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基于水量平衡原理的裂隙优先流双域渗透模型及其应用

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针对农田裂隙在灌溉过程中造成灌水效率降低和养分淋失等现象,基于表层入渗、裂隙边壁层流通量、裂隙边壁水平吸渗三者与灌水强度平衡原理,构建了基于水量平衡的优先流双域渗透模型,采用染色示踪试验进行了验证,并基于该模型进行了初始/边界条件旋转设计模拟应用.结果 表明,试验优先流模式可显著区分为基质流态(土层深度0～10 cm)和优先流态(土层深度大于10 cm),染色覆盖率在土层深度大于10 cm的区域内呈线性骤降趋势;对比分析实测和模拟流态可知,本文提出的裂隙流双域渗透模型可有效预测土壤上边界入渗特征、基质流入渗深度和染色覆盖率随深度的变化,实测和模拟染色覆盖率极显著相关(P ＜0.01,R2为0.981),裂隙流发育可分为供水强度控制、表层入渗能力/裂隙边壁层流控制、表层/裂隙边壁入渗能力控制3个阶段.基于该模型采用初始体积含水率(θi为0.20、0.25、0.30、0.35 cm3/cm3)和灌水强度(R0为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02 cm/min)旋转设计,分析了初始及边界条件下优先流特征,模拟结果表明,增大灌水强度可使优先流指数增加而降低灌水均匀度,而当初始含水率升高时,优先流强度减弱且基质流深度增加.本文基于水量平衡原理模拟了裂隙流湿润锋推移过程,消除了传统双域渗透模型难以量化裂隙边壁糙率和层流厚度的缺点,丰富了膨缩性土壤裂隙优先流预测理论,可为农田水分管理和水肥渗漏淋失抑制提供依据.
Dual-permeability Model for Crack Preferential Flow Based on Principle of Water Volume Balance and Its Application

王策、张展羽、陈晓安、陈于、朱成立、翟亚明

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河海大学农业科学与工程学院,南京211100

江西省水利科学院,南昌330029

江苏省农村水利科技发展中心,南京210029

干缩裂隙 裂隙优先流 双域渗透模型 数值模拟 水量平衡原理

江苏省自然科学基金青年基金江西省重点研发计划项目中央高校基本业务费专项资金项目中国博士后科学基金

BK2020052320203BBGL73226B2002010172021M690874

2021

10.6041/j.issn.1000-1298.2021.10.033

农业机械学报
中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院

农业机械学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.904
ISSN：1000-1298
年,卷(期)：2021.52(10)
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