不同容重土壤对单坑入渗土壤含水率的影响

2012-09-17范鹏飞孙西欢

山西水利科技 2012年4期

范鹏飞，孙西欢

（1.太原理工大学山西太原 030024；2.山西省水利水电工程建设监理公司山西太原 030002）

近年来水资源逐渐匮乏，农业用水、工业用水和生活用水都受到了不同程度的影响，因此节水灌溉技术的研究势在必行。由于自然条件的限制、我国北方水资源尤为短缺、降雨年内分配极不均匀，导致我国黄土高原地区面临极度缺水和干旱的现象。针对以上问题，孙西欢教授提出了一种适用于山丘区果园灌溉的新型节水灌水方法——蓄水坑灌法[1]，这一方法具有传统地面灌溉方法不具有的优点，可称之为中深层结构的立体灌溉方法，具有节水、保水抗旱、防止水土流失、充分利用当地地面径流，并形成良性水循环的特点[2-3]。土壤容重是影响水分入渗的一个重要因素，而田间的土壤因地理位置不同，土壤容重存在着差异，目前，还尚未见到有关土壤容重对单坑条件下水分分布的相关报道，前人没有对这方面做过研究。因此，本文针对土壤容重，对单坑入渗湿润体和含水率的分布规律进行了试验研究。

1 试验土壤与试验方法

1.1 试验土壤

本次试验土壤取自于山西省太谷县北洸村，土壤质地为砂质壤土。土壤剖面是自上而下的垂直切面。取土时，土壤剖面的位置必须具有代表性，不能在土层被破坏的地带及田埂旁边布置剖面。

1.2 试验装置

本试验根据田间蓄水坑的实际情况进行简化处理，因为蓄水坑水分入渗为轴对称入渗，因此取蓄水坑的1/12土体（30°扇形柱体）进行研究。

试验土箱是自制加工的，半径为1.0 m，高为1.2 m。采用10 mm厚，长×宽为100 cm×120 cm的有机玻璃板粘合而成，并用角钢固定，以确保有机玻璃板成30°角不变形。在模型的锐角部设水室。水室用3 mm厚的有机玻璃板制成，高为60 cm,半径为16 cm。弧形面上均匀地钻1 mm的孔，装土时在水室与土体之间设铜网，防止向坑内注水时冲刷坑壁。底部采用不透水的有机玻璃板，以防止水分的深层渗漏（如图1所示）。本次试验的挡板设置在45 cm处，挡板的位置可以根据不同的坑距进行调整。

1.3 试验参数的确定

本次试验坑深取60 cm，坑半径取15 cm，模型注水量为6 L。

图1 蓄水坑灌实验装置

2 实验方案

在土箱中分别装容重为1.3 g/cm3,1.4 g/cm3和1.47 g/cm3的土壤。用马氏筒向水室中灌水6 L。在灌水后的1，2，3，5 h等整点，用记号笔在土箱的侧壁直接描绘出湿润锋形状；在灌水后的第1，3，5，7天 (与前面符号一致)，在距蓄水坑中心轴20 cm，25 cm，30 cm，35 cm，40 cm处用土钻以10 cm为单位进行取土，用所取土壤测量土壤含水率。含水率采用烘干法测量，进而分析湿润锋运移规律和水分运动分布规律。

3 实验结果与分析

3.1 土壤容重对湿润体和湿润锋的影响

图2 容重1.3g/cm3不同时刻湿润锋推进状况

图3 容重1.4g/cm3不同时刻湿润锋推进图

由以图2,图3,图4可以看出：

1）单坑入渗过程中，水分从坑壁向垂直和水平方向入渗。从图中可以看出刚开始水平推进距离明显大于垂直推进距离，经过一段时间后垂直推进加快，但是水平推进速度仍大于垂向推进速度。这是由于土壤中水分入渗主要受到土壤基质势和重力势的作用，在水分入渗初期，土壤基质势对水分运移起决定作用，因此水分水平运移为主要表现形式；而经过一段时间入渗后，土壤基质势作用逐渐减弱，重力势逐渐增强，因而水分向前向下运移，形状趋于椭球形；在土壤不同容重条件下，湿润体的形状具有相似性，均为椭球状。土壤容重对土壤水分入渗速度有影响，不同容重土壤，容重小的土壤湿润锋前进速度大于容重大的土壤中的湿润锋前进速度。

2）从图中还可以得出，湿润锋的推进速度随着时间的推移逐渐变慢。这主要是因为随着时间的推移，坑内水位逐渐降低，水势梯度逐渐减小的缘故。