不同区域土壤水下渗在四水转化中作用研究
土壤水分及其运动基本方程研究进展
科 技 兴 农
循环 中 的一个 重要 环节 ， 是 土壤 水 运 动 、 污染 物 运 移 、
水分 运动规 律 ， 不 论在 理 论 上还 是 在应 用 上 都 有重 要 的作 用 ， 但 是 由于 问 题 本 身很 复 杂 ， 在 相 当长 的时 期 内， 在 生活 实践 中遇 到 的土 壤水 问题 只 能用 定性 的描 述或 各种 经验 的方法 去处理 。土壤 水 的形 态分类 仅 是
一
种 定性 的描述 ， 由于对 于 土 壤 中水 分 的分 布 和运 动 的研 究无 法量化 ， 因此 在 相 当 长 的一 段 时 间 内在理 论
和 实 践 上 均 没 有 取 得 更 大 的研 究 进 展 。 随 着 科 学 技 术 的发展 ， １ ９ ０ ７年 白 金 汉 （Ｂ ｕ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｍ）提 出 毛 管 势 理论 ， 并 首次将 此概念 应用 于土壤 水 ， 这 为 利 用 能 量 观
在Ｊ ａ ｃ ｏ ｂ ｂ ｅ ａ ｒ所 著 的 《 Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｆｌ ｕ ｉ ｄ ｓ ｉ ｎ Ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ
用 价值 。能量 法则 能精 确 定量 土壤 水 的能 态 ， 因而 在
研 究分 层土壤 中的水 分运 动 、 不 同介质 中水分 转化 （ 如
物理 、 化 学及 生物过程 密切 相 关。研 究土壤 水分运 动将有 助 于提 高农 业水 资源利 用率 、 缓 解 水资 源短 缺 的矛盾 ， 更能促进 水与水 土环境之 间的平衡 。文章概 述 了土壤 水分及 其运 动基本 方程研 究进展 ， 并 对未
地下渗灌研究进展
地下渗灌研究进展马海燕;李福林;张克峰;黄乾;于晓蕾;姜瑶;夏海波【期刊名称】《中国农村水利水电》【年(卷),期】2024()1【摘要】地下渗灌是一种地下微灌方法,通过埋设于地下的渗灌管将灌溉水引至地面下一定深度的土壤中,再利用土壤毛细管作用实现对作物根区直接供水,该灌水方法与“地下滴灌”的灌水过程实质相同。
地下渗灌可有效改善土壤环境质量,利于作物生长,是一项发展前景广阔的高效节水灌溉技术,开展地下渗灌的研究对于推动高效节水农业发展具有重要意义。
从地下渗灌条件下土壤水分运移规律、灌水技术参数、灌溉制度、渗灌管堵塞的影响及调控等方面,对相关研究进展和存在问题进行综述,提出了今后的研究方向,供节水灌溉研究领域的学者参考。
综述认为,与地下渗灌技术的生产实践相比,对其机理方面的研究相对滞后,限制了该技术的深入推广应用,主要表现在:地下渗灌条件下土壤水分运移规律尚不够清晰;堵塞问题依然是目前阻碍地下渗灌技术应用与发展的限制性因素;地下渗灌配水系统优化设计问题尚需进一步研究。
建议今后开展各种不同渗灌条件下的水分入渗数值模拟分析;选取合适的处理水平,研究渗灌灌水效果的主要影响因素,寻求最优灌水技术参数组合;针对地下渗灌条件下作物灌溉制度开展研究,形成一套合理完善的灌溉制度与试验方法;对于渗灌管出流规律、堵塞机理以及进入地下渗灌系统时灌溉水源水质关键参数的有效调控阈值等进行深入研究。
【总页数】8页(P1-7)【作者】马海燕;李福林;张克峰;黄乾;于晓蕾;姜瑶;夏海波【作者单位】山东省水利科学研究院;山东省水资源与水环境重点实验室;山东建筑大学市政与环境工程学院【正文语种】中文【中图分类】TV93;S27【相关文献】1.树木大容量地下渗灌器的渗灌试验研究2.地下滴渗灌灌水技术研究进展3.调亏灌溉对地下渗灌甘蓝产量、品质及水分利用效率的影响4.地下加气渗灌对土壤水分入渗速率及水盐分布的影响5.不同初始含水率下风沙土地下渗灌水分运移特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
位山灌区四水转化模型模拟研究
表 １ 位 山灌 区 土 地 利 用类 型 与 面 积 ｋ２ ｍ
位 山灌 区位于 山东 省聊城市 的中东部 ， 南临黄 河 ， 北靠 卫 运河 ， 设计灌溉面积 ３ ．７万 ｈ 是我 国特大型灌 区之一 ， ３８ ｍ ， 在
发 量 （ 考 作 物 腾 发 量 ） 再 按 作 物 和植 被 组 成 及 生 长 状 况 ， 参 ， 得
位 山灌 区 ２０ ０ ０年 工业生 产总值 约为 ２ ０亿 元 ， ０ 城市人 口
８ ．７万 ， ３８ 农村 人 口 ４０万 ； ０ ０年 降水量 为 ６ ４Ｉ 属偏丰 ７ ２０ ９ ｍ， Ｂ
我 国灌溉面积超过 ３ ． ３ ３万 ｈ 的 ６个特 大型灌 区中位 居第 ５ ｍ
位 。灌区涉及东昌府 、 临清 、 茌平 、 高唐 、 阳谷 、 东阿和冠县 ７个 县 （ 、 １０个乡镇 ， 市 区） ０ 总土地 面积达 ５７４ ｋ ３ ｍ 。灌 区始建 于 １５ ９ ８年 ，９２年停灌 ，９ ０年恢复引水。灌区渠首设计 引水 流 １６ １７ 量为 ２０ｍ ／ （ ４ ｓ东渠 １０ｍ。ｓ西 渠 ８ ｓ 。位 山灌 区是 山 ６ ／ 、 ０ｍ ／ ）
水 ， 时 引起 地 下水 位 下 降 ； 同 引黄 水 量 的 减 少引起 地 下 水位 下 降并 影 响 农 作 物供 水 。
关 键 词 ：四 水 转化 模 型 ；渠 系水 利 用 系数 ；地 下水 开采 ；位 山灌 区
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ３ Ｖ １
文 献 标 识 码 ： Ａ
视 为 既 相 互 联 系 、 相 互 制 约 的 各 种 子 系 统 。 已有 的 四水 转 化 又 模 型 模 拟 研 究 主 要集 中在 干旱 区绿 洲 地 区 Ｊ 。
2《自然地理学》复习思考题
《自然地理学》复习思考题绪论1.简述地理系统垂直范围的划分依据。
2.试分析自然地理系统的组成与结构特征。
3.自然地理学解决的主要科学问题是什么？4.自然地理学在地理科学体系中的地位和作用如何？5.在自然地理学研究中应注意什么问题？6. 试述现代自然地理学的显著特征和发展趋势。
第一章地球1.简要回答太阳对自然地理系统的影响。
2.太阳系中九大行星围绕太阳运动有哪些共同特征？3.日食和月食是如何形成的？4.简述月球对自然地理系统的影响。
5.地球的形状与大小有什么重要的自然地理意义？6.地球自转对自然地理系统有哪些重要影响？7.地球公转对自然地理系统有哪些重要影响？8.什么是恒星年、回归年？为什么目前采用回归年计年，而不采用恒星年计年？9.简述地球圈层构造及其对自然地理系统的影响。
第二章地壳1.试说明岩浆岩、沉积岩和变质岩在成因、分布、物质组成、结构和结构方面的特点。
2.试说明岩相变化、地层接触关系与构造运动的关系。
3.地质构造在外力配合下可形成哪些构造地貌类型？4.怎样确定岩层的产状？5.在野外怎样判断断层的存在？6.构造板块学说的基本观点是什么？试用板块构造学说解释世界主要火山-地震带的成因。
7.板块边界有哪几种类型？它们分别可形成哪些地貌类型？8.震级与烈度有何差异与联系？火山活动对自然地理系统和人类活动会带来什么影响？9.地质年代单位和地层单位之间有何对应关系？10.古生代、中生代和新生代的地壳演变和生物演化各具什么特征？生物的演化与地壳演变有何联系？11.简述内动力因素影响自然地理系统主要体现在哪些方面？第三章大气和气候1.太阳辐射和地球辐射有何特点？2.什么是辐射平衡？地气系统辐射平衡随纬度怎样变化？3.什么是热量平衡？地面热量平衡的方程是什么？4.何谓干绝热减温率和湿绝热减温率？说明它们的区别和原因。
5.试述气温日变化和年变化的特点和原因。
6.气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力和摩擦力对大气中气流的形成有何作用？7.“三风四带”是怎样形成的？8.季风是怎样形成的？9.大气中水汽凝结的条件是什么？10.降水是怎样形成的？世界年降水量分布有何特点？11.说明锋的类型和天气特征。
水文
1.水文现象：指地球上受水的三态转化和水流运动的与水相关的现象。
2.水文学：是研究地球上水的循环，运动与转化及其与地球大气，生物，土壤和岩石等圈层相互作用和联系的一门科学。
3.水文现象：确定性规律；随机性规律；地区性规律。
4.水文循环：通过降水，下渗，蒸散发，地表径流与地下径流等环节，将大气圈，水圈，岩石圈与生物圈相联系起来，并在它们之间进行水量和能量交换。
5.水文循环的意义：正是由于水文循环，大气水，土壤水和地下水之间才能够互相转化，形成不断更新的统一系统。
正是由于水文循环作用，水资源才能够成为可再生资源，才能够被人类及一切生物持续利用。
(1)直接影响气候变化：通过蒸散发进入大气的水汽，是产生云、雨和闪电等现象的主要物质基础。
蒸发凝结成雨（冰、雪）吸收或放出大量潜热。
空气中的水汽含量直接影响气候的湿润或干燥，调节地面气候。
（2）改变地表形态，降水形成的径流冲刷和侵蚀地面，形成沟溪江河，水流搬运大量泥沙，可淤积成冲积平原。
渗入地下的水，溶解岩层中的物质，富集盐分，输入大海，易溶解的岩石受到水流强烈侵蚀和溶解作用，可形成岩溶地貌。
（3）形成再生资源。
（4）水文循环所带来的洪水和干旱，也会给人类和生物造成威胁。
6.水文循环的分类：按规模和过程：大循环和小循环按研究尺度：全球水文循环，流域或区域循环，水-土壤-植物系统水文循环。
7.水文循环的影响因素：1气象因素温度，风速，风向，湿度等。
在水文循环的环节中，蒸发，水汽输送，降水取决于气象条件，因此，气象因素对水文循环的影响起着主导作用。
2 自然地理条件地形，地质，土壤，植被，下垫面等。
自然地理条件主要是通过蒸发和径流来影响水文循环的。
蒸发比重大的地区，水文循环活跃，而径流比重大的地区，水文循环相对平稳。
3 地理位置一般而言，距离海洋越近，水文循环强度越大，反之，则越弱。
4 人类活动人类活动包括各种农业生产，水利工程和城市建设等。
人类活动通过改变流域下垫面条件间接影响水文循环各环节；另外，人类还通过兴建大坝、水库等径流调节工程，以及引水，调水工程直接影响水文循环。
土壤水分运移模拟研究进展
土壤水分运移模拟研究进展【摘要】本文主要探讨了土壤水分运移模拟研究的重要性、背景和研究意义。
首先介绍了土壤水分运移模拟模型的发展历程，从而揭示了数值模拟方法在土壤水分运移研究中的重要应用。
然后重点分析了不同地区土壤水分运移差异的模拟研究以及气候变化对土壤水分运移的影响。
最后探讨了土壤水分运移模拟研究在农业生产中的应用，指出了未来发展方向和与实地观测结合的研究方法。
结论部分强调了土壤水分运移模拟研究对可持续发展的重要性，为推动农业生产效率和生态环境的保护提供了科学支持。
通过本文的研究，将有助于深入了解土壤水分运移机理，并为未来的研究和实践提供有益启示。
【关键词】土壤水分运移模拟研究, 土壤水分, 模型, 数值模拟, 地区差异, 气候变化, 农业生产, 可持续发展, 发展方向, 实地观测, 研究方法, 研究意义1. 引言1.1 土壤水分运移模拟研究进展的重要性土壤水分运移模拟研究是农田水管理和土壤保护的重要领域，在农业生产和生态环境保护中具有重要意义。
随着气候变化和人类活动的影响，土壤水分运移状况对农作物生长和土壤水分利用效率产生直接影响。
通过模拟研究土壤水分运移过程，可以更准确地了解土壤水分变化规律，为合理施肥、灌溉和田间水分管理提供科学依据。
土壤水分运移模拟研究还可以帮助预测土壤水分时空分布情况，为制定有效的土壤保护政策和水资源管理措施提供支持。
通过模拟分析不同气象条件下土壤水分运移的变化规律，可以更好地应对极端气候事件的发生，保障农作物生长和生态系统健康。
土壤水分运移模拟研究是建立可持续农业生产和生态环境保护的基础，具有重要的现实意义和应用价值。
通过深入研究土壤水分运移过程，可以为提高农业生产效率、降低灌溉水耗、改善土壤质量和推动农业可持续发展提供重要科学依据。
1.2 土壤水分运移模拟研究的背景土壤水分运移模拟研究的背景可以追溯到20世纪初，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，人们开始尝试使用数学模型来描述和预测土壤中水分的运移过程。
土中水的运动规律
土中水的运动规律土中水的运动规律主要涉及到土壤水分运动的过程和影响因素。
土壤是地球陆地上的一种自然资源，可提供植物生长所需的水分和养分。
了解土中水的运动规律有助于进行合理的土壤管理和水资源利用。
1. 水的入渗：土壤中的水分是通过入渗过程进入土壤中的。
入渗是指自由水通过土壤表面进入土壤深层的过程。
入渗速率受土壤质地、土壤毛细管力、土壤的初始水分含量、土壤的坡度等因素的影响。
一般来说，砂质土壤的入渗速率较快，粘土质土壤的入渗速率较慢。
2. 土壤水分的分布：土壤中的水分分布是不均匀的，通常出现水分下渗和水分上升的现象。
水分下渗是指自由水在土壤中向下移动，直到达到地下水位或土层底部。
而水分上升则是指土壤中的毛细水在根系的吸引作用下向上移动。
土壤中的水分下渗和上升过程受土壤的质地、根系的吸水能力以及外界环境的影响。
3. 土壤中水分的保持：土壤中的水分在自由水的下渗和毛细水的上升过程中容易流失，因此需要采取措施进行水分保持。
常见的水分保持方式包括覆盖物（如秸秆、覆膜等）的使用、植被覆盖以及合理的灌溉管理等。
这些措施可以有效减少土壤水分的蒸发和多余流失。
4. 土壤水分的运动路径：土壤中的水分在运动过程中存在多个运动路径。
主要包括：大孔隙流动（通过土壤中的大孔隙直接流动）、毛细流动（通过毛细孔隙的连通路径上升和下降）、分散波动流动（由于土壤颗粒无序排列而产生的波动流动）和根系吸水。
不同路径的运动主要取决于土壤的孔隙结构和根系的分布情况。
5. 影响土中水运动的因素：土中水运动的过程受多种因素的影响。
主要包括土壤质地、土壤结构、土壤含水量、温度、压力和植被覆盖等。
土壤质地和结构的不同会影响土壤中的孔隙结构和通道的大小和连通性，从而影响水分的运动速率和路径。
土壤含水量的变化会改变土壤中的毛细力和浸润能力，进而影响水分的入渗和上升。
温度和压力的变化还会影响水分的气体交换和蒸发速率。
综上所述，土中水的运动规律主要包括水的入渗、分布、保持和运动路径等方面。
不同区域土壤水下渗在四水转化中作用研究
不同区域土壤水下渗在四水转化中作用研究作者：王佳怡朱贵兵李新斌来源：《地球》2013年第02期[摘要] 根据水循环机理及水平衡机理，现有水存在形式主要为大气水、地表水、土壤水、地下水，四种水存在形式的转化具有复杂的联系。
其中土壤水在转化过程中占据中心位置。
土壤水是指地面以下至潜水面以上土壤层中的水分，是联系地表水、地下水的纽带，同时也是物质传输和运移的载体。
本实验基于灌溉下渗实验模型，主要利用时域反射仪（TDR）连续测量土壤剖面水分含量的方法，分别观测北京通州区土壤和昆明土壤在降水入渗与再分配过程。
根据采集的数据经过图像处理与HYDRUS-1D软件模拟图像进行对比得出不同种土壤水入渗过程中不同深度初始含水率以及下渗率、剖面含水率等对实验的影响，据此得出相关结论。
[关键字]土壤下渗灌溉下渗模型时域反射仪初始含水率剖面含水率[中图分类号] S151.9 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-12-11 概述“四水”转化是一个庞大的系统工程，对于其中的每一方面而言，都是一个相对独立的子系统，每个子系统各自独立、自成体系，但它们又相互关联、相互依存、相互转化和相互制约，形成了一个独特的循环转化系统。
2 试验条件与方法研究区北京市通州区通州区位于北京市东南部，通州区地处永定河、潮白河冲积洪积平原，地势平坦，自西北向东南倾斜。
其土质多为潮黄土、两合土、沙壤土，土壤肥沃，质地适中。
云南省昆明市位于北纬亚热带，素以"春城"之称而享誉中外。
四是冬无严寒，日照充足，天睛少雨。
两地从地形、气候、降水、土壤等多方面具有不同特点，差异较大，以两地为研究对象进行对比研究实验结果将相对明显。
本实验的土柱灌溉下渗实验模型是由北京土和昆明土的两个土柱以及时域反射仪组成。
从试验地选取优质土进行分装，实验装置如图1所示。
土柱装填在有机玻璃柱中，有机玻璃柱高度65.0cm，内径28.1cm，在不同的深度剖面上水平埋设时域反射仪 TDR）探针，每10分钟自动测定一次土壤水分含水率。
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不同区域土壤水下渗在四水转化中作用研究[摘要] 根据水循环机理及水平衡机理，现有水存在形式主要为大气水、地
表水、土壤水、地下水，四种水存在形式的转化具有复杂的联系。
其中土壤水在转化过程中占据中心位置。
土壤水是指地面以下至潜水面以上土壤层中的水分，是联系地表水、地下水的纽带，同时也是物质传输和运移的载体。
本实验基于灌溉下渗实验模型，主要利用时域反射仪（TDR）连续测量土壤剖面水分含量的方法，分别观测北京通州区土壤和昆明土壤在降水入渗与再分配过程。
根据采集的数据经过图像处理与HYDRUS-1D软件模拟图像进行对比得出不同种土壤水入渗过程中不同深度初始含水率以及下渗率、剖面含水率等对实验的影响，据此得出相关结论。
[关键字]土壤下渗灌溉下渗模型时域反射仪初始含水率剖面含水率
1 概述
“四水”转化是一个庞大的系统工程，对于其中的每一方面而言，都是一个相对独立的子系统，每个子系统各自独立、自成体系，但它们又相互关联、相互依存、相互转化和相互制约，形成了一个独特的循环转化系统。
2 试验条件与方法
研究区北京市通州区通州区位于北京市东南部，通州区地处永定河、潮白河冲积洪积平原，地势平坦，自西北向东南倾斜。
其土质多为潮黄土、两合土、沙壤土，土壤肥沃，质地适中。
云南省昆明市位于北纬亚热带，素以”春城”之称而享誉中外。
四是冬无严寒，日照充足，天睛少雨。
两地从地形、气候、降水、土壤等多方面具有不同特点，差异较大，以两地为研究对象进行对比研究实验结果将相对明显。
本实验的土柱灌溉下渗实验模型是由北京土和昆明土的两个土柱以及时域反射仪组成。
从试验地选取优质土进行分装，实验装置如图1所示。
土柱装填在有机玻璃柱中，有机玻璃柱高度65.0cm，内径28.1cm，在不同的深度剖面上水平埋设时域反射仪TDR）探针，每10分钟自动测定一次土壤水分含水率。
时域反射仪的基本原理是，高频电磁脉冲沿传输线在土壤中传播的速度依赖于土壤的介电特性，在一定的电磁波频率范围内（50M～10GHz），矿物质、空气和水的介电特性为常数，因此土体的介电常数主要依赖于土壤容积含水量，这样可以建立土壤容积含水量与土壤介电常数的经验方程，TDR通过测量高频电磁脉冲在土壤中的传播速度求得土壤的介电常数从而计算出土壤的含水量[2]。
其观测精度±2.0%，测量范围0～100%，分辨率0.1%。
因此可以通过连续测定土壤剖面含水率的变化情况，来了解土壤入渗情况。
实验设置为B、K两组，非别代表北京土和昆明土。
其中北京土为砂壤土，昆明土为红壤土。
两组土壤不同深度初始含水率如表1。
实验观测内容包括以下几个方面：①下渗率变化情况；②采用TDR探针测量土壤剖面含水率的变化情况，并绘出相关图件以供分析研究；③稳定入渗率与累计入渗率的关系。
3 实验结果与分析
3.1 Hydrus-1D模拟及其与实测结果比较
Hydrus-1D软件是该软件是一种用于分析水流和溶质在非饱和多孔隙媒介中运移的环境数字模型，是用土壤物理参数模拟水、热及溶质在两维非饱和土壤中的运动一维（二维）的有限元计算机模型[3]。
该模型水流状态为二维或轴对称三维等温饱和-非饱和达西水流，忽略空气对土壤水流运动的影响，水流控制方程采用修改过的Richards方程。
由于本实验只是模拟土柱入渗，无植被参与，故不需要处理根系吸水问题。
模型参数设置：土层设置为一层，土壤剖面深度设置为52cm。
模拟时间为70天，初始时间步长0.001，最短时间步长0.002，最大时间步长1。
上边界设置为随时间变化，每天一组数据，共70组数据，自动处理蒸腾量在每天内的变化。
对于迭代参数（该模型采用迭代法处理非线性Richards方程），使用默认值即可。
土壤水力特性模型采用单孔介质模型中van Genuchten-Mualem公式来处理水力特性。
而水分特征曲线参数则可以选择软件自带土壤经验参数库，本实验北京土为砂壤土，直接调用Sandy Loam参数。
地面边界类型为大气边界，可积水；下端边界类型为自由下渗排水，初始条件采用含水量。
对于可变边界条件则为相应时间段内的灌溉条件，在对应天数后输入灌溉量等数据即可。
使用图形界面编辑土壤剖面，设置53个节点以使节点间距达到1cm。
之后运行模型，设置与土柱相同深度观察点，输出各点含水率随时间变化图如图2所示。
从实验所采集的数据相比，存在以下几点不同：
（1）初次灌溉B1探针含水率实测值高于模拟值；（2）实测值B5点在第一次灌溉600min后含水率开始缓慢升高，而模拟值显示该点在第四天左右达到最大值后含水率降低，且实测值显示该点在第八天才成为土柱含水率最大点处，较模拟值迟；（3）第二次灌溉之前，实测值含水率除B5点外均位于0.160～0.170之间，B5含水率缓慢升高达到0.215，而模拟值显示五个观察点有相同的趋势，最终含水率位于0.143～0.152之间。
研究中需要基于相同的供水条件和实验方法比较实验结果，同时加强各入渗观测方法的对比实验，揭示土壤入渗的物理机制，提出促进土壤入渗、降低地表产流的有效措施。
参考文献
[1]赵洋毅，王玉杰，王云琦，赵占军，吴云，陈林.渝北水源区水源涵养林构建模式对土壤渗透性的影响.生态学报，2010，30（15）：4162-4172.。