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地下滴灌(SDI)是一种先进的节水灌溉技术。受土壤物理参数和其空间变异性的影响,地下滴灌水力特性也较地表滴灌复杂的多。基于分形理论,采用试验和数值模拟相结合的方法,开展地下滴灌毛管水力要素的研究,对于进一步研究地下滴灌田间管网水力特性,以及地下滴灌规划、设计、管理和产品研发具有重要意义。本文主要研究成果如下:
(1)根据试验数据,基于分形理论和毛管水力要素之间的关系,建立了地下滴灌毛管水力要素数值模拟模型,为研究土壤物理参数空间变异性对地下滴灌毛管水力特性的研究奠定了基础。
(2)利用毛管水力要素数值模拟模型分析了土壤初始含水率、容重、分形维数等标准差相同均值不同时流量和压力的分布规律,结果表明:初始含水率标准差相同时初始含水率均值越大,沿毛管滴头出流量越大、压力越小;容重标准差相同时,容重均值越大,沿毛管滴头出流量越小、压力越大;分形维数标准差相同时分形维数均值越大,沿毛管滴头流压力越大。三者对流量的影响程度为容重最小、初始含水率次之,分形维数最大。
(3)利用毛管水力要素数值模拟模型分析了土壤初始含水率、容重、分形维数等均值相同标准差不同时流量和压力的分布规律,结果表明:初始含水率、容重、分形维数等均值相同时三者标准差越大,沿毛管滴头出流量越离散。标准差越小,沿毛管滴头出流量越集中标准差对压力分布则没有多大影响。综之,土壤初始含水率、容重和颗粒重量分形维数的大小影响流量均值的大小,而标准差的大小则影响着流量沿毛管分布的离散程度,滴头流量沿毛管成波动式减小变化趋势。
(4)建立了单因素物理参数空间变异性与流量偏差率和压力偏差率之间的关系,分析了土壤物理参数以及变异度对流量偏差率和压力偏差率的影响,结果表明:土壤初始含水率均值相同时,标准差越大毛管流量偏差率越大;土壤容重均值相同时,标准差越大毛管流量偏差率越大;土壤颗粒重量分形维数均值相同时,标准差越大毛管流量偏差率越大,三者标准差的大小对压力偏差率则影响不大。若初始含水率标准差相同,土壤初始含水率均值越大,流量偏差率和压力偏差率越大;土壤容重准差相同土壤容重均值越大,流流量偏差率和压力偏差率越小;土壤分形维数准差相同土壤分形维数均值越大,流量偏差率和压力偏差率越小。综上土壤容重对毛管流量偏差率和压力偏差率的影响最小,土壤初始含水率影响次之,土壤颗粒重量分形维数影响最大。