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1、灌溉排水学报2011年2月第30卷第1期JournalofIrrigationandDrainage文章编号:16723317(2011)01001505*基于多水头稳态入渗的土壤参数求算方法研究1123111任尚岗,张振华,刘继龙,刘峰,潘英华,崔素芳,李陆生(1.鲁东大学地理与规划学院,山东烟台264025;2.东北农业大学水利与建筑学院,哈尔滨150030;3.烟台市国土资源局牟平分局规划站,山东烟台2640252)摘要:基于单环入渗理论,推导出了多水头稳态入渗条件下土壤水入渗参
2、数的求算方法,分析比较了双水头与多水头方法测量的入渗参数的差异。结果表明,多水头方法比双水头条件下获取的饱和导水率稳定性强、变异性弱,与多个双水头求算结果的均值十分接近;多水头下的测量结果与多个双水头均值有很好的线性相关性;双水头入渗中,积水深度相差10和15cm与相差3、5或6cm相比,测量结果的稳定性强、变异性弱,与多个双水头均值具有更好的相关性;多水头入渗与双水头相比测算的土壤入渗参数可在一定程度上减小试验误差,双水头试验中适当增加2个稳定入渗水头间的差距可提高测量精度。关键词:多水头入渗
3、;双水头入渗;饱和导水率中图分类号:S152.7文献标志码:A0引言土壤饱和导水率可以在田间测定,也可采取土样在室内测定。单环积水入渗是田间现场测定土壤水运[3][12]动参数的一个重要方法,Reynolds和Elrick等在Bouwer和Daniel的研究基础上,利用积水入渗理论,[3][4]推导出了单环入渗中饱和导水率的求解方法;Mertens利用单环入渗测定了田间饱和导水率。刘继龙、[6]张振华等利用单环入渗法,分析了不同土地利用方式对土壤饱和导水率的影响。目前,利用单环入渗研究土
4、壤入渗特征时,大都基于2个稳定积水深度即双水头入渗,基于双水头稳态入渗推求饱和导水率在理论上上是成立的,然而双水头的选择没有一定的标准,2个积水深度的大小及其间距的选取具有随机性,同时土壤本身入渗特征的非均一性及突变性等因素,都会影响测量结果。为能更准确获取土壤入渗参数,基于单环入渗理论,推导出多个稳定积水深度条件下土壤入渗参数的求算方法,分析比较双水头与多水头方法推求土壤饱和导水率的差异。以期为利用单环入渗方法准确测定土壤水力参数提供参考。1理论推导单环入渗仪是测量土壤表层水分入渗特征的重要工具
5、,利用单环入渗仪测量土壤水分入渗特征时,环中的水分入渗属于积水条件下的三维运动过程。Reynolds建立了利用单环入渗法推求土壤饱和导水率ks[3]的计算方法。r2Qs=(ksH+m)rksG(1)G=0.316(d/r)+0.184式中:r为入渗环半径;H为入渗环内积水深度;d为入渗环插入地下的深度;m为土壤基质势通量。利用式(1)时,常采用双水头入渗法,在2个积水深度H1、H2条件下分布获取稳态通量Qs1、Qs2,结合r、d求解饱和*收稿日期:20100625基金项目:国家自然科学基金
6、(40801100)作者简介:任尚岗(1983),男,山东济宁人。硕士研究生,主要从事区域水土资源高效利用研究。通讯作者:张振华(1971),男,教授,硕士生导师,主要从事区域水土资源高效利用研究。15导水率ks。利用双水头入渗理论求算入渗参数,是基于2个稳定水头下土壤入渗性能相一致的基本假设,然而土壤入渗性能具有非均一性及突变性,野外自然条件下表现的更为明显,加之积水深度H1、H2的大小及间距的选取没有一定的标准,造成室外试验土壤入渗参数的测量值与真实值存在一定差距。为提高试验的测量精度,可以
7、测量多个稳定水头的土壤入渗特征,近而求算相应参数,整理式(1)得:rr2Qs=ksH+m+rks(2)GG或Qs=AH+B(3)32式中:Qs为稳态通量(cm/min);H为积水深度(cm);A=rks/G;B=rm/G+rks。在变换积水深度测定稳渗通量时,理论上A、B是不变的,因此Qs与H间呈线性关系,在多个积水深度下分别测定其稳态通量,找出Qs与H的拟合关系,利用拟合系数A、B,计算ks和m。2材料与方法试验地位于鲁东大学试验地内,随机在3点取样,将土样自然风干,过2mm孔径的土筛
8、后利用沉降法对土壤进行颗粒分析(见表1)。按照国际土壤质地分类标准进行划分,试验地土壤为壤土。表1试验土壤的机械组成%粘粒(0.002mm)粉粒(0.002~0.02mm)细砂粒(0.02~0.2mm)粗砂粒(0.2~2mm)11.85149.26036.3472.543试验系统由入渗环和马氏瓶二部分组成。入渗环共有5种类型,其中入渗环直径为10、20cm时,高度分别为20、30cm,共4种类型;另一种类型是入渗环直径30cm时,其高度为25cm。试验过程
