地下滴灌田间管网水力特性对土壤空间变异性响应分析

地下滴灌滴头埋在土中，土壤的空间变异性是影响地下滴灌水力要素和技术指标主要因素之一。基于地下滴灌单滴头试验和分形理论，研究土壤物理参数与单滴头水力要素之间分形定量关系；根据地下滴灌毛管试验和毛管水力要素的水力解析关系，建立土壤物理参数与毛管水力要素之间分形定量关系；基于地下滴灌田间管网试验数据和随机模拟理论，构建地下滴灌田间管网水力要素分形随机模拟模型；依据田间实测数据，采用地质统计学方法，分析土壤物理参数空间变异性，确定模拟模型中的变异特征参数分布规律及变化范围；采用地下滴灌田间管网水力要素分形随机模拟模型，分析不同组合条件下土壤空间变异性与地下滴灌田间管网水力要素、滴头流量均匀系数、压力偏差率和流量偏差率的关系。要解决的关键问题是：采用先进可行的测试方法，获得有限的测试样本，揭示土壤空间变性和地下滴灌田间管网水力要素的内在联系。成果将为地下滴灌规划、设计、管理和产品开发提供理论依据

主要成果如下：.（1）根据地下滴灌单滴头试验结果，以土壤颗粒重量分形维数来表征某一种特定颗粒级配的土壤分形特征。将土壤颗粒重量分形维数作为一个反映土壤物理特性的因素，建立了基于分形理论的地下滴灌灌水器流量计算模型。采用试验数据，确定该模型中的参数。对所建立的地下滴灌灌水器流量计算模型分析可知，影响地下滴灌滴头流量的各因素的显著性依次为:压力、土壤分形特征、土壤初始含水率和土壤容重；在其他条件相同情况下，灌水器流量随土壤颗粒重量分形维数的增大而减小，即土壤粘粒含量越高灌水器流量越小，反之亦然。.（2）在常压条件下，PLASSIM灌水器的地下滴灌滴头流量比地表滴灌流量减小4.4%～9.3%；在低压条件下，和平灌水器的地下滴灌滴头流量比地表滴灌流量减小6%～25%；但都是随着工作压力增加，地下滴灌灌水器流量与地表滴灌灌水器流量之差总体呈减小的趋势，即滴头工作压力越大，两者值越接近。.(3)根据地下滴灌毛管试验数据，基于分形理论和毛管的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；分析了土壤初始含水率、容重、分形维数等标准差相同平均数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平均数越大，沿毛管滴头出流量越大、压力越小；容重标准差相同时，容重平均数越大，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平均数越大，沿毛管滴头流量越小、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。.(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：土壤初始含水率平均数相同时，标准差越大毛管流量偏差率越大；土壤容重平均数相同时，标准差越大毛管流量偏差率越大；土壤颗粒重量分形维数平均数相同时，标准差越大毛管流量偏差率越大。.(5)根据田间试验数据分析，土壤特性的田间变异在一定范围内观测值之间存在着空间相关性。各条毛管沿程土壤的含水量和粘粒含量变异系数均不同，分别在9.04%和11.53%附近波动，这说明土壤粘粒含量的空间变异性大于土壤含水量的空间变异性；所研究土壤含水量与土壤颗分的分形维值分别为1. 81和1. 72。含水量的分形维值大于土壤颗的分形维值。