充分供水条件下膜孔入渗的pip模型hli

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1、2003年8月，灌溉排水学报第22卷第4期JournalofIrrigationandDrainage’’‘。文章编号：1000—646X(2003)04—0018—04充分供水条件下膜孔入渗的Philip模型吴军虎，费良军，李怀恩(西安理工大学水资源研究所，陕西西安710048)摘要：通过室内垂直入渗和膜孔入渗试验，研究了充分供水条件下膜孔入渗特性，建立了充分供水条件下膜孔入渗的Philip模型，分析了膜孔入渗与一维垂直入渗之间的关系，可以由一维垂直入渗资料确定充分供水条件下膜孔入渗模型。关键词：充分供水，膜孔入渗；点源入渗，膜孔灌

2、溉；Philip模型中图分类号：$275，0357．3文献标识码：A膜孔灌溉是在农田地膜栽培的基础上，利用地膜输水，通过膜孔渗入土壤对作物供水的一种节水型地面灌溉新技术，它具有节水、灌水质量高和增产等特点[1]。在灌水方式上，膜孔灌溉属于地面灌溉，但由于水分是通过仅占整个田面面积3～5以下的膜孔面积渗入作物根系所处的土壤中，沿畦(沟)长方向的入渗面是不连续的，其土壤水分入渗方式类似于滴灌。对于单个膜孔而言，膜孔入渗与滴灌条件下的点源入渗一样，均属于局部浸润的空间三维入渗。膜孔入渗与滴灌条件下点源入渗的不同之处在于：滴灌的土壤水分入渗是

3、非充分供水条件下的点源入渗，而膜孔灌溉中水流在田面流动，膜孔上方有薄层积水，使供水能力始终大于土壤的入渗能力，所以膜孔入渗属于充分供水条件下的入渗。另外，膜孔入渗并非严格意义上的点源入渗，其受水面积(即膜孔面积)的大小对膜孔入渗特性影响很大，但膜孔面积与整个湿润面积相比非常小，因此，从宏观上可以把膜孔入渗看作充分供水条件下的三维“点源”入渗[2]。膜孔入渗特性与数学模型是进行膜孔灌溉灌水方案设计和灌水质量评价的基础。因此，开展充分供水条件下膜孔入渗特性与数学模型研究具有重要的理论价值和生产意义。1试验材料与试验方法为了研究探讨充分供水

4、条件下膜孔入渗规律，利用充分供水点源入渗装置在室内进行单点膜孔入渗试验]。试验装置由有机玻璃材料制成，长×宽×高为40cm×30cm×40cm，利用改进的马氏瓶进行自动供水[4]，为比较膜孔入渗与一维垂直入渗的关系，在进行充分供水条件下膜孔入渗试验的同时，又进行了相同土壤条件下的垂直土柱入渗试验，垂直土柱为圆柱体，直径9．8cm，高100cm。试验土样采自陕西省定边粮副基地，其土壤基本物理参数如表1所示。试验土样经风干、粉碎、过筛，按预定的含水量配水后分层装入试验土箱。对膜孔直径分别为2、3、3．5⋯456cm的膜孔进行入渗试验(其中

5、以膜孔直径3．5cm的入渗资料进行模型验证)，在进行试验时，将1／4膜孔置于A点，按照先密后疏的时间间隔在入渗1、3、5、⋯、3O、35、⋯、80、90rain时(共19个数据点)通过马氏瓶读取累积入渗量，由装置的ABCD面或ABba面绘出湿润体的形状并测量垂直湿润深度和水平湿润半径随入渗时间的变化，同时，又进行了相同土壤条件下的垂直土柱入渗试验。收稿日期：2003—06—16基金项目：国家自然科学基金资助项目(59779027)；陕西省“九五”攻关项目(95K04一G4)作者简介：吴军虎(1974一)，男，博士，主要从事水文水资源与

6、节水灌溉方面的理论和技术研究18表1试验土壤基本物理参数表2充分供水条件下膜孔入渗特性10002．1充分供水条件下累积入渗量g图1为实测的不同膜孔直径条件下的膜孔累积入渗过程⋯(1／4膜孔面积)与垂直入渗过程。可以看出：膜孔入渗量随着入渗40。时间的延长而增大；入渗时间相同时，不同膜孔直径上的累积入2。。250200150硼登o50020406080100时间／m．in图2单住面积入渗量图3不同膜孔直径入渗量比较2．3充分供水条件下单位膜孔面积侧渗量膜孔入渗是充分供水条件下的三维入渗，它不仅包含垂直向下的水分运动，而且还有侧向的水分运

7、动。250假定单位膜孔面积上的入渗水量是由垂直入渗水量和膜孔侧渗水200量组成，即Z—Zo4-Z(1)150式中：z为单位膜孔面积的入渗水量(cm)；Z。为一维垂直入渗水鍪00量(cm)；Zc为单位膜孔面积的侧渗水量(cm)。50图4为不同膜孔直径条件下单位膜孔面积的侧渗量与入渗时020406080100间的关系。图中膜孔直径上的侧渗量为对应于图2中同一时间的时间／rain单位膜孔面积入渗水量与相应时间的一维垂直入渗水量之差。由图可见，单位膜孔面积上的侧渗量均随着入渗时间的延长而增大，图4膜孔侧渗量与入渗时间的关系并且随着膜孔直径的增

8、加而减小。图4中膜孔侧渗量曲线与图2中膜孔入渗量曲线相差不大，说明垂直入渗量在膜孔入渗量中所占比重很小，主要是膜孔侧渗在起作用。19图5表示入渗时间分别为5、10、20、30、45、60、90min时单位膜孔面积的侧渗量