微地形和入渗空间变异对畦灌性能组合影响研究

改进畦灌技术具有显著的节水潜力，随着土地集约化经营模式的发展，微地形和入渗空间变异对畦灌性能的影响更为突出。本项目在总结以前研究成果的基础上，拟通过大量田间入渗试验分析入渗空间变异特性及其尺度效应，讨论入渗空间分布差异与土壤物理特性之间的相关性，提出根据少量测点的统计特征数值模拟入渗空间分布数据的方法；根据不同畦田条件下实测所得灌溉试验数据，对该入渗空间分布数值模拟方法进行率定和验证；将微地形和入渗空间分布数值模拟方法与二维灌溉模型相结合，模拟得到不同微地形和入渗空间变异组合下的畦灌性能指标值，分析微地形和入渗空间变异对畦灌性能的组合影响规律，探讨与微地形和入渗空间变异对畦灌性能影响程度相关的要素。本研究可为畦灌优化设计和管理中是否考虑以及如何考虑微地形和入渗空间变异提供科学依据，可为减弱微地形和入渗空间变异对畦灌性能的影响提供改进措施，对促进精细地面灌溉技术的发展具有重要实用价值。

本项目以在新疆建设兵团222团场选取的典型田块上开展的田间入渗试验和灌溉试验数据为基础。首先在推导湿润锋处平均基质吸力与Philip 模型中土壤吸湿率关系基础上，提出了简化的G-A 入渗模型及其入渗参数求解方法，分析建立土壤物理特性参数与简化的G-A入渗模型参数间的转换函数关系；兼顾估算精度和转换函数中所需参数是否易获取两方面的因素，研究提出了采用观测相对容易，且与土壤质地、结构和土壤含水量都密切相关的土壤紧实度对G-A入渗模型参数进行估算是可行的；探讨了不同畦田规格下土壤入渗空间变异特性，在毛渠以下的田块范围内，畦田规格由500m2扩展到3hm2时，G-A入渗参数的空间变异系数都在0.11.0之间，空间变异程度呈中等，空间结构都具有中等相关性，且均可用球状模型进行描述，畦田规格间差异对空间变异程度和空间结构影响不明显。其次基于田间实测数据，分析提出了基于少数实测点模拟预测土壤入渗空间分布数据的方法；构建了基于混合数值解法的畦灌水流运动模型。最后将田面微地形数值模拟方法、土壤入渗空间分布数值模拟方法和畦灌水流运动模型相结合，模拟分析不同灌溉要素组合下微地形和入渗空间变异对畦灌性能的组合影响规律。不同灌溉要素组合下，畦灌性能总体上随着微地形和入渗空间变异性的增强而降低，综合各种要素下的平均情况，微地形标准偏差Sd每增加1cm灌溉水流恰好覆盖整个田面需要的平均灌水深度Zavg需增加19mm，入渗空间变异系数Cv每增加0.1，灌溉均匀度CU约降低2个百分点。微地形和入渗空间变异对畦灌性能的影响程度与二者空间变异程度密切相关，且相互影响。单个要素变异程度越大，对畦灌性能的影响程度也越大；同时随着一个要素变异程度的增加，另一个要素对畦灌性能的影响又会被消弱。当微地形标准偏差Sd>1cm后，微地形空间变异性对畦灌性能的影响尤为显著，在田间灌溉设计、评价和管理中必须考虑微地形空间变异性的影响。入渗空间变异性对各畦灌性能指标的影响相对小一些，且主要对灌溉均匀度产生影响；当入渗空间变异为弱变异程度时，在实际工作中基本可以不考虑入渗空间变异性；但当土地平整条件较好（Sd<2cm），且田面设计坡度为零坡度时，土壤入渗空间变异性对畦灌性能的影响非常显著，实际应用中不容忽视。