膜孔灌單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究

1、膜孔灌單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究         06-02-22 15:15:00     作者：費良軍1，李發(fā)文1，    編輯：studa9ngns摘要：通過大量膜孔單向交匯入滲試驗資料，分析了膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主要影響因素，研究了膜孔直徑、間距、土壤容重、土壤質地和土壤初始含水率對膜孔單向交匯入滲的影響，結果表明各因素對膜孔單向交匯入滲濕潤體特性均有明顯的影響。這些研究成果為進一步研究膜孔單向交匯入滲規(guī)律和膜孔

2、灌技術奠定了基礎。 關鍵詞：膜孔灌 膜孔單向交匯入滲 濕潤體 影響因素      膜孔灌溉是利用地膜輸水，通過作物孔和專用灌水孔入滲進行灌溉的一種節(jié)水型地面灌溉新技術。膜孔灌入滲為充分供水條件下的三維點源入滲，它不同于滴灌條件下的非充分供水點源入滲。根據農業(yè)地膜栽培和種植規(guī)格，膜孔入滲分為3種類型：第1種為作物的行距和株距都很大的膜孔自由入滲；第2種為作物的行距相對株距很大時，只在作物行方向膜孔間發(fā)生入滲交匯干擾，稱之為膜孔單向交匯入滲；第3種為作物的行距和株距均較小，在入滲過程中，膜孔將受到周圍膜孔入滲的干擾作用，稱之為膜孔多向交匯入滲。研究

3、膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素是進行膜孔灌技術要素研究的基礎，近年來，國內外對滴灌條件下的點源入滲特性進行了大量研究1-3，而關于膜孔自由入滲濕潤體特性影響因素國內僅進行了初步探討4-8，直至目前尚未見到國外對此問題的研究報導。膜孔單向交匯入滲比膜孔自由入滲復雜得多，目前對膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究很少7。因此，開展膜孔單向交匯入滲濕潤體特性影響因素研究具有重要的理論價值和生產實際意義。1 試驗條件    膜孔單向交匯入滲室內試驗裝置如圖1所示。試驗土箱采用12mm厚的透明有機玻璃板制作，土箱高AB為40cm，長ad為40cm，寬AD為2

4、4cm，aD寬12cm，利用在abcd處加隔板可模擬農田株距為12cm和24cm，行距為80cm的膜孔單向交匯入滲。由于2個膜孔直徑相同，且同時開始供水入滲，所以濕潤鋒及濕潤土體的土壤含水率分布均關于abcd面對稱，因而abcd面為膜孔交匯界面，即零通量面，為此試驗中利用裝置的一半就可以達到模擬試驗的要求。因此，試驗在土箱中土壤表層覆膜，為了模擬膜孔和便于觀測濕潤鋒的發(fā)展過程，入滲膜孔采用1/4膜孔面積的方形水室，并置于土箱的一角，因而abCD為膜孔中心界面。試驗利用帶有刻度的截面積為10cm2的馬氏瓶進行自動供水，并保證方形水室中具有恒定的積水層高度，以達到充分供水的點源入滲，每次試驗前，給

5、馬氏瓶裝水，并用皮管將馬氏瓶與土箱供水管相連，試驗開始后，打開閥門，以分鐘為單位，時間間隔先短后長，由馬氏瓶的刻度讀取入滲水量，并進行入滲量控制。試驗土樣經風干、粉碎、過篩，按預定的含水量配水后分層裝入試驗土箱，試驗所用土壤的基本物理參數(shù)見表1。表1 土壤基本物理參數(shù)土壤質地風干土重量含水率g(%)土壤容重rd/(g/cm3)物理性粘粒含量(%)飽和導水率s/(cm/min)粗沙土粉土粉質粘土 0.391.941.87 1.651.301.45 2.4329.7049.60 2.73×10-33.80×10-52.17×10-5  2 膜孔單向交匯入滲濕

6、潤體特性影響因素    影響膜孔單向交匯入滲濕潤體特性的主要因素有膜孔面積、膜孔間距、土壤容重、土壤質地和土壤初始含水率等。2.1 膜孔面積對濕潤體特性的影響2.1.1 膜孔面積對濕潤體形狀的影響 圖2和圖3表示粉土在膜孔直徑為3.6cm、土壤容重為1.30g/cm3、膜孔中心距為11.2cm、初始含水率為1.94的膜孔單向交匯入滲在入滲時間分別為30min和90min的濕潤體形狀剖面圖，圖中d為膜孔直徑?？梢钥闯觯涸谙嗤霛B時間內，不同膜孔直徑的濕潤鋒運移距離不同，隨著膜孔直徑的增大，濕潤鋒推移距離愈大，膜孔入滲交匯時間隨膜孔直徑的增大而減小。在入滲圖

7、1 試驗裝置示意圖2 膜孔交匯入滲濕潤鋒曲線（t=30min）圖3 膜孔交匯入滲濕潤鋒曲線（t=90min）    經分析不同膜孔直徑的膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間符合冪函數(shù)規(guī)律，即RZ=AtB(1)式中：A，B為擬合參數(shù)。    利用式(1)對圖4資料擬合得：d=20mm, RZ=1.5057t0.3150, R2=0.9962；d=30mm, RZ=1.5975t0.3290, R2=0.9991；d=36mm，RZ=1.7651t0.3287, R2=0.9927；d=50mm,

8、RZ=1.9359t0.3452, R2=0.9947。上述相關系數(shù)R2均大于0.99，說明膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移距離RZ與入滲時間t之間具有良好的冪函數(shù)關系?？梢钥闯觯涸谄渌鼦l件相同情況下，隨著膜孔直徑的增大，系數(shù)A依次增大，而指數(shù)B變化不大。    經分析膜孔單向交匯入滲的垂直濕潤鋒運移參數(shù)A、B與膜孔直徑d之間分別符合冪函數(shù)和線型函數(shù)關系，設A=adb,B=kt+L。式中a,b,k,L為擬合參數(shù)，d為膜孔直徑。    則膜孔單向交匯入滲的垂于濕潤鋒運移距離RZ為 RZ=AtB=adb·t(

9、kt+L)(2)    在圖4試驗條件下RZ=0.6353d0.2822·t(0.001d+0.2967)。Rx=(1-)·(d/2+mtn)+·S0(3)式中：d為膜孔直徑(cm)；t0為交匯時間；m,n為擬合參數(shù)；S0為膜孔中心距的一半；參數(shù)*。圖4 膜孔單向交匯入滲垂直濕潤鋒運移曲線 圖5 膜孔交匯入滲水平濕潤鋒運移曲線    利用式(3)對圖5資料擬合得：d=2.0cm, RX=(1-)·(1.0+0.8981t0.3653)+5.6·,R2=0.9883；

10、d=3.0cm, RX=(1-)·(1.5+1.0043t0.3546)+5.6·,R2=0.9910；d=3.6cm, RX=(1-)·(1.8+1.1223t0.3627)+5.6·,R2=0.9979；d=5.0cm, RX=(1-)·(2.5+1.2023t0.3143)+5.6·,R2=0.9860。經分析，膜孔單向交匯入滲水平濕潤鋒擬合參數(shù)m、n與膜孔直徑d之間符合m=edf、n=Pd+h關系，則RX=(1-)·(d/2+edftpd+h)+5.6·(4)式中：e、f、p、h為擬合參數(shù)。    則試驗條件下RX=(1-)·(d/2+0.7136d0.3302t-0.0165d+0.4053)+5.6·。2.2 膜孔間距對濕潤體特性的影響3、初始含水率為1.94%時，不同膜孔間距的膜孔單向交匯入滲膜孔中心處的垂直濕潤鋒運移曲線，圖中S表示膜孔間距。可以看出：在相同入滲時段內，不同膜孔間距的垂直濕潤鋒運移距離基本相同，說明膜孔入滲交匯階段對膜孔中心垂直濕潤鋒運移特性影響不大，而對交匯界面處濕潤鋒運移特性影響較大。