农业机械学报

作者：王策，张展羽，陈晓安，陈于，朱成立，翟亚明

单位：河海大学,河海大学,江西省水利科学院,江苏省农村水利科技发展中心,河海大学,河海大学,

关键词：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

基金：江苏省自然科学基金青年基金项目（BK20200523）、江西省重点研发计划项目（20203BBGL73226）、中央高校基本业务费专项资金项目（B200201017）和中国博士后科学基金项目（2021M690874）

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0~10cm）和优先流态（土层深度大于10cm），染色覆盖率在土层深度大于10cm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、0.35cm3/cm3）和灌水强度（R0为0.10、0.08、0.06、0.04、0.03、0.02cm/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。

来源：2021年第10期

《农业机械学报》期刊编辑部

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