基于Hydrus-2D的果树涌泉灌溉环沟技术要素优化研究

作     者：彭星凯 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡守华;袁尧

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：涌泉灌 环沟 技术要素 灌溉水有效利用率 数值模拟 

摘      要：涌泉灌已广泛应用于果园果树灌溉,在确定其环沟技术要素方面,目前大都靠经验来设计环沟尺寸或是在果树周围随意挖一个水坑,对于如何提高果树灌溉水有效利用率、是否存在合理布置及最优技术参数等问题缺少研究。同时,涌泉灌的研究还停留在对湿润锋运移规律、土壤水肥运移特性的探讨,能够结合具体作物根系特性分析如何提高作物水分利用效率的很少。本文通过Hydrus-2D建立了果树涌泉灌二维土壤水分运动模型,结合田间试验,利用相关系数、均方根误差和偏差对模型进行可靠性验证。通过验证后的模型对不同组合方案进行数值模拟,并利用数据拟合的方法对其影响因素进行分析。以果树根系的灌溉水有效利用率为指标,确定各种组合方案的最优环沟参数,得出了以下结论:（1）通过Rosetta Lite模块推导出的土壤水分运动参数,对模型拟合度较好,可靠性较高。总体而言,模型模拟值和试验实测值之间的各项误差均在可接受范围内,该模型对各土质下水平湿润锋运移和不同土层深度土壤含水率的模拟效果较好,Hydrus-2D软件可对果树涌泉灌的土壤水分运移进行较高精度的模拟。（2）湿润体形状变化主要分为沟内运移、地面运移、加速运移和深层渗漏四个阶段。在沟内运移阶段,湿润体形状呈扁椭圆形;在地面运移阶段,湿润体形状近似圆形;在加速运移阶段,湿润体形状呈扇形;在深层渗漏阶段,湿润体形状呈上宽下窄的漏斗形。（3）环沟内径是影响是否产生深层渗漏的关键因素。环沟内径越大,越不容易产生深层渗漏。随着环沟内径的增大,湿润体范围内高含水量区域逐渐减小,中低含水量区域逐渐增大,湿润体内土壤含水量趋于均匀;流量是影响湿润锋运移速度的关键因素。在不同的流量处理下,随着流量的加大,垂直、水平向各阶段的湿润锋运移速度均有相应增加,且在灌水初期运移速度差异明显;土壤中大孔隙和毛管孔隙的分布和含量会直接影响土壤水分的运移能力和状态。土壤中砂粒含量越高、孔隙越大、导水率越强,土壤水分运移速度就越快,相同时间内湿润体扩散范围越大。在同一灌水条件下,砂土更容易产生深层渗漏,降低水分利用效率。（4）240种模拟方案中,最优参数下的灌溉水有效利用率最高可达90.12%。30cm可作为三种土质涌泉灌条件下最适宜的环沟内径。对于深根系分布的果树,适宜20cm或30cm环沟内径,对于浅根系分布的果树,适宜40cm或50cm环沟内径。制定灌溉制度时应结合土壤的表面蒸发情况,建议一次灌水量为200L。流量10L/h时的灌溉水有效利用率普遍偏低,灌水量大且透水性强的土壤,选择流量为40L/h的稳流器;灌水量小且透水性弱的土壤,选择流量为20L/h或30L/h的稳流器。