【《微喷灌作用下的土壤水分时间变化特征分析》6400字】

微喷灌作用下的土壤水分时间变化特征分析土壤水分运动是土壤水分的重要组成部分。由于土壤是一个开放系统，土壤时空变化大，土壤水分运动十分复杂。土壤水分运动主要是指液态水和气态水。土壤中水的运动可分为两种类型：①饱和水运动（或饱和带）②非饱和状态下水分运动，即非饱和水运动，主要发生于包气带土层中(毛管悬着水)。土壤液态水在土壤孔隙中运动，水流都遵循热力学第二定律，运动发生在一定的势能梯度下，气态水运动方向总是由高势能向低势能移动。1.1.1微喷灌强度为6L/h下裂缝影响的不同土层含水量变化将不同宽度裂缝在同一微喷灌强度下对土壤水分的影响分三个土层进行研究，逐一分析不同宽度的裂缝对每一层次的与裂缝不同距离上的土壤水分，得出裂缝不同宽度对土壤水分的影响规律。1.1.1.1土层0—10cm土壤含水量随时间变化研究在研究土壤含水量的变化规律时，本文采用在微喷灌作用下的1h后、6h后和7d后的含水量作为探究对象。探究在微喷灌作用后的不同时间里，土体裂缝影响下的土壤水分变化特征。由表1.1可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，土壤含水量变化是宽度10cm>宽度8cm>宽度12cm>无裂缝，在无裂缝土槽里，土壤含水量出现最大值，为12.9%，最小值出现在裂缝宽度10cm土槽里，为11.6%。从表1.1中得到，土壤含水量变异系数在0.03~0.05之间变化，属于弱变异程度。微喷灌6h后，在裂缝宽度10cm土槽里含水量变化最大。其他土槽内较1h后减小均不明显。微喷灌7天后，土壤含水量的变化是宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm>无裂缝，在裂缝宽度12cm处有最大值，为9.6%，在裂缝宽度为8.0cm处出现最小值，为8.2%。除了裂缝宽度8cm土槽，变异系数为0.13，为中等变异。其他土槽内变异系数在0.01~0.09之间，均属于弱变异程度。由图1.1分析可得，在微喷灌1h后，含水量明显高于微喷灌7天后，在6h后土壤含水量减小并不显著。随着时间的变化，在该土层内，距裂缝不同距离的监测点数值均减小，变化最大的为距裂缝0cm，显著高于其他监测点含水量的变化。微喷灌7天后，由于裂缝的存在，增大了土壤的侧向蒸发，使得裂缝处土壤水分损失加快，整体土壤含水量也呈现减小的趋势。微喷灌7天后，在距离裂缝0cm、20cm和40cm处，随着距离的增大，三个裂缝的含水量均有增大的趋势，因为裂缝的存在，也使水分流失加快，因而在距离裂缝越近的距离，土壤含水量呈现减小的趋势（p<0.05）。表1.16L/h微喷灌强度下的0-10cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后12.812.912.40.600.046h后12.712.812.60.590.047d后9.49.59.30.810.088cm1h后12.112.511.80.380.036h后12.012.411.60.610.057d后8.89.58.21.170.1310cm1h后10.312.711.60.540.056h后10.112.611.00.710.067d后9.29.69.50.890.0912cm1h后12.212.411.80.420.036h后12.112.312.00.480.047d后8.79.58.20.530.05图1.16L/h下不同裂缝影响的0-10cm土层含水量Figure1.1watercontentof0-10cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder6L/h从沙打旺生长周期来看，当沙打旺出现明显地上植株后，此时它的根部已经比较发达，在根系和地上植株的共同作用下，一定程度上降低了土壤水分蒸发速率，微喷灌8次后土壤含水量的变化较裸地时期变化相对平稳。1.1.1.2土层10—20cm土壤含水量随时间变化研究由表1.2可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，土壤含水量变化是宽度10cm>宽度8cm>无裂缝>宽度12cm，裂缝宽度为8cm，土壤含水量出现最大值，为12.8%，最小值出现裂缝宽度10cm处，为8.9%。从图从表1.2中也可以看出，土壤含水量变异系数在0.03~0.05之间变化，属于弱变异程度。微喷灌6h后，该土层范围内，土壤含水量变化不明显。微喷灌7天后，土壤含水量的变化是宽度8cm>宽度10cm>无裂缝>宽度12cm,在无裂缝处有最大值，为9.8%，在裂缝宽度为8cm处出现最小值，为8.3%。土壤含水量变异系数在0.08~0.19之间，除宽度为8cm裂缝属于中等变异外，其他均属于弱变异程度。由图1.2分析可得，微喷灌6h后土壤含水量有减小趋势。此趋势在裂缝处更显著。微喷灌7天，由于蒸发、植物需水、重力作用等因素，含水量明显低于微喷灌作用后1h的含水量，在该土层内，由于微喷灌能够直接作用到裂缝处，使裂缝处含水量增加明显于无裂缝处，储存更多的水分，但同时裂缝的存在也加快了水分的流失，所以距裂缝0cm处含水量随着时间减小更显著（p<0.05）。表1.26L/h微喷灌强度下的10-20cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后10.511.99.70.550.056h后10.411.79.50.320.037d后9.59.89.40.940.098cm1h后10.912.89.90.430.036h后10.712.79.80.290.027d后8.99.68.31.700.1910cm1h后10.312.78.90.320.036h后10.312.58.80.580.057d后8.89.28.50.750.0812cm1h后10.010.39.60.450.046h后9.610.29.50.520.057d后9.59.79.40.770.08图1.56L/h下不同裂缝影响的10-20cm土层含水量Figure1.2watercontentof10-20cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder6L/h1.1.1.3土层20—30cm土壤含水量随时间变化研究由表1.3可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，土壤含水量变化是宽度10cm>宽度8cm>宽度12cm>无裂缝，在宽度10cm，土壤含水量出现最大值，为13.9%，最小值出现裂缝宽度10cm处，为9.5%。土壤含水量变异系数在0.03~0.05之间变化，属于弱变异程度。微喷灌6h后，由于植被和重等作用，土壤含水量在该土层一些监测点处有少量增加。微喷灌7天后，土壤含水量的变化是宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm>无裂缝,在无裂缝处有最大值，为9.6%，在裂缝宽度为8.0cm处出现最小值，为8.5%。土壤含水量变异系数在0.01~0.22之间，除宽度为8cm和10cm裂缝的含水量属于中等程度变异外，其他均属于弱变异程度。由图1.3分析可得，微喷灌1h后的含水量明显高于微喷灌7天后含水量，在该土层内，微喷灌1h后监测点在裂缝处含水量相对越高，这是由于微喷灌同时作用与裂缝顶部，使得水分大部分直达底部。积聚到裂缝边缘处从而使含水量有短时间内的增加。在底层土壤，随着时间的推移，监测点的数值均呈现减小趋势，且在距裂缝0cm处最明显，在无裂缝土层变化不显著，原因在于该微喷灌强度下对底层土壤补给作用很微弱，主要集中在表层，被植物生长利用。表1.36L/h微喷灌强度下的20-30cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后9.99.99.70.340.036h后9.89.99.70.420.047d后9.49.59.30.090.018cm1h后11.113.79.70.480.046h后11.313.69.70.870.077d后9.29.78.52.070.2210cm1h后11.013.99.50.640.056h后11.213.79.50.530.047d后9.29.69.00.990.1012cm1h后11.313.79.90.430.036h后11.413.59.60.620.057d后9.59.89.30.710.07图1.36L/h下不同裂缝影响的20-30cm土层含水量Figure1.3watercontentof20-30cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder6L/h1.1.2微喷灌强度为12L/h下裂缝影响的不同土层含水量变化1.1.2.1土层0—10cm土壤含水量随时间变化研究本章节探究土体裂缝在12L/h微喷灌作用下的土壤含水量变化。在由表1.4可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，平均土壤含水量分别是宽度12cm>宽度8.0cm=宽度10.0cm=无裂缝，在裂缝宽度12cm处，土壤含水量出现最大值，为21.7%，最小值出现在无裂缝土槽里，为19.7%。三个裂缝和无裂缝对照的标准差分别是宽度12cm（0.66）>10cm（0.47）>8cm（0.41）>无裂缝（0.37）。说明裂缝宽度越大，对裂缝周围土壤水分影响越大。微喷灌6h后，该土层内含水量有所减少，但并不显著。微喷灌7天后，平均土壤含水量是无裂缝>宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm，在无裂缝处有最大值，为18.3%，在裂缝宽度为12cm处出现最小值，为16.8%。对比微喷灌1h后和微喷灌7天后的土壤含水量变化，可以发现，微喷灌作用下的短时间内监测点距离裂缝的含水量变化没有明显规律。由图1.4分析可得，随着时间的推移，土壤含水量呈现减小的趋势，7天后减少量要明显于6h后，除无裂缝对照组，其他裂缝土槽内含水量减少量为，距裂缝0cm>20cm>40cm。原因在于裂缝处增加了蒸发面积，同时作为优先流加快了土壤水分的流失。表1.412L/h微喷灌强度下的0-10cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后20.320.419.70.370.026h后19.920.219.60.450.027d后17.918.317.60.410.028cm1h后20.320.719.80.410.026h后20.120.619.60.390.027d后17.818.217.30.480.0310cm1h后20.320.819.90.470.026h后20.220.619.80.440.027d后17.517.917.00.470.0312cm1h后21.021.720.40.660.036h后20.821.420.20.530.027d后17.217.916.80.510.03图1.412L/h下不同裂缝影响的0-10cm土层含水量Figure1.4watercontentof0-10cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder12L/h1.1.2.2土层10—20cm土壤含水量随时间变化研究在由表1.5可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，平均土壤含水量分别是宽度12cm>宽度10cm>宽度8cm>无裂缝，在裂缝宽度12cm处，土壤含水量出现最大值，为21.9%，最小值出现裂缝宽度12cm处，为17.5%。三个裂缝和无裂缝对照的标准差分别是宽度12cm（0.59）>10cm（0.54）>8cm（0.38）>无裂缝（0.34）。同理说明裂缝宽度越大，对裂缝周围土壤水分影响越大。微喷灌6h后，该土层内含水量比较稳定，相比于1h后，含水量减小。微喷灌7天后，平均土壤含水量是无裂缝>宽度10cm>宽度8cm>宽度12cm，在无裂缝处有最大值，为18.9%，在裂缝宽度为12cm出现最小值，为17.5%。由图1.5分析可得，在微喷灌作用后的1h，含水量明显高于微喷灌7天后含水量，并且微喷灌1h后监测点距离裂缝越近的距离含水量相对越高，微喷灌6h后的含水量相比于1h后减小的不明显。随着时间的推移，微喷灌7天后，含水量减小显著。（p<0.05）在该土层，植物根系可以部分到达的位置，其次由于重力作用使含水量有所减少。表1.512L/h微喷灌强度下的10-20cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后20.320.720.10.340.016h后20.120.519.80.320.017d后18.718.918.30.420.028cm1h后20.420.820.00.380.016h后20.220.519.90.370.027d后17.918.317.60.400.0210cm1h后21.021.620.50.540.026h后20.621.020.30.580.027d后18.118.717.60.630.0312cm1h后21.321.920.80.590.026h后21.121,820.40.470.027d后17.718.117.50.510.03图1.512L/h下不同裂缝影响的10-20cm土层含水量Figure1.5watercontentof10-20cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder12L/h1.1.2.3土层20—30cm土壤含水量随时间变化研究在由表1.6可以看出，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，平均土壤含水量分别是宽度12cm>宽度10cm>宽度8cm>无裂缝，在裂缝宽度12cm处，土壤含水量出现最大值，为22.2%，最小值出现裂缝宽度10cm和无裂缝处，为20.2%。三个裂缝和无裂缝对照的标准差分别是宽度12cm（0.59）>10cm（0.55）>8cm（0.38）>无裂缝（0.34）。说明土体裂缝宽度越大，对裂缝周围土壤水分影响越大。微喷灌7天后，平均土壤含水量是无裂缝>宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm，在无裂缝处有最大值，为18.1%，在裂缝宽度为12cm出现最小值，为16.9%。由图1.6分析可得，在微喷灌6h后的含水量与1h后相比，变化相对稳定。在该土层内局部有增加趋势。1h后含水量显著高于微喷灌7天后含水量（p<0.05），并且微喷灌1h后监测点距离裂缝越近的距离含水量相对越高，微喷灌7天后，在距离裂缝不同距离处，随着距离的增大，三个裂缝的含水量均有增大的趋势，在0cm~40cm范围内，距离裂缝越远，土壤含水量数值相应越大。在该土层随着时间的推移，由于裂缝的存在，距裂缝0cm处，土壤含水量呈现先相对稳定后减小的变化，原因在于裂缝形成优先流，水分含量贮存的快同时流失的也快。表1.612L/h微喷灌强度下的20-30cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后20.621.120.20.340.026h后20.721.120.10.370.027d后18.519.018.10.420.028cm1h后20.821.220.50.380.026h后20.821.220.40.510.027d后18.318.7180.410.0210cm1h后20.921.920.20.550.026h后20.921.820.20.590.037d后18.018.917.50.630.0412cm1h后21.522.220.70.590.036h后21.321.920.70.480.027d后17.718.416.90.520.03图1.612L/h下不同裂缝影响的20-30cm土层含水量Figure1.6watercontentof120-30cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder12L/h1.1.3微喷灌强度为24L/h下裂缝影响的不同土层含水量变化1.1.3.1土层0—10cm土壤含水量随时间变化研究表1.724L/h微喷灌强度下的0-10cm土层土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后21.72521.30.480.026h后21.521.821.20.420.027d后23.023.522.50.490.028cm1h后21.625.021.30.580.026h后21.925.321.60.510.027d后21.722.421.20.410.0110cm1h后21.121.321.10.790.036h后21.021.121.00.760.037d后21.222.320.70.780.0412cm1h后21.321.621.10.850.036h后21.221.521.00.830.037d后20.921.920.20.810.04本章节探究土体裂缝在24L/h微喷灌作用下的土体剖面含水量变化。在由表1.7可以得到，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，由于微喷灌强度较前两个有明显的增加，从而在土壤渗漏量上更加明显。在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，平均土壤含水量分别是无裂缝>宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm，在无裂缝处和裂缝宽度8cm处，土壤含水量出现最大值，为25.0%，最小值出现裂缝宽度12cm和10.0处，为21.1%。三个裂缝和无裂缝对照的标准差分别是宽度12cm（0.85）>10cm（0.78）>8cm（0.58）>无裂缝（0.48）。这也说明裂缝宽度越大，对裂缝周围土壤水分含量及分布影响越大。微喷灌6h后该土层内含水量变化趋于稳定，因为在喷灌强度下，土壤内水分饱和。微喷灌7天后，平均土壤含水量是无裂缝>宽度8cm>宽度10cm>宽度12cm，在无裂缝处有最大值，为23.5%，在裂缝宽度为12.0cm出现最小值，为20.2%。土壤含水量的变异系数在0.01~0.04之间变化，属于弱变异程度。由图1.7分析可得，随着时间的推移，整体土壤含水量呈现减小的趋势，并且距裂缝0cm变化要明显于20cm和40cm。微喷灌7天后，在距离裂缝0cm、20cm和40cm处，随着距离的增大，三个裂缝的含水量均有增大的趋势，土壤含水量数值相应越大。与微喷灌为6L/h和12L/h相比，该微喷灌强度下的土壤水分运动为饱和水运动。同时在该微喷灌强度下，可以观察到土壤水分明显的渗漏现象。分析比较中得到，在微喷灌作用后的1h、6h和7天后土壤含水量的变化趋势不同，原因在于裂缝在水分来临的短时间内可以积聚和保持更多的水分，但是长时间作用下，由于重力等作用，水分向下转移，水分重新分配，同时裂缝加大了蒸发的表面积，从而一段时间后，裂缝所在区域水分有减少的趋势，最终低于无裂缝区域。图1.724L/h下不同裂缝影响的0-10cm土层含水量Figure1.7watercontentof0-10cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder24L/h1.1.3.2土层10—20cm土壤含水量随时间变化研究在由表1.8可以看出，三个宽度的裂缝和一个对照组无裂缝，在微喷灌1h后，在0-10cm层次距裂缝0cm、20cm和40cm处，平均土壤含水量分别是宽度12cm=宽度10cm=无裂缝>宽度8cm，在裂缝宽度12cm处，土壤含水量出现最大值，为26.4%，最小值出现裂缝宽度12cm处，为22.8%。三个裂缝和无裂缝对照的标准差分别是宽度12cm（0.97）>10.0cm（0.87）>8.0cm（0.36）>无裂缝（0.28）。说明裂缝宽度越大，对裂缝周围土壤水分分布影响越大。在微喷灌作用的7天后，平均土壤含水量是无裂缝>宽度8cm=宽度12cm>宽度10cm，在无裂缝处有最大值，为17.9%，在裂缝宽度为8cm处出现最小值，为16.6%。土壤含水量变异系数在0.02~0.06之间变化，均属于弱变异。由图1.8分析可得，随着时间的推移，整体土壤含水量呈现减小的趋势，并且距裂缝0cm变化要明显于20cm和40cm。（p<0.05），微喷灌7天后，可以看出，在距离裂缝0cm、20cm和40cm处，随着距离的增大，三个裂缝的含水量均有增大的趋势，在0cm~40cm范围内，距离裂缝越远，土壤含水量数值相应越大，且影响较明显。表1.8不同宽度裂缝下的土壤含水量特征值描述裂缝大小微喷灌均值%最大值%最小值%标准差变异系数无裂缝1h后21.421.923.80.280.016h后21.521.621.50.210.017d后17.217.916.60.340.028cm1h后23.921.823.30.360.026h后21.421.521.30.230.017d后15.716.615.10.410.0310cm1h后21.426.223.10.870.046h后21.321.823.80.790.037d后15.917.611.70.860.0512cm1h后21.426.422.80.970.046h后21.521.821.20.920.037d后15.717.711.60.910.06图1.824L/h下不同裂缝影响的10-20cm土层含水量Figure1.8watercontentof10-20cmsoillayeraffectedbydifferentcracksunder24L/h1.1.3.3土层20—30cm土壤含水量随时间变化研究在由表1.9可以看出，三个宽度的裂缝和一个