覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移試驗(yàn)探討

1、覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移試驗(yàn)探討    內(nèi)容導(dǎo)讀： 田間土壤水分、鹽分和溫度變化使水、鹽、熱耦合遷移的過程極其復(fù)雜。近年來覆膜灌溉的推廣應(yīng)用、鹽堿地開發(fā)和改良以及土壤次生鹽堿化防治等問題使得研究西北干旱-半干旱地區(qū)覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移規(guī)律成為重要課題。本論文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金和霍英東教育基金課題，采取理論分析與室內(nèi)外試驗(yàn)相結(jié)合、以試驗(yàn)研究為主；大田與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合、以室內(nèi)試驗(yàn)為主；應(yīng)用與機(jī)理研究相結(jié)合、以機(jī)理為主的技術(shù)路線，研究覆膜條件下土壤水、鹽、熱耦合遷移特點(diǎn)。成果如下：(1)根據(jù)大田實(shí)測(cè)地溫資料，分析了覆膜條件下膜中、膜邊、膜

2、間和揭膜四種處理在早、中、晚三個(gè)不同時(shí)刻的地溫特征；分析研究了各觀測(cè)時(shí)刻覆膜與不覆膜條件下025cm剖面地溫的特點(diǎn)及各層地溫間的相關(guān)關(guān)系；在重點(diǎn)對(duì)玉米田地溫時(shí)空變化特征分析的基礎(chǔ)上，首次將覆膜與不覆膜不同時(shí)刻觀測(cè)的剖面地溫與氣溫建立了聯(lián)系，提出了僅根據(jù)氣溫資料來猜測(cè)一日內(nèi)不同時(shí)刻剖面地溫的新方法，猜測(cè)結(jié)果表明其精度較高。(2)研制了水平一維、垂直一維及滴灌三維等三類土壤水、鹽、熱耦合遷移試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)在水、鹽、熱的量測(cè)技術(shù)方面均采用了非破損的先進(jìn)丈量|教學(xué)論文網(wǎng)|手段，從而為實(shí)現(xiàn)各特定溫控試驗(yàn)條件下的動(dòng)態(tài)觀測(cè)提供了重要條件。(3)對(duì)由再分布過程推求的土壤非飽和導(dǎo)水率模型中的參數(shù)進(jìn)行了敏感

3、性分析，根據(jù)實(shí)測(cè)資料的計(jì)算表明，非飽和導(dǎo)水率對(duì)參數(shù)b和n的敏感性均大于其它參數(shù)。此外，研究表明，導(dǎo)熱率與土壤含水率、土壤水吸力、含鹽濃度之間均存在良好的冪函數(shù)關(guān)系；在取得一定溫控條件下的土壤水分與溫度分布實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)Philip經(jīng)驗(yàn)方程，通過差分法計(jì)算得出溫差作用下的水分?jǐn)U散率，該參數(shù)可表示為溫度的冪函數(shù)形式。(4)對(duì)等溫條件下的入滲、半無窮土體及有限土體再分布過程進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。重點(diǎn)對(duì)以上各種條件下入滲、再分布過程的水鹽剖面變化規(guī)律及特征進(jìn)行了分析與定量描述。同時(shí)，根占有關(guān)斷汽化而在近暖端大量累積，并在土柱內(nèi)形成積鹽區(qū)和脫鹽區(qū)，二者的分界點(diǎn)一般在距暖端scm范圍內(nèi)變動(dòng)。（6

4、）在對(duì)初始含水率和含鹽率均勻、地表有不同塑膜開孔率條件下蒸發(fā)的水鹽運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究基礎(chǔ)上，探討了溫度場(chǎng)和水分運(yùn)動(dòng)特征與規(guī)律。試驗(yàn)研究表明，不同覆膜開孔率的累積蒸發(fā)量E與時(shí)間t的平方根均符合Gardner提出的線性關(guān)系。為便 理論對(duì)垂直一維積水入滲與有限土柱再分布平衡后的水分剖面建立了理論關(guān)系式，經(jīng)試驗(yàn)資料檢驗(yàn)，表明該理論關(guān)系是公道的。此外，對(duì)滴灌非充分供水入滲過程的水鹽變化規(guī)律做了類似的分析，從而為考慮溫度梯度作用下的同類問題研究與分析打下基礎(chǔ)。西安理工大學(xué)博士學(xué)位論文（5）根據(jù)水平一維土壤水鹽熱耦合遷移試驗(yàn)，分析了溫度勢(shì)梯度對(duì)水鹽運(yùn)動(dòng)影響的機(jī)理。研究表明，在溫度勢(shì)梯度影響下土壤水分以液態(tài)和汽態(tài)兩

5、種狀態(tài)從暖端向冷端遷移，從而引起暖端基質(zhì)勢(shì)的相應(yīng)改變，導(dǎo)致水分在兩種勢(shì)梯度交互作用下逐漸達(dá)到平衡。同時(shí)溶于水中的土壤鹽分也隨液態(tài)水的不斷汽化而在近暖端大量累積，并在土柱內(nèi)形成積鹽區(qū)和脫鹽區(qū)，二者的分界點(diǎn)一般在距暖端scm范圍內(nèi)變動(dòng)。（6）在對(duì)初始含水率和含鹽率均勻、地表有不同塑膜開孔率條件下蒸發(fā)的水鹽運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究基礎(chǔ)上，探討了溫度場(chǎng)和水分運(yùn)動(dòng)特征與規(guī)律。試驗(yàn)研究表明，不同覆膜開孔率的累積蒸發(fā)量E與時(shí)間t的平方根均符合Gardner提出的線性關(guān)系。為便于實(shí)際應(yīng)用，提出了相對(duì)累積蒸發(fā)量的概念，并分別建立了覆膜開孔率與相對(duì)累積蒸發(fā)量、蒸發(fā)速率及單位膜孔面積蒸發(fā)量間的確定性數(shù)學(xué)模型。同時(shí)分析了覆膜開孔

6、條件下土壤剖面鹽分和濃度特征，以及土表10cm的單位膜孔面積返鹽率與不同覆膜開孔率的定量關(guān)系。根據(jù)以上思路，對(duì)不同開孔率條件下有限土柱垂直一維入滲一蒸發(fā)的水鹽運(yùn)動(dòng)也做了同樣分析研究，取得了相應(yīng)成果，從而為該類問題的進(jìn)一步深入研究與應(yīng)用提供了重要參考。（7）研究了入滲鋒和開孔率不同條件下半無窮土體人滲結(jié)束后蒸發(fā)中的水鹽運(yùn)動(dòng)特征及蒸發(fā)的最大濕潤(rùn)深度與表層含水率變化規(guī)律，建立了多因素影響下的累積蒸發(fā)量和蒸發(fā)速率的代數(shù)模型，同時(shí)探討了開孔率和入滲鋒影響下的均勻蒸發(fā)速率特征。試驗(yàn)研究表明，開孔率和入滲鋒是影響剖面含鹽率及濃度變化的兩個(gè)重要影響因素。對(duì)不同開孔率來說，全覆膜蒸發(fā)的濃度可用深度的指數(shù)形式表達(dá)

7、，不同人滲鋒和開孔率綱】：1緒論9-3311問題的提出9-1512國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-2613論文研究?jī)?nèi)容及方法26-332大田覆膜地溫實(shí)驗(yàn)研究33-5321寬地膜覆蓋的棉田地溫場(chǎng)特性33-4022覆膜-不覆膜的地溫特征及相關(guān)性40-4523玉米田地溫的時(shí)空變化特征及其猜測(cè)預(yù)告45-5124本章小結(jié)51-533土壤水、鹽、熱耦合遷移室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)53-6031試驗(yàn)土樣的基本理化性質(zhì) 條件下濃度可表示為位置的分段指數(shù)函數(shù)。（8）滴灌入滲結(jié)束的蒸發(fā)試驗(yàn)表明，累積蒸發(fā)量及單位膜孔面積的累積蒸發(fā)量與覆膜開孔率的變化關(guān)系均可描述為冪函數(shù)形式。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析對(duì)比了全覆膜和不覆膜蒸發(fā)的含水率、含鹽率、濃度及

8、Na十濃度的變化特征和確定規(guī)律，做出了相應(yīng)水鹽特征的等值線圖。（9）在確定了入滲、再分布及蒸發(fā)的控制方程及定解問題基礎(chǔ)上，采用隱式差分格式對(duì)垂直一維積水入滲、半無窮上體再分布及半無窮土體蒸發(fā)進(jìn)行了數(shù)值模擬，與計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較符合?！娟P(guān)鍵詞】：覆膜土壤水鹽熱耦合遷移溫度勢(shì)梯度開孔率蒸發(fā)再分布【論文提綱】：· 1緒論9-33· 11問題的提出9-15· 12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-26· 13論文研究?jī)?nèi)容及方法26-33· 2大田覆膜地溫實(shí)驗(yàn)研究33-53· 21寬地膜覆蓋的棉田地溫場(chǎng)特性33-40· 22覆膜-

9、不覆膜的地溫特征及相關(guān)性40-45· 23玉米田地溫的時(shí)空變化特征及其猜測(cè)預(yù)告45-51· 24本章小結(jié)51-53· 3土壤水、鹽、熱耦合遷移室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)53-60· 31試驗(yàn)土樣的基本理化性質(zhì)53-54· 32土壤水、鹽、熱觀測(cè)手段的采用依據(jù)54· 33水平一維土壤水、鹽、熱耦合遷移室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)54-56· 34垂直一維土壤水、鹽、熱耦合遷移室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)56-58· 35滴灌三維土壤水、鹽、熱耦合遷移室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)58-59· 36本章小結(jié)59-60· 4土壤水熱相關(guān)參數(shù)分析60-73·

10、; 41土壤非飽和導(dǎo)水率模型中參數(shù)的敏感性分析60-65· 42質(zhì)地對(duì)土壤熱性質(zhì)的影響65-70· 43溫差作用下的水分?jǐn)U散系數(shù)的數(shù)值解70-71· 44本章小結(jié)71-73· 5等溫條件下的土壤水鹽運(yùn)動(dòng)73-99· 51垂直一維積水入滲中的水鹽運(yùn)動(dòng)73-77· 52垂直一維積水入滲水分運(yùn)動(dòng)的理論關(guān)系及其試驗(yàn)驗(yàn)證77-80· 53有限和半無窮土體等溫再分布中的水鹽運(yùn)動(dòng)80-91· 54非充分供水條件下滴灌入滲的水鹽運(yùn)動(dòng)91- 97· 55本章小結(jié)97-99· 6溫度勢(shì)梯度作用下的水平一維水鹽運(yùn)動(dòng)9

11、9-106· 61試驗(yàn)方法99· 62瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的溫度特征99-101· 63溫度勢(shì)梯度對(duì)土壤水鹽運(yùn)動(dòng)的影響101-104· 64本章小結(jié)104-106· 7覆膜條件下垂直一維蒸發(fā)中的土壤水、鹽、熱耦合遷移106-149· 71初始水鹽含量均勻的覆膜垂直一維蒸發(fā)研究106-117· 72覆膜條件下有限土體垂直一維蒸發(fā)研究117-128· 73入滲鋒和開孔率不同的半無窮垂直一維蒸發(fā)研究128-141· 74土壤水分運(yùn)動(dòng)問題的數(shù)值解141-146· 75本章小結(jié)146-149· 8覆膜條件下滴灌蒸發(fā)試驗(yàn)研究149-158· 81試驗(yàn)方法14