理论教育 不同流量对单点源湿润锋变化特征的影响

不同流量对单点源湿润锋变化特征的影响

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:图5-1、表示不同滴头流量下单点源湿润锋随入渗时间的变化规律。湿润锋运移距离与入渗时间的数量关系可以用幂函数的形式表达。滴水结束时,在土箱的侧面,透过有机玻璃发现垂向湿润轮廓范围与水平湿润区域相似,试验表明垂向湿润锋运移和水平湿润锋运移具有相似的规律。在相同入渗时间的条件下,较大的滴头流量的水平湿润锋半径大于滴头流量小的,实际上是灌水量起着主导作用。单点源垂向湿润锋运移随入渗时间的变化规律如图5-3所示。

不同流量对单点源湿润锋变化特征的影响

对于同一种土壤,湿润锋随着时间的延续逐渐扩展,随着滴水时间的增加而逐渐变缓,在一定历时达到固定值。因此湿润锋与滴水时间、滴头流量、土壤质地成为函数关系。表达式为X=f(t,q,土壤质地)。湿润锋移动半径的大小取决于滴头流量和入渗时间。图5-1(a)、(b)表示不同滴头流量下单点源湿润锋随入渗时间的变化规律。

图5-1 不同滴头流量下水平湿润锋的变化

(a)3h;(b)6h

在1L/h、2L/h、3L/h的滴头流量下,入渗时间分别为3h、6h的水平湿润锋的变化如图5-1(a)、(b)所示。在相同入渗时间的条件下,较大的滴头流量的水平湿润锋半径大于滴头流量小的,实际上是灌水量起着主导作用。水分移动存在两个方向,水平和垂直运移,在开始入渗阶段,主要是由于干燥的土壤界面与水分存在着较高的水势梯度,水平方向运移速率高于垂直方向,滴头流量小的湿润锋水平运移速度就慢,那么运移距离就小于大滴头流量。从滴水开始,不同的滴头流量水平湿润锋随着入渗时间推移而逐渐增大。湿润锋运移分为两个阶段,先是一个加速阶段,在开始入渗时,入渗水分主要受到分子力作用,水分被土壤颗粒所吸附,入渗边界处湿润锋和干燥土壤之间的水势梯度非常高,水分运移速率也相应增加。随着入渗时间增加,土壤含水量大于分子持水量时,地表表面有一定的积水时,入渗水分进入渗漏阶段,在毛管力和重力作用下,水分在土壤孔隙中作非稳定流运动,这时候入渗率减小,湿润半径增加的速度开始减缓[18]

湿润锋运移距离与入渗时间的数量关系可以用幂函数的形式表达。单点源水平湿润锋半径和入渗时间的关系,可以用公式y=axb来表示(图5-2),y表示湿润锋半径,x表示入渗时间。

单点源水平湿润锋与入渗时间的拟合结果见表5-2,表中看出在相同入渗时间里,滴头流量与系数a呈正相关,与指数b的关系不明显;入渗时间越长,系数a越大。滴水结束时,在土箱的侧面,透过有机玻璃发现垂向湿润轮廓范围与水平湿润区域相似,试验表明垂向湿润锋运移和水平湿润锋运移具有相似的规律。

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图5-2 水平湿润锋与入渗时间的拟合曲线

(a)3h;(b)6h

表5-2 水平湿润锋与入渗时间的拟合结果

单点源垂向湿润锋运移随入渗时间的变化规律如图5-3所示。在相同的灌水量条件,1L/h的滴头流量在土壤垂直方向上运移距离最大,2L/h的湿润锋距离次之,3L/h的垂向湿润锋最小。在点源入渗初期,水分水平方向运动受基质势的作用,由于刚开始入渗,水分和干燥土壤之间存在较大的水势梯度,所以土壤基质势和非饱和导水率较大,那么较大的滴头流量在水平方向上运移速率较快。随着入渗时间的增加,滴头处与湿润锋的距离在加大,土壤基质势与非饱和导水率开始慢慢减小,这时在垂直方向上受到重力势的作用逐渐增强,入渗时间越长,重力势的作用也就显著。在相同累积入渗量的条件下,最小的滴头流量需要入渗的时间最长,那么它在垂直方向上的湿润锋运移距离就最深。

图5-3 垂向湿润锋与入渗时间的拟合曲线(灌水量10L)

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