灌溉对不同种植模式作物生长的影响;微润灌溉对农田生态系统温室气体排放的影响。 展开更多
关键词 微润灌溉 应用现状 水分运移 作物生长
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滴灌条件下土壤湿润体特征研究 预览 被引量:2
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作者 何小梅 《节水灌溉》 北大核心 2017年第8期26-29,共4页
基于非饱和土壤水运动理论,建立了地埋滴灌条件下土壤水分运动数学模型。采用HYDRUS-3D软件对模型进行求解。通过实测结果与模拟情况对比分析,湿润体内土壤含水率模拟值与实测值差异不大,相对误差在10%以内。总体上模拟结果能较真实地... 基于非饱和土壤水运动理论,建立了地埋滴灌条件下土壤水分运动数学模型。采用HYDRUS-3D软件对模型进行求解。通过实测结果与模拟情况对比分析,湿润体内土壤含水率模拟值与实测值差异不大,相对误差在10%以内。总体上模拟结果能较真实地反映点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,可为滴灌系统的设计和运行提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 土壤水分运移 滴灌 数值模拟
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涌灌条件下非饱和土壤水分运动的数值模拟 预览
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作者 张巧利 张亮 《节水灌溉》 北大核心 2017年第8期64-68,共5页
基于非饱和土壤水动力学理论,通过计算机模拟方法,应用HYDRUS-3D软件建立了地下涌流根灌土壤水分轴对称三维数值模型,采用Galerkin有限元分析法对土壤水分运动状况进行了数值模拟。利用土壤入渗试验剖面含水率指标的实测值与模拟值来验... 基于非饱和土壤水动力学理论,通过计算机模拟方法,应用HYDRUS-3D软件建立了地下涌流根灌土壤水分轴对称三维数值模型,采用Galerkin有限元分析法对土壤水分运动状况进行了数值模拟。利用土壤入渗试验剖面含水率指标的实测值与模拟值来验证模型的正确性。结果表明,相对误差基本在10%以内,吻合良好,表明所建模型可以用于分析供试土壤条件下水分运动状况,可为涌流灌溉系统的合理设计及运行提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 涌流根灌 HYDRUS-3D 模拟 水分运移
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Application of HYDRUS-1D in understanding soil water movement at two typical sites in the North China Plain 预览
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作者 WANG Shi-qin SONG Xian-fang +1 位作者 WEI Shou-cai SHAO Jing-li 《地下水科学与工程:英文版》 2016年第1期1-11,共11页
Recharge and discharge, such as rainfall infiltration and evapotranspiration invertical direction, are major processes of water cycle in the shallow groundwater area of theNorth China Plain. During these processes, so... Recharge and discharge, such as rainfall infiltration and evapotranspiration invertical direction, are major processes of water cycle in the shallow groundwater area of theNorth China Plain. During these processes, soil water movement in the unsaturated zone playsan important role in the transformation from rainfall infiltration to groundwater. The soilwater movement models were developed by using HYDRUS-1D software at two typicalexperimental sites in Cangzhou (CZ) and Hengshui (HS) with different soil, vegetation andsimilar climate conditions. As shown in the results, the comparison in precipitation infiltrationfeatures between the two sites is distinct. The soil water experiences strong evaporation afterprecipitation infiltration, which accounts for 63% of the total infiltration at the HS site wherethe soil is homogenous. It is this strong evaporation effect that leads to slight increase of soilwater storage. At the CZ site, where the soil is heterogeneous, the evaporation effect existsfrom July to October of the simulation period. The total evaporation accounts for 33% of thetotal infiltration, and the evaporation rate is slow. At the end of the simulation period, the soilwater storage increases and the water table decreases, indicating a strong storage capacity atthis site. 展开更多
关键词 HYDRUS-1D software Soil water movement Precipitation INFILTRATION EVAPOTRANSPIRATION Groundwater RECHARGE
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基于HYDRUS的微润灌溉线源入渗数值模拟 预览 被引量:6
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作者 陈高听 郭凤台 +1 位作者 王利书 贾艳辉 《人民黄河》 CAS 北大核心 2016年第4期144-148,共5页
为探究微润灌溉在沙壤土中的入渗规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立1.0、1.5、2.0m三种水头下微润灌溉土壤水分运动的数学模型。利用HYDRUS(2D/3D)软件对模型进行求解,求解结果表明:微润灌溉入渗流量随水头的增大而增大;湿... 为探究微润灌溉在沙壤土中的入渗规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立1.0、1.5、2.0m三种水头下微润灌溉土壤水分运动的数学模型。利用HYDRUS(2D/3D)软件对模型进行求解,求解结果表明:微润灌溉入渗流量随水头的增大而增大;湿润体沿渗灌管呈圆柱形分布,相同灌水时间下,湿润体大小随水头的增大而增大,湿润锋运移速率在灌水48 h内迅速减小,之后逐渐趋于稳定;含水率等值线为以渗灌管为中心的同心圆,平均含水率随水头的增大而增大,灌水均匀度随水头的增大而减小。为了验证软件模拟的精确性,将田间试验结果与模型模拟值进行对比,结果表明:模拟值与实测值无显著性差异,两者具有较好的一致性,说明HYDRUS软件可用于模拟微润灌溉条件下土壤水分运动及设计地下线源入渗灌水策略。 展开更多
关键词 微润灌溉 土壤水分运动 HYDRUS 数值模拟
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对栾城地区降雨蒸发条件下的土壤水分运动模拟研究 预览
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作者 何青 朱飞 彭红明 《水利与建筑工程学报》 2016年第4期222-225,共4页
数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。HYDRUS-1D是用于模拟变量饱和孔隙介质中水流和溶质运移的模型软件。本文应用HYDRUS-1D软件,模拟了河北省栾城县实验地在降雨蒸发条件下... 数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。HYDRUS-1D是用于模拟变量饱和孔隙介质中水流和溶质运移的模型软件。本文应用HYDRUS-1D软件,模拟了河北省栾城县实验地在降雨蒸发条件下的土壤水分运动情况。通过对模型的校正与识别,得出了栾城地区的水分运动形式。 展开更多
关键词 HYDRUS-1D软件 数值模拟 土壤水分运动 栾城
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