运城市禹门口灌区土壤入渗特性的试验和实践研究

2011-08-15闫宏哲

太原城市职业技术学院学报 2011年1期

关键词：土壤结构大田土壤水分

闫宏哲

（山西禹门口黄河提水工程管理局，山西河津 043300）

运城市禹门口灌区土壤入渗特性的试验和实践研究

闫宏哲

（山西禹门口黄河提水工程管理局，山西河津 043300）

该试验以山西省运城市禹门口提水站灌区为依托，采取室内室外试验和实验相结合的方法，测量了三种状态下的土壤入渗能力及土壤含水量、土壤容重、土壤有机质含量和土壤结构，土壤入渗能力通过入渗量和稳定入渗率来体现。试验地点选取了禹门口灌区的三个点，分布于灌区内的河津、稷山、新绛三个县，能够较好地代表本灌区的土壤特性。

土壤入渗能力；土壤含水量；土壤结构

山西省运城市禹门口灌区是一个以工农业双路供水和水源稳定、管理规范、运转协调、保障有力为突出特色的大型灌区，受益范围西起河津市龙门村，东至新绛县南社乡店头庄，南界汾河以北三级台地边缘，北沿吕梁山坡脚，涉及河津、稷山、新绛三县（市）13个乡（镇），273个自然村、街道办事处，总人口45.96万人，属山西省主要粮棉产地之一。工程于1987年开工建设，设计提水规模26立方米/秒，年取水4亿立方米，由水源、灌区、工业供水三大部分组成，设计灌溉面积49.82万亩。

禹门口灌区位于山西省南部运城市内，灌区范围内包括黄河、汾河两大过境河流。黄河水平均过境水量为336.9亿m3，2005年灌区内地下水资源总量为1.23亿m3，地下水可开采量为0.82亿m3，实际开采量0.59亿m3，农业实际开采量0.09亿m3，工业实际可开采量0.42亿m3。

入渗是水分通过地表进入土壤的过程，这是自然界水循环中的一个重要环节，也是地面水转换为可资植物吸收利用的土壤水的唯一途径。实际工作中，地表径流和土壤侵蚀、融雪、雨水或灌溉对浅层地下水的补给以及化肥、农药和污染物在土壤中的迁移等无一不涉及到土壤水分入渗问题。

该研究通过大量的大田土壤的入渗试验，对土壤入渗规律性和灌水技术进行了研究，掌握了土壤水分入渗特性和灌水技术，为农业节水灌溉提供科学依据。这一研究涉及到土壤、农业、水利、水文、气象及地质等学科，属于一门交叉复合型课题。它的研究有助于促进土壤水分入渗基础理论研究的发展，而且可为综合评价地表、地下水资源、有效利用土壤水资源提供科学依据。因此，无论在理论上还是在指导生产实践方面，都具有重要意义。

论文基于大田土壤入渗试验，试图用常规土壤物理参数确定入渗参数，以此达到为农业灌溉提供入渗参数及其确定方法为目的。土壤的入渗特性主要受土壤结构、含水量、有机质含量、土壤质地等因素的影响。在特殊的土壤环境和特殊的灌水技术中，土壤的入渗特性除受上述各因素影响外，还受其他因素的影响。如间歇入渗条件下，还受构成其间歇灌水过程的灌水参数（间歇时间、循环率和灌水周期）的影响；又如冻结土壤条件下的入渗，还受土壤冻结深度、冻层层位等因素的影响。经初步分析，上述各影响因素与入渗特性参数间都有较好的相关关系，土壤入渗特性参数与各影响因素间的多元相关关系也较为密切。影响土壤入渗参数的所有因素都可以认为是土壤常规理化参数。论文试图寻找这些常规土壤理化参数与入渗特性参数的相关数学模型。具体内容如下：

（1）通过对山西省禹门口灌区的大田土壤水分入渗试验数据分析，获得不同土壤耕作条件下土壤水分入渗的规律。

（2）通过对土壤水分入渗基本特性的研究，对影响土壤水分入渗的因素进行了全面的研究。

一、野外试验仪器和设备

该试验所用的主要仪器、设备和设施包括：大田双套环单点入渗仪，含水量、土壤容重测试仪器以及量水设备等。

二、试验方案

论文的试验是大田土壤水分入渗试验。大田入渗试验分别在山西省运城市的河津、稷山、新绛三县的天然地里进行。各试验点的选择都具有一定的代表性。基本上反映了整个灌区的入渗特性。土壤入渗试验旨在通过系统的大田试验，全面揭示土壤的基本特性，了解影响土壤入渗的主导因素，建立土壤入渗模型，为灌溉提供土壤水分入渗模型及其模型参数的确定和预测方法。主要包括：土壤质地影响试验、土壤含水量影响试验、土壤结构影响试验、土壤有机质影响问题等。

三、试验方法

土壤入渗实验采用积水入渗方法，即实验时形成地表含水量接近饱和含水量θs的一维垂直入渗条件，其入渗界面边界条件属灌溉入渗模型。为消除积水水头对势梯度的影响，将积水水深控制在2～3cm。入渗过程中，分时段记录入渗水量，根据土壤入渗的一般过程，入渗开始后的11分钟内，每分钟观测一次；12-15分钟内，3分钟观测一次；15～70分钟内，5分钟观测一次；70分钟以后，10分钟观测一次。入渗时间由相对稳定入渗条件控制，即入渗率达到相当稳定时结束实验。实验表明：耕种条件下非冻结土壤一般在60分钟内可达到稳定入渗状态，冻结土壤达到稳定入渗的时间更短，考虑到资料的一致性和可靠性，实验中的入渗实验时间取90分钟。个别具有特殊目的的实验延长到160分钟。

四、土壤结构对大田土壤入渗能力的影响

无论哪种土壤质地条件，土壤结构都对土壤入渗能力产生较大影响。随着地表及耕层土壤由疏松变密实，其水分入渗能力明显降低。翻松地、压实地和作物种植地三种耕作状态下，翻松地最疏松，原状土最密实，压实地介于两者之间，同样的入渗时间内，翻松地的入渗量最大，压实地次之，作物种植地最小。

五、土壤含水量的影响

数百组大田土壤水分入渗试验结果表明，大田土壤入渗过程一般可在90min内达到相对稳定，所以选择90min累积入渗量（H90）作为反映土壤入渗能力的指标。

众所周知，决定入渗量大小的因素为土水势梯度和水力传导度。土壤含水量主要从入渗水流湿润区的平均势梯度方面影响土壤水分入渗能力。土壤含水量越高，水分入渗锋面的土水势越高，则水分入渗锋面与地表之间的平均势梯度越小，因此土壤的入渗通量越小，即土壤入渗能力越低。所以土壤含水量越高，土壤入渗能力越低。土壤有机质能促进土壤团粒结构的形成。由于腐殖质是一种胶体，有良好的胶结作用，在有电解质，尤其是钙离子存在的条件下，腐殖质产生凝聚作用，使分散的土壤胶粒接成疑团体，形成稳定团粒，从而调节土壤水、肥、气之间的矛盾，为植物生长发育创造良好的条件。再者，有机质可降低黏粒的黏结力，增加沙土的黏结力，改善不良地的耕作性能。增加土壤有机质是补充作物营养，提高产量和培育，以及提高土壤肥力的重要途径。