不同入渗水头条件下的Green-Ampt模型.pdf

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1、第26卷第3期642010年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，b1．26No．3M缸2010不同入渗水头条件下的Green．Ampt模型郭向红，孙西欢※，马娟娟，毕远杰(太原理工大学水利科学与工程学院，太原030024)摘要：在蓄水坑灌灌水时，蓄水坑内入渗水头的增加会改变入渗界面土壤结构性状，从而导致土壤水分入渗特性发生变化。为了能够模拟不同入渗水头作用下的入渗过程，该文在分析入渗水头对水分入渗影响的机制基础上，将入渗水头对入渗的影响归结为对概化饱和区导水率的影响，建立了能够模拟不同入渗水头对入渗影响的改进Green．Ampt模型。在室

2、内进行了不同入渗水头入渗试验对改进后的Green．Ampt模型进行验证，结果表明不同入渗水头条件下不同时刻对应入渗率的G-reen-Ampt模型计算值和试验实测值吻合较好，改进的Green．Ampt模型可以有效地模拟不同入渗水头条件下的入渗过程。关键词：入渗，导水率，灌溉，Green．Ampt模型，蓄水坑灌doi"10．39690．issn．1002—6819．2010．03．011中图分类号：S152．7文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)-03-0064-05郭向红，孙西欢，马娟娟，等．不同入渗水头条件下的Green．Ampt模型[J]．农业

3、工程学报，2010，26(3)：64--68．GuoXianghong，SunXihuan，MaJuanjuan，eta1．Green—Amptmodelofdifferentinfiltrationheads[J】．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：64--68．OnChinesewithEnglishabstrac00引言蓄水坑灌法是一种适用于中国北方干旱地区果林灌溉的新型灌水方法【1】。该方法的最大特点就是将节水灌溉与水土保持有机地结合在一起。其中变水头、复杂边界条件下的蓄水坑内的水分入渗研究是蓄水坑条件下土壤水分运动特性研究

4、的关键问题之一【2】。蓄水坑的深度一般为60cm，因而坑内入渗水头变幅较大(60～0cm)，入渗界面复杂且入渗面积随入渗时间而变化。这一入渗特点使得入渗水头成为影响蓄水坑土壤水分入渗的一个不可忽略的因素。为此，在蓄水坑灌法的研究过程中先以入渗水头为控制因子，把坑内变水头的入渗过程离散为若干个恒定水头的入渗过程，研究分析不同水头作用下一维入渗特性对迸一步研究蓄水坑灌水分入渗有重要意义。研究中发现，入渗水头的增加使得入渗界面土壤骨架变形，土壤结构逐渐密实，从而使入渗界面的入渗条件发生变化，导致土壤水分入渗特性发生变化【3刈。马娟娟【5l通过观测不同水头作用下入渗前后入

5、渗界面土壤微结构和土壤剖面微结构的变化，测得不同入渗水头作用后表层土壤的孔隙度，且以5gin水头作用下的表层土壤孔隙度值作为基数，比较其他入渗水头作用下的表层土壤孔隙度收稿日期：2008-05．17修订日期：2008．10．30基金项目：国家自然科学基金资助项目(50979065)；山西省科技攻关资助项目(2007031069)；山西省研究生创新项目(20081041)；山西省高等学校优秀青年学术带头人支持计划资助作者简介：郭向红(1979一)，男，山西平顺人，博士生，主要从事节水灌溉以及土壤水动力学方面研究。太原太原理工大学水利与科学工程学院，030024·Em

6、ail：xi锄曲on97920@126．oom。※通信作者：孙西欢(1960一)，男，山西临猗人，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉以及土壤水动力学方面研究。太原太原理工大学水利与科学工程学院，030024。Email：朝醢岫固ty吐edlLm的变化情况，得出随着入渗水头的增加，入渗界面表层土壤的体积质量不断增大的结论。土壤入渗过程是田间土壤水分循环的重要组成部分，国内外学者已对土壤入渗特性进行了大量研究，主要集中在土壤初始含水率、土壤质地和泥沙含量等因素对入渗率的影响睁81，而对入渗水头对入渗的研究比较少，仅李长兴【91对10cm以下水头进行试验研究，但在较大入

7、渗水头作用下的入渗研究还比较少。描述土壤入渗的模型有Kostiakov模型101、Philip模型[111、Hot'ton模型‘121和Green．Ampt模型【131，其中Green．Ampt模型是1911年由Green和Ampt基于毛管理论提出的入渗模型，该模型形式简单，模型参数具有明确的物理意义，因而得到广泛应用。Green．Ampt模型虽然是基于均质土壤推导而来的，但经过后人的发展与完善，不仅用于均质土壤入渗过程的研究模拟，而且还可用于研究初始含水率分布不均匀的土壤【14】、层状土以及浑水入渗问趔”。71，另外，经过修正后的模型还被广泛地应用于降雨入渗、坡

8、面产流、土