一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤入滲參數(shù)和地面糙率是進(jìn)行地面灌溉設(shè)計(jì)與管理的基本參數(shù)，現(xiàn)有灌溉技術(shù) 中大多采用傳統(tǒng)大田漫灌，傳統(tǒng)灌溉方式導(dǎo)致農(nóng)田進(jìn)水口處土壤過(guò)飽和，造成水分的深層 滲漏浪費(fèi)，灌水時(shí)間長(zhǎng)且灌水不均勻，因此，在大田漫灌下獲得的土壤入滲參數(shù)和地面糙率 實(shí)際指導(dǎo)意義不大。而波涌畦灌技術(shù)可以有效提高灌水均勻度，減少滲層滲漏，但因其具有 不同的灌水周期，降低了濕潤(rùn)部分的田面糙率及土壤入滲率，各個(gè)灌水周期亦均會(huì)發(fā)生了 變化，因此，在波涌畦灌下獲得不同灌溉周期土壤入滲參數(shù)和地面糙率，用于指導(dǎo)田間波涌 畦灌灌溉過(guò)程更具有實(shí)際意義，但如何獲取這些參數(shù)成為波涌畦灌灌水方案確定的重要內(nèi) 容。就入滲參數(shù)而言，現(xiàn)有技術(shù)中常采用雙環(huán)入滲儀進(jìn)行測(cè)定，但由于空間變異性和水流對(duì) 土壤入滲特征的影響，導(dǎo)致利用雙環(huán)入滲儀測(cè)定工作量大，且會(huì)引入樣本誤差。而近年來(lái)國(guó) 內(nèi)外學(xué)者提出利用大田灌溉水流的推進(jìn)和消退過(guò)程來(lái)推求入滲參數(shù)，但實(shí)際計(jì)算過(guò)程需要 進(jìn)行田間土壤剖面含水量、灌水水深的測(cè)量，這一資料難以正確測(cè)定，且由于田間土壤空間 變異性，其測(cè)量結(jié)果不能很好的表征地面的參數(shù)。同時(shí)人們利用零慣量模型和運(yùn)動(dòng)波模型 通過(guò)數(shù)值計(jì)算來(lái)反推入滲參數(shù)和地面糙率，而由這一算法得到地面糙率的工作量大，計(jì)算 繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，解決了現(xiàn)有技術(shù) 中存在的對(duì)土壤入滲參數(shù)以及地面糙率的測(cè)量不準(zhǔn)確、測(cè)量方法復(fù)雜及在大田漫灌狀態(tài)下 測(cè)得土壤入滲參數(shù)以及地面糙率對(duì)實(shí)際灌溉過(guò)程的指導(dǎo)有偏差的技術(shù)問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，具體按 照以下步驟實(shí)施，
[0005] 步驟1 :布設(shè)樣點(diǎn)：將實(shí)驗(yàn)農(nóng)田劃分成若干塊畦塊，沿坡度方向呈矩形圖形布設(shè)， 在每塊畦塊的中間位置設(shè)置一個(gè)寬度相同的畦口；然后采用坡度計(jì)，測(cè)得地面坡度J;
[0006] 步驟2:波涌畦灌
[0007] 首先進(jìn)行第一周期灌溉，分別從每塊畦塊的畦口處以同樣的條件同時(shí)灌水，第一 次灌溉的時(shí)間記為0時(shí)刻；
[0008] 步驟3 :采用流量計(jì)測(cè)量農(nóng)田畦口處的流量Q，計(jì)算單寬流量q ;
[0009] 步驟4 :通過(guò)測(cè)量若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推 進(jìn)距離Xf，得到第一灌溉周期的土壤入滲參數(shù)A 1和地面糙率η 1;
[0010] 步驟5 :距離第一灌溉周期開(kāi)始時(shí)間若干分鐘后進(jìn)行第二周期的灌溉，通過(guò)測(cè)量 該周期若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離X ,求得第二 灌溉周期的土壤入滲參數(shù)A2和地面糙率η 2;
[0011] 步驟6 :距離第二灌溉周期開(kāi)始時(shí)間若干分鐘后進(jìn)行第三周期的灌溉，通過(guò)測(cè)量 該周期若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離X ,求得第三 灌溉周期的土壤入滲參數(shù)A3和地面糙率η 3;
[0012] 重復(fù)波涌畦灌過(guò)程，采用同樣的計(jì)算方法分別求得不同灌溉周期下土壤入滲參 數(shù)Ai和地面糙率n i，直至將畦塊完全灌溉。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0014] 步驟3中計(jì)算單寬流量q的方法為：
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施， 步驟1 :布設(shè)樣點(diǎn)：將實(shí)驗(yàn)農(nóng)田劃分成若干塊畦塊，沿坡度方向呈矩形圖形布設(shè)，在每 塊畦塊的中間位置設(shè)置一個(gè)寬度相同的畦口；然后采用坡度計(jì)，測(cè)得地面坡度J; 步驟2 :波涌畦灌 首先進(jìn)行第一周期灌溉，分別從每塊畦塊的畦口處以同樣的條件同時(shí)灌水，第一次灌 溉的時(shí)間記為〇時(shí)刻； 步驟3 :采用流量計(jì)測(cè)量農(nóng)田畦口處的流量Q，計(jì)算單寬流量q ; 步驟4 :通過(guò)測(cè)量若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間、及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距 離Xf，得到第一灌溉周期的土壤入滲參數(shù)A1和地面糙率η 1; 步驟5 :距離第一灌溉周期開(kāi)始時(shí)間若干分鐘后進(jìn)行第二周期的灌溉，通過(guò)測(cè)量該周 期若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離Xf求得第二灌溉 周期的土壤入滲參數(shù)A 2和地面糙率η 2; 步驟6 :距離第二灌溉周期開(kāi)始時(shí)間若干分鐘后進(jìn)行第三周期的灌溉，通過(guò)測(cè)量該周 期若干組不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf及相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離Xf求得第三灌溉 周期的土壤入滲參數(shù)A 3和地面糙率η 3; 重復(fù)波涌畦灌過(guò)程，采用同樣的計(jì)算方法分別求得不同灌溉周期下土壤入滲參數(shù)化和 地面糙率Ili，直至將畦塊完全灌溉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，步 驟3中計(jì)算單寬流量q的方法為：
(1)； 式中，W為畦口寬度； 為保證所測(cè)流量能夠代表該次灌水過(guò)程中的實(shí)際流量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)樣本量的要 求，每個(gè)畦口的流量Q有效測(cè)定次數(shù)不低于30次，求得平均流量后再根據(jù)式（1)計(jì)算單寬 流量q。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，步 驟4中計(jì)算第一灌溉周期的土壤入滲參數(shù)A1具體方法如下： 4. 1，計(jì)算土壤入滲參數(shù)A1: 4. 1. 1，采用秒表測(cè)量不同的水流推進(jìn)時(shí)間tf，并利用卷尺迅速測(cè)量相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間 對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離Xf，測(cè)量若干組數(shù)值，即（tfl，Xfl)，（t f2, Xf2)，（tf3, Xf3)，......，將其帶入 水流推進(jìn)時(shí)間tjp相應(yīng)的水流推進(jìn)距離X ,的關(guān)系式（2)，解方程組，具體如下：
(2); D = l+2m (3)； 其中，m為水面形狀系數(shù)，Vtl為畦口處的水流流速，a為代表水流推進(jìn)速度處到畦塊最 終水流推進(jìn)距離處水流最前端峰之間的距離； 解方程組：
、得到D和a的值； 4. 1. 2,計(jì)算土壤入滲參數(shù)A1 水流推進(jìn)到&處進(jìn)入到畦塊的總水量Z Z = qXtf (4)； 水流推進(jìn)到xf處進(jìn)入到畦塊的總水量的表達(dá)式為
式中，1?為畦口水深； 將步驟4. L 1中的tf，Xf數(shù)據(jù)代入式（5)中，求得
結(jié)合步驟4. I. 1中求出的D值，得到tv利用Vci= q/h d，求得Vci，最后結(jié)合D、a、V。和
的值得到第一灌溉周期的土壤入滲參數(shù)4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，步 驟4中計(jì)算第一灌溉周期的地面糙率1^的具體過(guò)程如下：
(6)
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，步 驟5中第二灌溉周期的水流推進(jìn)時(shí)間tf和相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離X f時(shí)要從 該灌溉周期水流流過(guò)第一灌溉周期最終的水流推進(jìn)距離處以后采集。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，其特征在于，步 驟6中第三灌溉周期的水流推進(jìn)時(shí)間tf和相應(yīng)水流推進(jìn)時(shí)間對(duì)應(yīng)水流推進(jìn)距離X f時(shí)要從 該灌溉周期水流流過(guò)第二灌溉周期最終的水流推進(jìn)距離處以后采集。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種土壤入滲參數(shù)和地面糙率的測(cè)量方法，在波涌畦灌下，通過(guò)測(cè)量地面坡度、單寬流量常規(guī)數(shù)據(jù)，結(jié)合水流推進(jìn)時(shí)間及水流推進(jìn)距離得到不同灌溉周期的土壤入滲參數(shù)和地面糙率。本發(fā)明在波涌畦灌下測(cè)量土壤入滲參數(shù)和地面糙率可以更好的指導(dǎo)實(shí)際灌溉過(guò)程，而且本發(fā)明的測(cè)量方法，只需通過(guò)測(cè)量灌溉過(guò)程中水流推進(jìn)時(shí)間與水流推進(jìn)距離，無(wú)需再進(jìn)行其他通過(guò)繁雜的測(cè)量得出的數(shù)據(jù)以及數(shù)值模型計(jì)算，且水流推進(jìn)時(shí)間與水流推進(jìn)距離簡(jiǎn)單易測(cè)，降低了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性。
【IPC分類】G01N15-08, G01N33-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104677801
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510069370
【發(fā)明人】周蓓蓓, 呂金榜, 王全九
【申請(qǐng)人】西安理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日