再生水水质对斥水土壤入渗特性的影响机制

Reclaimed water reuse in agricultural irrigation is an alternative approach for water saving. However it causes the increase of soil water repellency and other problems. Repellency soils are difficult or can’t wet by water and the lower ability of infiltration. It is not good for crop growth. The water quality of reclaimed water and initial soil moisture are the main factors which influence the infiltration in repellency soils. Only a few researches were related to the key factors. This research will study the effect mechanism on water infiltrations in different water repellency soils by different soil moistures and different treated wastewaters under the condition of irrigation by reclaimed water. It will analyze the infiltration ability, wetting front, shape of wetting body and soil moisture distribution. It reveals the influence pattern on water flow in the different repellency soils on different soil moisture. It also reveals the main factors and water quality index which effect water movement in soils. This research will build the model of water movement of soil moisture and component water parameters combining numerical modeling. It will put forward the proper soil moisture and water quality index of reclaimed water to increase the infiltration in repellency soils and irrigation efficiency. The research outcome can provide the theory of reclaimed water irrigation and the sustainable use of the land.

再生水灌溉是一种有效的节水途径，但长期使用其灌溉会导致土壤产生斥水性等问题。具有斥水性的土壤不能或很难被水湿润，降低了土壤的水分入渗能力，不利于农作物的生长。而再生水水质和初始含水率是影响斥水性土壤水分入渗的主要因素，关于这方面的研究还较少。本项目拟以再生水为灌溉水源，针对不同类型的斥水土壤，研究不同水质和不同初始含水率对斥水土壤入渗特性的影响机制，分析斥水土壤入渗能力、湿润锋运移、湿润体形状及含水率分布规律；提出影响斥水土壤入渗特性的主要水质指标；探明初始含水率对斥水土壤入渗特性的影响规律；建立水质和初始含水率对斥水土壤入渗特性影响的数学模型；并结合数值模拟，提出适宜斥水土壤灌溉的再生水水质指标和初始含水率，以增加斥水土壤入渗，提高灌溉效率。研究成果对于指导大面积再生水的科学灌溉及维持土地的可持续利用与发展具有重要的意义。

再生水灌溉是一种有效的节水途径，但长期使用其灌溉会导致土壤产生斥水性等问题。而再生水水质和初始含水率是影响斥水性土壤水分入渗的主要因素，关于这方面的研究还较少。本项目针对斥水黏壤土和砂土，研究了不同初始含水率、再生水水质对不同斥水程度的斥水土壤入渗特性的影响机制。结果表明：土壤的初始含水率影响斥水土壤的斥水程度，进而影响土壤水分入渗，对于斥水黏壤土，随着初始含水率的提高，湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势，二者较好满足幂函数关系，累积入渗量变化趋势为先减小后增大，入渗速率整体趋势为逐渐减小，Kostiakov模型能够较好反映斥水粘壤土的入渗规律； 对于斥水砂土，整个入渗过程大体分为积水产生、积水消失和快速入渗三个阶段，且当供水流量较大时，出现明显指流现象，湿润锋垂向运移距离和入渗时间符合幂函数关系。随着斥水程度增加，在相同吸力情况下，土壤含水率减小，斥水土壤田间持水量、有效水、易有效水和易利用水比例减小，同时其累积入渗量和入渗率逐渐减小，土壤剖面含水率减小，幂函数可以很好的模拟湿润锋运移距离和累积入渗量随时间的变化过程，Kostiakov模型对入渗率与时间的关系有较高的拟合度；随着水质综合指标增加，在相同吸力情况下，斥水黏壤土含水率减小，而斥水砂土的含水率变化不大，斥水粘壤土的田间持水率、凋萎系数、有效水和易利用水比例减小，但再生水处理的田间持水率和易利用水比例降低不显著，满足灌溉要求；随着水质综合指标增加，再生水对土壤入渗的抑制作用逐渐减小，入渗率逐渐加快；再生水的COD、总氮和总悬浮物导致水分入渗过程中有入渗率明显增大的现象，同时导致稳定入渗率降低；用水质指标预测土壤入渗参数的模型时最小二乘法和逐步回归法决定系数较大。研究成果对于指导大面积再生水的科学灌溉及维持土地的可持续利用与发展具有重要的意义。