本文在查阅国内外相关文献资料的基础上,结合国家自然科学基金项目,针对我国北方大田作物畦灌、膜孔灌和黄河流域浑水泥沙(浑水含沙率和泥沙颗粒级配组成)等特点,采用试验与理论分析相结合的技术路线,主要研究了浑水畦灌和膜孔灌的入渗致密层(落淤层和滞留层)形成特性及其影响因素,揭示了浑水入渗的减渗特性,阐明了浑水灌溉的减渗机理。主要研究成果如下:(1)通过浑水一维垂直入渗和致密层形成的特性研究,揭示了浑水泥沙颗粒级配组成、浑水含沙率、土壤容重和土壤初始含水率等因素对畦灌入渗致密层形成与发展的影响规律,建立了不同影响因素的浑水一维垂直入渗的累积入渗量、湿润锋运移距离和落淤层厚度的模型。对于致密层土壤颗粒组成,在入渗土层深度为0～1cm土壤颗粒组成与原土差异较大,土壤细颗粒含量较原土的多,而在2～3cm土层差异不明显,因此从土壤表面到2cm深度范围为浑水一维垂直入渗滞留层;随着浑水含沙率和物理性黏粒含量的增大,泥沙滞留现象越明显,使落淤层细颗粒相对含量越少,滞留层细颗粒相对含量越多,特别是在入渗土壤深度为0～1cm处尤为显著,而随着土壤初始含水率和土壤容重的增大则呈相反的规律。落淤层厚度随入渗历时的增大而增大,两者符合幂函数正相关关系,入渗初期(0-20min)的落淤层厚度较小,入渗中期(20-130min)的落淤层厚度增加较快,而其厚度增加速率逐渐变小,入渗后期(130-210min)的落淤层厚度稳定增加。(2)研究了多因素对浑水一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响规律,提出了影响浑水—维垂直入渗的主要因素,分别建立了单位面积累积入渗量、湿润锋运移距离和落淤层厚度与各影响因素之间的经验模型;浑水含沙率、泥沙颗粒级配组成和土壤容重对单位面积累积入渗量影响极显著,土壤初始含水率对其影响显著,且四个因素与其均呈负相关关系,影响程度大小依次为浑水含沙率、泥沙颗粒级配组成、土壤容重、土壤初始含水率;湿润锋受土壤容重的影响敏感度较大,泥沙颗粒级配组成和浑水含沙率次之,而受土壤初始含水率的影响敏感度最小,其中湿润锋运移距离与土壤初始含水率为正相关关系,与浑水含沙率、泥沙颗粒级配组成、土壤容重为负相关关系;各因素对落淤层厚度的影响程度大小依次为浑水含沙率、泥沙颗粒级配组成、土壤容重和土壤初始含水率,其中落淤层厚度与浑水含沙率、物理性黏粒含量和土壤容重呈正相关关系,与土壤初始含水率呈负相关关系。(3)通过浑水膜孔灌自由入渗和致密层形成特性研究,揭示了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的变化规律,表明湿润体半径方向的土壤含水率分布服从椭圆曲线分布,建立了包含水平和垂直方向的湿润锋运移距离与累积入渗量之间的计算模型,并且考虑作物根系分布范围以及作物根系对土壤含水率的需求,建立了作物的需水量计算模型,经验证模型计算精度较高。滞留层土壤细颗粒含量较原土壤的多,随着入渗土层深度的增大,土壤颗粒组成与原土壤差异逐渐减少,在入渗深度为5～6cm处差异较小,因此从土壤表面到6cm入渗土层深度为浑水膜孔灌入渗滞留层;泥沙细颗粒滞留量在滞留层呈渐变分布规律,即随着滞留层深度越大,滞留量越小,可用对数函数拟合浑水膜孔灌累积滞留量与滞留层深度之间的关系。落淤层厚度随入渗历时的增大而增大,其入渗初期的历时比浑水一维垂直入渗的短10min左右,落淤层土壤细颗粒相对含量较浑水泥沙的少,与浑水一维垂直入渗相比,浑水膜孔灌的落淤层土壤质地较粗。(4)研究了尿素、硫酸钾和水溶性复合肥对浑水膜孔灌入渗特性及致密层形成特性的影响,揭示了肥料类型和肥液浓度对浑水黏滞性的影响规律,分别建立了3种肥料类型的肥液浓度与单位膜孔面积累积入渗量、湿润锋运移距离和落淤层厚度之间的关系。研究表明施加尿素对浑水入渗起增渗作用,而施加硫酸钾和水溶性复合肥对浑水入渗起阻渗作用,其中施加硫酸钾的阻渗作用较强;施加尿素减少了落淤层厚度,增加了滞留层深度,减慢了泥沙致密层的形成速度,而施加硫酸钾和水溶性复合肥则呈与之相反的规律;随着尿素肥液浓度的增加,泥沙细颗粒越容易伴随着入渗水洗入到土壤中,使落淤层细颗粒相对含量越少,相应的滞留层细颗粒相对含量增多,而随着硫酸钾和水溶性复合肥浓度的增加,其致密层土壤颗粒组成则呈与尿素相反的规律。(5)研究了浑水特性对膜孔灌土壤孔隙、结构及土壤持水性能等的影响,揭示了浑水特性对落淤层土壤颗粒级配、厚度及滞留层土壤物理特性的影响规律,研究表明滞留层土壤总孔隙度、饱和导水率和扩散率均低于原土壤,而土壤饱和含水率、土壤容重和土壤持水容量均高于原土壤。滞留层土壤毛管孔隙含量随着浑水物理性黏粒含量增加均有所增加,而通气孔隙和无效孔隙含量均减少,浑水含沙率越大,滞留层土壤毛管孔隙含量增幅越大,而通气孔隙和无效孔隙含量减幅越大。随着浑水物理性黏粒含量的增加,滞留层吸湿水、薄膜水与重力水所占比例均略微下降,毛管水比例显著提高,浑水含沙率越大,滞留层土壤毛管水比例增幅越大,而相应的吸湿水、薄膜水与重力水所占比例减幅越大;滞留层土壤难有效水和易有效水比例均明显提高,而无效水和多余水所占比例均有所降低,随着浑水含沙率和物理性黏粒含量增加,土壤难有效水和易有效水比例增幅越明显。随着滞留层土壤深度的增加,滞留层土壤水分类型与原土壤差异逐渐减少,直至与原土壤一致。