第三节喷微灌条件下土壤水入渗与分布_喷灌与微灌技术应用-QQ阅读男生玄幻网

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第三节　喷微灌条件下土壤水入渗与分布

一、喷灌土壤水入渗与分布

喷灌时，水通过喷头以雨滴形式降落到土壤表面，在重力和毛管力的作用下入渗。不论是单喷头喷洒，还是多喷头同时喷洒，喷灌系统控制的范围内的土壤都获得水分补充，属于全面灌溉。

（一）喷灌土壤水的入渗过程

喷灌开始，土壤表面形成很薄的饱和层，然后饱和层逐渐增厚直到喷灌结束，在重力和毛管力作用下，水分继续下移，湿润层逐渐加厚，直到计划湿润土壤层深度。若喷灌水量过大下移水分将超过计划土壤层深度，即产生深层渗漏，减小灌溉水有效利用率。

（二）喷灌土壤水的分布

喷灌土壤水的分布包括垂直分布和水平分布。当计划湿润深度内为均质土壤时，由于重力和毛管力的作用，在喷洒结束后的较短时间计划湿润深度内土壤水趋于均匀，但实际上，因土壤表面蒸发和下层毛管力作用，计划湿润区内土壤剖面水分分布是不均匀的，通常是表层和底层土壤含水量较低。

水平分布是指喷灌面积内不同位置喷灌水入渗的数量。实践表明，在喷灌面积内不同位置土壤接受的喷洒水量不可能完全相等。这是因为喷灌降落在地面各个位置的水量有差异，加之微地形导致降落到地面的水存在高处向低处流动的趋势，因而喷灌面积内不同位置土壤获得的水量是不均匀的。喷灌技术应用总是力争减小这种不均匀的情况，即所谓提高喷灌均匀度。通过研究影响喷灌土壤水分水平分布均匀度的因素，对其加以控制，是喷灌系统设计和运行的目标之一。

显然，喷灌面积内不同位置实际喷灌水入渗的数量不同于利用测桶直接接收的喷灌水水量。因为喷灌降落到地面的水可以因地形坡度和微地形的影响喷产生局部径流，造成喷洒水的重新分配现象。通常在喷灌系统设计和运行中，采用喷灌均匀度（喷灌均匀系数）表征喷灌水在喷灌面积上分布的均匀程度。影响喷灌均匀度的因素很多，主要有下列几个方面。

1.喷头结构和水力性能与布置

影响喷灌土壤水分布的喷头结构和水力性能主要有，喷嘴尺寸和形状、流量、射程，以及单喷头喷洒水分布特点、喷灌强度、喷头的组合形式与间距等。因此，正确选用高质量喷头和合理的田间设计是高质量喷灌的基础。

2.风向风力

风不仅增加喷洒水漂移损失，而且使喷洒水分布模式变形，降低喷灌水分布均匀度。为了减小风对喷灌质量的影响，应根据当地风向风力进行合理田间设计。在运行管理期间，一般规定风力达到5.5m/s（4级）时，应停止喷灌。0～6级风力的划分见表2-12。

表2-12　0～6级风力划分表

3.地形

当地面有明显坡度或有起伏时，喷洒到地面的水会由高处流向低处，增加低处土壤的入渗量，甚至造成水土流失，田间设计宜选择喷灌强度小的喷头。

二、微灌土壤水的入渗与分布

微灌时，灌溉水通过灌水器湿润植物根区部分土壤，属于局部灌溉。因灌水器的型式、流量大小和出流方式不同，而有不同湿润土壤的模式，土壤水的入渗与分布也各有特点，在滴灌条件下土壤水入渗与分布特点进行下列分析。

（一）滴灌土壤水的入渗过程

滴头流量小于12L/h，灌溉水以滴水状，或细流状的方式落于土壤表面，在表面形成一个小的饱和区，随着滴水量的增加饱和区逐渐扩大，同时由于重力和毛管力的作用，饱和区的水向各方向扩散，形成一个土壤湿润体并逐渐增大。滴灌结束后，在一定时间内土壤湿润体继续扩大，达到稳定状态。

（二）影响滴灌土壤水分布的因素

滴灌是一种典型的局部灌溉，灌溉面积内土壤水平面分布状况主要取决于滴头出流量的均匀度。下面对单滴头工作时，土壤湿润区水分分布的主要影响因素作简要分析。

1.土壤质地和土层构造对滴灌土壤湿润区形状的影响

不同土壤质地由于空隙率不同，重力作用与毛管力作用的相对差异，使得土壤湿润区的形状明显不同。图2-2是三种典型均质土壤滴灌时土壤湿润区的形状见表2-2。可以概括看出，粗质土的湿润体比较窄长，细质土的湿润区比较宽扁。

图2-2　三种土壤滴灌湿润区的形状示意图

当植物根系活动层土壤质地不均匀，对灌溉水的入渗和分布都有明显的影响。当上层为强透水性的砂质土，下层为弱透水性的黏质土，滴灌时可因下层土壤对入渗水的阻隔作用，使灌溉水滞留于黏质土顶部土壤，上层部分土壤处于饱和状态，影响根系土壤通气状况。当为相反的情况时，如滴头流量太大，可造成地表漫流，下层土壤水分不足。因此，对于非均质土层滴灌系统设计和运行，采用小流量滴头是必要的。

图2-3　滴头流量不同土壤湿润区的变化示意图

2.滴头流量

在均匀土质的情况下，滴头流量越大，宽深比越大，滴头不同流量土壤湿润区的变化见表2-3。这可能是由于流量越大，初始土壤表层饱和区越大，入渗面积越大所致。

3.滴头间距和滴水量

在滴头流量一定的情况下，滴头间距越大，随着滴水时间的增长，滴水量增大，土壤湿润区扩大，直到相互连接（当滴头间距较小时）。图2-4和图2-5表示出这种变化的情形。

图2-4　滴头间距较大时土壤湿润体的分布图

图2-5　滴头间距较小时滴水量较大时土壤湿润体分布图

4.滴头流量的均匀度

在田间布置有成千上万个滴头，每个滴头的流量决定了所在位置土壤接受灌溉水的数量。因此，滴头流量均匀度直接决定了滴灌面积上土壤水分布均匀度。当滴头为非补偿型时，不同位置滴头由于水流摩阻水头损失和地形变化引起工作水头的变化，以及流道（孔口）制造偏差的综合影响，不可避免地造成各滴头流量之间的差异。当滴头为压力补偿型时，滴头工作水头的变化引起的流量差异，可因滴头压力补偿作用得到某一程度克服。理论上，对于“完全补偿”滴头，不同位置滴头流量的差异主要取决于滴头制造偏差。因此，选用高质量滴头对保证滴灌均匀度十分重要。

（三）微灌土壤湿润比

土壤湿润比是指灌溉计划土壤湿润深度内，微灌湿润的土壤体积占灌溉面积百分数。它是局部灌溉的特有土壤水分参数。由于微灌土壤湿润体的形状和尺寸受诸多因素影响，国内外还没有一种精确实用的微灌土壤湿润比计算方法。我国在应用微灌技术中，对于地面滴灌沿用以地面以下20～30cm湿润面积与微灌面积之比作为滴灌土壤湿润比的近似估算。

不同毛管灌水器布置方式土壤湿润比近似计算方法有下列几种。

1.滴头单行直线毛管布置

滴头单行直线毛管布置可用式（2-1）计算：