閆宏哲

（山西禹門口黃河提水工程管理局，山西 河津 043300）

運(yùn)城市禹門口灌區(qū)土壤入滲特性的試驗(yàn)和實(shí)踐研究

閆宏哲

（山西禹門口黃河提水工程管理局，山西 河津 043300）

該試驗(yàn)以山西省運(yùn)城市禹門口提水站灌區(qū)為依托，采取室內(nèi)室外試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，測(cè)量了三種狀態(tài)下的土壤入滲能力及土壤含水量、土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤結(jié)構(gòu)，土壤入滲能力通過入滲量和穩(wěn)定入滲率來體現(xiàn)。試驗(yàn)地點(diǎn)選取了禹門口灌區(qū)的三個(gè)點(diǎn)，分布于灌區(qū)內(nèi)的河津、稷山、新絳三個(gè)縣，能夠較好地代表本灌區(qū)的土壤特性。

土壤入滲能力；土壤含水量；土壤結(jié)構(gòu)

山西省運(yùn)城市禹門口灌區(qū)是一個(gè)以工農(nóng)業(yè)雙路供水和水源穩(wěn)定、管理規(guī)范、運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、保障有力為突出特色的大型灌區(qū)，受益范圍西起河津市龍門村，東至新絳縣南社鄉(xiāng)店頭莊，南界汾河以北三級(jí)臺(tái)地邊緣，北沿呂梁山坡腳，涉及河津、稷山、新絳三縣（市）13個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），273個(gè)自然村、街道辦事處，總?cè)丝?5.96萬人，屬山西省主要糧棉產(chǎn)地之一。工程于1987年開工建設(shè)，設(shè)計(jì)提水規(guī)模26立方米/秒，年取水4億立方米，由水源、灌區(qū)、工業(yè)供水三大部分組成，設(shè)計(jì)灌溉面積49.82萬畝。

禹門口灌區(qū)位于山西省南部運(yùn)城市內(nèi)，灌區(qū)范圍內(nèi)包括黃河、汾河兩大過境河流。黃河水平均過境水量為336.9億m3，2005年灌區(qū)內(nèi)地下水資源總量為1.23億m3，地下水可開采量為0.82億m3，實(shí)際開采量0.59億m3，農(nóng)業(yè)實(shí)際開采量0.09億m3，工業(yè)實(shí)際可開采量0.42億m3。

入滲是水分通過地表進(jìn)入土壤的過程，這是自然界水循環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是地面水轉(zhuǎn)換為可資植物吸收利用的土壤水的唯一途徑。實(shí)際工作中，地表徑流和土壤侵蝕、融雪、雨水或灌溉對(duì)淺層地下水的補(bǔ)給以及化肥、農(nóng)藥和污染物在土壤中的遷移等無一不涉及到土壤水分入滲問題。

該研究通過大量的大田土壤的入滲試驗(yàn)，對(duì)土壤入滲規(guī)律性和灌水技術(shù)進(jìn)行了研究，掌握了土壤水分入滲特性和灌水技術(shù)，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉提供科學(xué)依據(jù)。這一研究涉及到土壤、農(nóng)業(yè)、水利、水文、氣象及地質(zhì)等學(xué)科，屬于一門交叉復(fù)合型課題。它的研究有助于促進(jìn)土壤水分入滲基礎(chǔ)理論研究的發(fā)展，而且可為綜合評(píng)價(jià)地表、地下水資源、有效利用土壤水資源提供科學(xué)依據(jù)。因此，無論在理論上還是在指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐方面，都具有重要意義。

論文基于大田土壤入滲試驗(yàn)，試圖用常規(guī)土壤物理參數(shù)確定入滲參數(shù)，以此達(dá)到為農(nóng)業(yè)灌溉提供入滲參數(shù)及其確定方法為目的。土壤的入滲特性主要受土壤結(jié)構(gòu)、含水量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地等因素的影響。在特殊的土壤環(huán)境和特殊的灌水技術(shù)中，土壤的入滲特性除受上述各因素影響外，還受其他因素的影響。如間歇入滲條件下，還受構(gòu)成其間歇灌水過程的灌水參數(shù)（間歇時(shí)間、循環(huán)率和灌水周期）的影響；又如凍結(jié)土壤條件下的入滲，還受土壤凍結(jié)深度、凍層層位等因素的影響。經(jīng)初步分析，上述各影響因素與入滲特性參數(shù)間都有較好的相關(guān)關(guān)系，土壤入滲特性參數(shù)與各影響因素間的多元相關(guān)關(guān)系也較為密切。影響土壤入滲參數(shù)的所有因素都可以認(rèn)為是土壤常規(guī)理化參數(shù)。論文試圖尋找這些常規(guī)土壤理化參數(shù)與入滲特性參數(shù)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型。具體內(nèi)容如下：

（1）通過對(duì)山西省禹門口灌區(qū)的大田土壤水分入滲試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，獲得不同土壤耕作條件下土壤水分入滲的規(guī)律。

（2）通過對(duì)土壤水分入滲基本特性的研究，對(duì)影響土壤水分入滲的因素進(jìn)行了全面的研究。

一、野外試驗(yàn)儀器和設(shè)備

該試驗(yàn)所用的主要儀器、設(shè)備和設(shè)施包括：大田雙套環(huán)單點(diǎn)入滲儀，含水量、土壤容重測(cè)試儀器以及量水設(shè)備等。

二、試驗(yàn)方案

論文的試驗(yàn)是大田土壤水分入滲試驗(yàn)。大田入滲試驗(yàn)分別在山西省運(yùn)城市的河津、稷山、新絳三縣的天然地里進(jìn)行。各試驗(yàn)點(diǎn)的選擇都具有一定的代表性?；旧戏从沉苏麄€(gè)灌區(qū)的入滲特性。土壤入滲試驗(yàn)旨在通過系統(tǒng)的大田試驗(yàn)，全面揭示土壤的基本特性，了解影響土壤入滲的主導(dǎo)因素，建立土壤入滲模型，為灌溉提供土壤水分入滲模型及其模型參數(shù)的確定和預(yù)測(cè)方法。主要包括：土壤質(zhì)地影響試驗(yàn)、土壤含水量影響試驗(yàn)、土壤結(jié)構(gòu)影響試驗(yàn)、土壤有機(jī)質(zhì)影響問題等。

三、試驗(yàn)方法

土壤入滲實(shí)驗(yàn)采用積水入滲方法，即實(shí)驗(yàn)時(shí)形成地表含水量接近飽和含水量θs的一維垂直入滲條件，其入滲界面邊界條件屬灌溉入滲模型。為消除積水水頭對(duì)勢(shì)梯度的影響，將積水水深控制在2～3cm。入滲過程中，分時(shí)段記錄入滲水量，根據(jù)土壤入滲的一般過程，入滲開始后的11分鐘內(nèi)，每分鐘觀測(cè)一次；12-15分鐘內(nèi)，3分鐘觀測(cè)一次；15～70分鐘內(nèi)，5分鐘觀測(cè)一次；70分鐘以后，10分鐘觀測(cè)一次。入滲時(shí)間由相對(duì)穩(wěn)定入滲條件控制，即入滲率達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明：耕種條件下非凍結(jié)土壤一般在60分鐘內(nèi)可達(dá)到穩(wěn)定入滲狀態(tài)，凍結(jié)土壤達(dá)到穩(wěn)定入滲的時(shí)間更短，考慮到資料的一致性和可靠性，實(shí)驗(yàn)中的入滲實(shí)驗(yàn)時(shí)間取90分鐘。個(gè)別具有特殊目的的實(shí)驗(yàn)延長(zhǎng)到160分鐘。

四、土壤結(jié)構(gòu)對(duì)大田土壤入滲能力的影響

無論哪種土壤質(zhì)地條件，土壤結(jié)構(gòu)都對(duì)土壤入滲能力產(chǎn)生較大影響。隨著地表及耕層土壤由疏松變密實(shí)，其水分入滲能力明顯降低。翻松地、壓實(shí)地和作物種植地三種耕作狀態(tài)下，翻松地最疏松，原狀土最密實(shí)，壓實(shí)地介于兩者之間，同樣的入滲時(shí)間內(nèi)，翻松地的入滲量最大，壓實(shí)地次之，作物種植地最小。

五、土壤含水量的影響

數(shù)百組大田土壤水分入滲試驗(yàn)結(jié)果表明，大田土壤入滲過程一般可在90min內(nèi)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，所以選擇90min累積入滲量（H90）作為反映土壤入滲能力的指標(biāo)。

眾所周知，決定入滲量大小的因素為土水勢(shì)梯度和水力傳導(dǎo)度。土壤含水量主要從入滲水流濕潤(rùn)區(qū)的平均勢(shì)梯度方面影響土壤水分入滲能力。土壤含水量越高，水分入滲鋒面的土水勢(shì)越高，則水分入滲鋒面與地表之間的平均勢(shì)梯度越小，因此土壤的入滲通量越小，即土壤入滲能力越低。所以土壤含水量越高，土壤入滲能力越低。土壤有機(jī)質(zhì)能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。由于腐殖質(zhì)是一種膠體，有良好的膠結(jié)作用，在有電解質(zhì)，尤其是鈣離子存在的條件下，腐殖質(zhì)產(chǎn)生凝聚作用，使分散的土壤膠粒接成疑團(tuán)體，形成穩(wěn)定團(tuán)粒，從而調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣之間的矛盾，為植物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的條件。再者，有機(jī)質(zhì)可降低黏粒的黏結(jié)力，增加沙土的黏結(jié)力，改善不良地的耕作性能。增加土壤有機(jī)質(zhì)是補(bǔ)充作物營養(yǎng)，提高產(chǎn)量和培育，以及提高土壤肥力的重要途徑。

六、研究結(jié)論

論文主要是研究禹門口灌區(qū)的大田土壤入滲量與土壤的物理特性的關(guān)系，得出了該灌區(qū)不同土質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)、不同有機(jī)質(zhì)含量下的土壤入滲量。為以后的節(jié)水灌溉及水資源的可持續(xù)發(fā)展研究提供必要的理論依據(jù)。

（1）土壤水分入滲能力和入滲模型參數(shù)與土壤的物理特性有關(guān)。

（2）不論土壤的物理特性怎樣，土壤水分入滲能力都經(jīng)歷由大到小，最后達(dá)到穩(wěn)定的變化過程，且都較好地符合菲力普變化規(guī)律。

（3）影響土壤水分入滲能力的因素有：土壤質(zhì)地、土壤相對(duì)體積質(zhì)量（土壤結(jié)構(gòu)）、土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)、地溫和氣溫等。

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