運城市禹門口灌區土壤入滲特性的試驗和實踐研究

閆宏哲

（山西禹門口黃河提水工程管理局，山西 河津 043300）

運城市禹門口灌區土壤入滲特性的試驗和實踐研究

閆宏哲

（山西禹門口黃河提水工程管理局，山西 河津 043300）

該試驗以山西省運城市禹門口提水站灌區為依托，采取室內室外試驗和實驗相結合的方法，測量了三種狀態下的土壤入滲能力及土壤含水量、土壤容重、土壤有機質含量和土壤結構，土壤入滲能力通過入滲量和穩定入滲率來體現。試驗地點選取了禹門口灌區的三個點，分布于灌區內的河津、稷山、新絳三個縣，能夠較好地代表本灌區的土壤特性。

土壤入滲能力；土壤含水量；土壤結構

山西省運城市禹門口灌區是一個以工農業雙路供水和水源穩定、管理規范、運轉協調、保障有力為突出特色的大型灌區，受益范圍西起河津市龍門村，東至新絳縣南社鄉店頭莊，南界汾河以北三級臺地邊緣，北沿呂梁山坡腳，涉及河津、稷山、新絳三縣（市）13個鄉（鎮），273個自然村、街道辦事處，總人口45.96萬人，屬山西省主要糧棉產地之一。工程于1987年開工建設，設計提水規模26立方米/秒，年取水4億立方米，由水源、灌區、工業供水三大部分組成，設計灌溉面積49.82萬畝。

禹門口灌區位于山西省南部運城市內，灌區范圍內包括黃河、汾河兩大過境河流。黃河水平均過境水量為336.9億m3，2005年灌區內地下水資源總量為1.23億m3，地下水可開采量為0.82億m3，實際開采量0.59億m3，農業實際開采量0.09億m3，工業實際可開采量0.42億m3。

入滲是水分通過地表進入土壤的過程，這是自然界水循環中的一個重要環節，也是地面水轉換為可資植物吸收利用的土壤水的唯一途徑。實際工作中，地表徑流和土壤侵蝕、融雪、雨水或灌溉對淺層地下水的補給以及化肥、農藥和污染物在土壤中的遷移等無一不涉及到土壤水分入滲問題。

該研究通過大量的大田土壤的入滲試驗，對土壤入滲規律性和灌水技術進行了研究，掌握了土壤水分入滲特性和灌水技術，為農業節水灌溉提供科學依據。這一研究涉及到土壤、農業、水利、水文、氣象及地質等學科，屬于一門交叉復合型課題。它的研究有助于促進土壤水分入滲基礎理論研究的發展，而且可為綜合評價地表、地下水資源、有效利用土壤水資源提供科學依據。因此，無論在理論上還是在指導生產實踐方面，都具有重要意義。

論文基于大田土壤入滲試驗，試圖用常規土壤物理參數確定入滲參數，以此達到為農業灌溉提供入滲參數及其確定方法為目的。土壤的入滲特性主要受土壤結構、含水量、有機質含量、土壤質地等因素的影響。在特殊的土壤環境和特殊的灌水技術中，土壤的入滲特性除受上述各因素影響外，還受其他因素的影響。如間歇入滲條件下，還受構成其間歇灌水過程的灌水參數（間歇時間、循環率和灌水周期）的影響；又如凍結土壤條件下的入滲，還受土壤凍結深度、凍層層位等因素的影響。經初步分析，上述各影響因素與入滲特性參數間都有較好的相關關系，土壤入滲特性參數與各影響因素間的多元相關關系也較為密切。影響土壤入滲參數的所有因素都可以認為是土壤常規理化參數。論文試圖尋找這些常規土壤理化參數與入滲特性參數的相關數學模型。具體內容如下：

（1）通過對山西省禹門口灌區的大田土壤水分入滲試驗數據分析，獲得不同土壤耕作條件下土壤水分入滲的規律。

（2）通過對土壤水分入滲基本特性的研究，對影響土壤水分入滲的因素進行了全面的研究。

一、野外試驗儀器和設備

該試驗所用的主要儀器、設備和設施包括：大田雙套環單點入滲儀，含水量、土壤容重測試儀器以及量水設備等。

二、試驗方案

論文的試驗是大田土壤水分入滲試驗。大田入滲試驗分別在山西省運城市的河津、稷山、新絳三縣的天然地里進行。各試驗點的選擇都具有一定的代表性。基本上反映了整個灌區的入滲特性。土壤入滲試驗旨在通過系統的大田試驗，全面揭示土壤的基本特性，了解影響土壤入滲的主導因素，建立土壤入滲模型，為灌溉提供土壤水分入滲模型及其模型參數的確定和預測方法。主要包括：土壤質地影響試驗、土壤含水量影響試驗、土壤結構影響試驗、土壤有機質影響問題等。

三、試驗方法

土壤入滲實驗采用積水入滲方法，即實驗時形成地表含水量接近飽和含水量θs的一維垂直入滲條件，其入滲界面邊界條件屬灌溉入滲模型。為消除積水水頭對勢梯度的影響，將積水水深控制在2～3cm。入滲過程中，分時段記錄入滲水量，根據土壤入滲的一般過程，入滲開始后的11分鐘內，每分鐘觀測一次；12-15分鐘內，3分鐘觀測一次；15～70分鐘內，5分鐘觀測一次；70分鐘以后，10分鐘觀測一次。入滲時間由相對穩定入滲條件控制，即入滲率達到相當穩定時結束實驗。實驗表明：耕種條件下非凍結土壤一般在60分鐘內可達到穩定入滲狀態，凍結土壤達到穩定入滲的時間更短，考慮到資料的一致性和可靠性，實驗中的入滲實驗時間取90分鐘。個別具有特殊目的的實驗延長到160分鐘。

四、土壤結構對大田土壤入滲能力的影響

無論哪種土壤質地條件，土壤結構都對土壤入滲能力產生較大影響。隨著地表及耕層土壤由疏松變密實，其水分入滲能力明顯降低。翻松地、壓實地和作物種植地三種耕作狀態下，翻松地最疏松，原狀土最密實，壓實地介于兩者之間，同樣的入滲時間內，翻松地的入滲量最大，壓實地次之，作物種植地最小。

五、土壤含水量的影響

數百組大田土壤水分入滲試驗結果表明，大田土壤入滲過程一般可在90min內達到相對穩定，所以選擇90min累積入滲量（H90）作為反映土壤入滲能力的指標。

眾所周知，決定入滲量大小的因素為土水勢梯度和水力傳導度。土壤含水量主要從入滲水流濕潤區的平均勢梯度方面影響土壤水分入滲能力。土壤含水量越高，水分入滲鋒面的土水勢越高，則水分入滲鋒面與地表之間的平均勢梯度越小，因此土壤的入滲通量越小，即土壤入滲能力越低。所以土壤含水量越高，土壤入滲能力越低。土壤有機質能促進土壤團粒結構的形成。由于腐殖質是一種膠體，有良好的膠結作用，在有電解質，尤其是鈣離子存在的條件下，腐殖質產生凝聚作用，使分散的土壤膠粒接成疑團體，形成穩定團粒，從而調節土壤水、肥、氣之間的矛盾，為植物生長發育創造良好的條件。再者，有機質可降低黏粒的黏結力，增加沙土的黏結力，改善不良地的耕作性能。增加土壤有機質是補充作物營養，提高產量和培育，以及提高土壤肥力的重要途徑。

六、研究結論

論文主要是研究禹門口灌區的大田土壤入滲量與土壤的物理特性的關系，得出了該灌區不同土質、不同結構、不同有機質含量下的土壤入滲量。為以后的節水灌溉及水資源的可持續發展研究提供必要的理論依據。

（1）土壤水分入滲能力和入滲模型參數與土壤的物理特性有關。

（2）不論土壤的物理特性怎樣，土壤水分入滲能力都經歷由大到小，最后達到穩定的變化過程，且都較好地符合菲力普變化規律。

（3）影響土壤水分入滲能力的因素有：土壤質地、土壤相對體積質量（土壤結構）、土壤含水量、土壤有機質、地溫和氣溫等。

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1673-0046（2011）01-0172-02