泥沙顆粒級配組成對渾水波涌灌間歇入滲特性的影響研究

魏家興，費良軍，梁爽，介飛龍

泥沙顆粒級配組成對渾水波涌灌間歇入滲特性的影響研究

魏家興，費良軍*，梁爽，介飛龍

（西安理工大學 省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室，西安 710048）

【目的】利用渾水波涌灌提高渾水灌溉地區水資源利用率，促進農業發展?！痉椒ā吭诂F有渾水波涌灌技術研究基礎上，針對我國北方缺水現狀及黃河流域河流泥沙量高等特點，通過渾水波涌灌間歇入滲試驗，以清水間歇入滲為對照，設置4種不同渾水含沙率（3%、6%、9%、12%）以及4種不同顆粒級配組成（A、B、C、D）的渾水，共計14組試驗，研究渾水波涌灌間歇入滲能力、渾水入滲減滲率等指標隨入滲時間的變化規律?！窘Y果】渾水波涌灌間歇入滲累積入滲量與入滲所需時間均符合Philip和Kostiakov入滲模型；在Kostiakov模型各擬合結果中，隨著周期數的增加，擬合系數和擬合指數則均由大變??；在Philip入滲模型中，隨著周期數的增加，擬合系數與擬合系數均由大變小?！窘Y論】與清水間歇入滲相比較，渾水泥沙的物理黏性顆粒量越大，相應入滲深度呈負相關關系，相同深度下，物理黏性顆粒量越大，土壤含水率越小。

波涌灌；間歇入滲；室內試驗；Philip入滲模型；Kostiakov入滲模型

0 引言

【研究意義】我國是水資源極度貧瘠的國家之一。目前，我國農田灌溉水有效利用系數僅為0.536，遠低于世界先進水平（0.7～0.8），并且因人口基數大，人均水資源占有量極低[1]。為了改善農業用水現狀，許多專家已經對引黃河渾水灌溉進行了大量的研究[2-3]，結果表明，引黃河渾水灌溉對于緩解旱情及改良土壤等方面有著重大意義。此外，波涌灌在節水、節能、保肥、提高水流推進速度及提高灌水質量等方面效果顯著。波涌灌容易實現小定額灌溉，并能基本解決長畦（溝）灌水難的問題，與我國北方旱作農作物的地面灌溉方式相當契合[4]。因此，為了提高農業水資源利用率，促進農業產業發展，進行渾水波涌灌的相關研究對農業水資源高效利用具有重要意義?！狙芯窟M展】多年來，高泥沙量存在的水流灌溉實踐證明[5]，其不僅可以顯著提高土壤肥力，還可以改善土壤結構，提高作物產量，乃至解決該地區農業缺水的關鍵問題，同時黃河是我國境內河流中攜帶泥沙量最大的河流之一，因此，針對渾水灌溉進行科學研究既體現了我國在該研究領域的獨特性，又響應了我國生產的實際需要[6]。

泥沙顆粒級配組成反映了渾水中泥沙的粒徑組成情況，是渾水泥沙的重要物理指標，也是研究渾水入滲的主要因素[7-8]。渾水泥沙顆粒級配的不同組合會改變致密層的形成時間，進而在入滲過程中產生阻礙作用，影響入滲結果[9-12]。卞艷麗等[13]通過分析渾水不同顆粒級配入滲提出，阻礙渾水入滲的關鍵指標是物理黏性顆粒，其量的大小會直接影響渾水的入滲效果?！厩腥朦c】渾水灌溉中物理黏性顆粒級配組成對于波涌灌間歇入滲特性的相關研究仍有不足，該研究可以進一步完善相關理論[14-16]?！緮M解決的關鍵問題】本文利用物理黏性顆粒量來表示各渾水泥沙顆粒級配組成的區別，通過室內土柱試驗，研究渾水泥沙顆粒級配組成對渾水間歇入滲特性以及致密層形成特性的影響。研究結果可為波涌灌在我國北方地區的推廣應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗土壤

試驗所需的土壤取自西安市灞橋區，自然風干后碾碎并用2 mm的篩子進行篩分。經測量，試驗土壤初始質量含水率為3.98%，土壤的粒級組成為，粒徑≤0.002 mm的占比為7.99%，0.002 mm＜≤0.05 mm占比為47.67%，0.05 mm＜≤2 mm的占比為44.34%。

1.2 試驗泥沙

本試驗所需泥沙取自陜西省咸陽市涇惠渠，將泥沙風干后過1 mm篩后裝袋保存。

由于黃河上下游泥沙量不一，大約分布在3%～15%[17-18]，將試驗方案中的泥沙配置成4種不同渾水含沙率（3%、6%、9%、12%）以及4種不同顆粒級配組成（A、B、C、D）的渾水。表1為4種泥沙顆粒級配組成。

表1 4種渾水泥沙顆粒級配組成

表1中0.01表示泥沙顆粒中小于0.01 mm的粒徑體積量。渾水的特別之處在于水中摻有泥沙，而泥沙在水中的運動狀態會對入滲結果有直接的影響。

1.3 試驗裝置及試驗方法

采用傅渝亮等[19]研制的裝置進行入滲試驗，如圖1所示，馬氏瓶規格：內徑9 cm，高90 cm。改進方式是在馬氏瓶內部加入1個60-KTYZ型電動機組成的系統，傳動軸直徑為1.4 cm，中間的傳動軸連接的葉片以60 r/min的轉速轉動，這樣可以在入滲過程中使馬氏瓶內的渾水泥沙旋轉起來，將渾水的含沙量及泥沙顆粒級配組成維持在相對穩定的狀態，不會沉積在馬氏瓶底部影響入滲結果。

圖1 試驗裝置示意圖

試驗土柱高40 cm、內徑8.5 cm，土柱由2個有機玻璃材質的半圓筒拼接而成，兩部分間墊入柔性墊片，通過螺栓加以固定，以免入滲過程中有水流從連接處滲出。本試驗設置的水頭高度為3～5 cm，因為有馬氏瓶與土柱上方的液體相連接，所以土柱上方可以保持一定的水壓不變，進而使土壤入滲能力保持不變。在裝土過程中，將試驗土樣分層裝入土柱之中，控制土層體積質量為1.35 g/cm3；每隔5 cm裝1層土，并且在土壤層間進行打毛，避免在入滲過程中由于土壤分層不連續而影響入滲結果，最后將土樣裝至預定高度。

試驗于2022年6月7日—7月5日在西安理工大學進行。使用4種不同泥沙顆粒級配組成的渾水（表1）進行波涌灌間歇入滲試驗，以清水（CK）入滲作為對照，按照渾水含沙率、物理性黏粒量、循環率、周期數來設計試驗，具體方案如表2所示。采用正交試驗進行設計，共有14個處理，每個處理重復3次，用到42個土柱。

表2 正交試驗方案

主要觀測指標及方法：①入滲歷時：采用秒表計時法，開始供水時，立即計時；按照由密到疏的時間間隔，記錄入滲時間、馬氏瓶水位以及濕潤鋒運移距離；②累積入滲量：供水過程中，觀測相應入滲歷時的馬氏瓶水位，停止供水時立即用針管與棉球吸取土表多余水量，馬氏瓶內減少水量與土表多余水量之差即為累積入滲量；③濕潤鋒運移軌跡：在既定的入滲歷時下，通過土柱透明玻璃側壁，可以清晰地看出相應的濕潤鋒軌跡，試驗結束后測量具體入滲深度；注意事項：試驗過程中間歇停水階段，為了保證水分不繼續下滲，用針管與棉球吸干土柱上方落淤層殘留水分；間歇時間結束恢復供水時，為防止水流沖刷落淤層，影響試驗結果，應用擋板擋住水流，使其從圓桶壁上均勻流下。

1.4 計算項目

采用簡化的Philip入滲模型、Philip入滲模型和Kostiakov模型分別計算入滲率，公式如下：

1）簡化的Philip入滲模型

1/2， （1）

式中：為時刻的入滲率（cm/min）。

2）Philip入滲模型

式中：()為時刻的入滲率（cm/min）；為吸滲率（cm/min0.5）；為穩定入滲率（cm/min）。

根據上式，對時間積分，即可得出累積入滲量()與入滲歷時之間的關系：

()0.5。 （3）

3）Kostiakov模型

Kostiakov模型公式表達形式簡單，經驗參數、可用實測數據擬合出來，適用性強，獲得了廣泛應用，可用于描述渾水波涌灌入滲率和累積入滲量的變化情況。

=， （4）

式中：為渾水入滲率（mm/h）；、為經驗常數，決定入滲曲線形狀。

2 結果與分析

2.1 渾水泥沙顆粒級配組成對單位面積累積入滲量的影響

各個周期累計入滲量及相應入滲率情況如表3所示，與清水相比，4種不同泥沙顆粒級配組成的渾水入滲量出現明顯變化的時間發生在20 min左右，并且相同時間內，物理黏性顆粒量越大的渾水累積入滲量越少。而4種泥沙顆粒級配組成的渾水相比清水入滲，最終累積入滲量都偏小。當累積入滲量相同時，渾水較清水所花費時間更多，說明渾水間歇入滲的致密層形成時間比清水間歇入滲更快，減滲作用更好。

表3 不同泥沙顆粒級配間歇入滲累計入滲量及入滲率

渾水較清水間歇入滲的區別在于渾水中所含泥沙的不斷落淤與入滲水流攜帶滯留于表層土壤，改變了原本間歇入滲致密層的形成，使減滲作用進一步加強。渾水泥沙顆粒級配組成反映了泥沙顆粒粒徑大小的相對組成情況，試驗表明，相同入滲歷時下，泥沙顆粒越細，物理黏性顆粒量越高，則減滲效果越好，說明渾水泥沙沉積使田面致密層形成所需的歷時越短，致密層能夠更早的起到減滲作用；反之渾水泥沙細顆粒越少，物理黏性顆粒量越低，田面致密層形成所需歷時變長，減滲效果越差。這是由于物理黏性顆粒量越多，能填入表層土壤孔隙的細粒就越多，致密層發展就越快，減滲作用就越好。在本文的試驗條件下，物理黏性量為10.45%的渾水致密層形成所需時間最長。

第2周期的累積入滲量比第1周期明顯下降，這是因為在間歇時間內形成的致密層起到了減滲作用，也表明第1周期末間歇階段形成的致密層起到的減滲作用比第1周期內泥沙沉積形成的落淤層所起到的減滲作用更強。第3周期與第2周期相比，累積入滲量基本相同，說明在第2周期內，致密層已經完全形成。在間歇入滲的過程中，泥沙粗、細顆粒對各個變量處理下的致密層形成速度的影響程度有明顯不同，其他處理條件相同時，明顯泥沙中粗顆粒的反應快于細顆粒。將單位面積累積入滲量隨入滲歷時變化的曲線關系采用簡化的Philip入滲模型、Philip入滲模型和Kostiakov模型分別進行擬合，各模型的擬合結果如表4—表6所示。

表4 簡化的Philip入滲模型擬合結果

表5 Philip入滲模型擬合結果

表6 Kostiakov模型擬合結果

由表4—表6可知，Philip入滲模型以及Kostiakov模型的決定系數均大于0.97，擬合結果較好。

在Kostiakov模型各擬合結果中，渾水泥沙中的物理黏性顆粒量百分比從10.45%增長到40.74%，3個周期內的擬合系數和擬合指數則均由大變小。具體為第1周期，隨著物理黏性顆粒量的增高，擬合系數從0.513 8減小到0.444 2，擬合指數從0.614 4減小到0.565 9；第2周期內，擬合系數從0.115 3減小到0.102 7，擬合指數從0.673 0減小到0.625 6；第3周期內，擬合系數從0.030 5減小到0.024 1，擬合指數從0.895 2減小到0.858 2。

在Philip入滲模型中，渾水泥沙中的物理黏性顆粒量百分比從10.45%增長到40.74%，3個周期內的擬合系數與擬合系數均由大變小。具體表現為，第1周期，隨著物理黏性顆粒量的增高，擬合系數從0.620 6減小到0.440 1，擬合系數從0.026 1減小到0.021 9；第2周期內，擬合系數從0.144 8減小到0.120 8，擬合系數從0.012 8減小到0.006 2；第3周期內，擬合系數從0.023 5減小到0.015 0，擬合系數從0.018 3減小到0.012 2。

對Kostiakov模型中的入滲系數與入滲指數進行分析，在3個周期中其與物理黏性顆粒量均為直線關系。各個周期中，入滲系數與入滲指數與物理黏性顆粒量0.01的關系如下：

第1周期：

=-0.002 30.01+0.545 0,2=0.916 1， （5）

-0.001 50.01+0.634 0,2=0.914 1， （6）

第2周期：

=-0.000 20.01+0.033 3,2=0.930 8， （7）

=-0.001 70.01+0.688 9,2=0.974 0， （8）

第3周期：

=-0.000 40.01+0.118 7,2=0.924 8， （9）

=-0.001 30.01+0.911 3,2=0.932 5， （10）

3個周期的擬合系數與擬合指數與物理黏性顆粒量0.01相關系數2均在0.91之上，直線擬合狀態較好。由此可以分別得到3個周期的包含物理黏性顆粒量0.01的Kostiakov入滲模型，模型如下：

第1周期：

第2周期：

第3周期：

2.2 不同渾水泥沙顆粒級配間歇入滲減滲率分析

表7為不同泥沙顆粒級配間歇入滲平均減滲率情況。由表7可知，不同泥沙顆粒級配組成的間歇入滲下，在相同周期內，物理黏性顆粒量越大，平均減滲率越大。其中在物理黏性顆粒量為10.45%時，第2周期略低于第1周期內的減滲率，之后第3周期又有所減少，這可能是由于泥沙量較小，入滲時泥沙沉積量小，使得致密層形成不完全，減滲率一直處于較小狀態。而其他泥沙顆粒級配組成的間歇入滲的情況則是在第2周期內減滲率達到最大，第3周期有所減小，這是由于物理黏性顆粒量變多，能較快地填補大顆粒間的空隙，形成良好致密層的時間相較更短。

表7 不同泥沙顆粒級配間歇入滲平均減滲率

圖2為物理性黏粒量為10.45%、25.26%、34.87%、40.74%渾水在不同的入滲歷時（20、40、60、80、100、120 min）的減滲量的變化過程?？梢缘贸鼋Y論：渾水間歇入滲減滲量隨著入滲歷時的增大而增大，但是增大幅度隨著周期的不斷增加而減小，且每個階段的平均減滲率先增大后減小。渾水泥沙的物理黏性顆粒量越大，相應同時刻的減滲量越大，減滲效果越明顯，減滲作用越強。

圖2 不同泥沙顆粒級配組成下減滲量隨時間變化曲線

圖3為整個凈入滲時間各個時段減滲量的變化過程?？梢钥闯?，不同渾水泥沙顆粒級配組成處理下的減滲量的變化過程基本相同，均是在前期達到一個最高值，然后緩慢變小。渾水的物理黏性顆粒量越大，同一時段的減滲量越大，相較于清水的減滲作用越強。B、C、D泥沙顆粒級配下減滲量最大值均出現在第1周期的0～20 min，A處理的減滲量的最大值則出現在20～40 min，最小值均發生在最后時段，這可能是由于A處理中的物理黏性顆粒量較小，使得致密層形成時間較長，在20～40 min時段減滲效果才逐漸體現。

圖3 不同泥沙顆粒級配組成下減滲量各時段變化過程

3 討論

利用渾水進行灌溉是中國黃河流域灌區灌溉的基本模式，本研究通過不同因素影響下渾水波涌灌間歇入滲室內試驗，主要研究了不同泥沙顆粒級配對渾水間歇入滲特性的影響，分析了土壤入滲能力、土壤減滲率的變化和土壤含水率的分布情況。結合試驗數據與入滲規律，渾水泥沙的物理黏性顆粒量越大，相同時刻的減滲量越大，減滲效果越明顯，減滲作用越強。不同泥沙顆粒級配組成下土壤含水率與入滲深度呈負相關關系，相同深度下，物理黏性顆粒量越大土壤含水率越小，試驗結論與卞艷麗等[20-21]結果一致。這是由于渾水所含泥沙顆粒組成不同，在入滲過程中進入土壤的細顆粒越來越多，不是簡單的沉積在土壤表面，而是逐漸填充土壤孔隙，堵塞了細顆粒繼續進入的通道，并起到一定的阻滲作用，其中物理性黏粒量越大，在入滲過程中進入土體的細顆粒也將增加，隨著入滲的進行，形成了不同厚度、泥沙顆粒級配組成的致密層，因此對入滲結果產生了不同影響，該結論與劉利華等[22]研究結論相似。

本研究通過室內入滲試驗，在波涌灌間歇入滲條件下設置4種泥沙顆粒級配組成，對波涌灌水分入滲過程的影響進行分析，重點研究了不同顆粒級配對水分入滲過程的影響，發現不同時期不同泥沙顆粒級配組成波涌灌間歇入滲符合Kostiakov入滲模型，從而進一步得到入滲率數學模型，即對入滲過程的研究。本文成果更加完善了波涌灌土壤間歇入滲在不同地區灌溉用水條件下的作用機理與適用性，作為基礎性研究結論，可為后續波涌灌渾水間歇入滲提供理論依據與技術支撐，更為后續該技術的實際應用奠定基礎。

同時，本研究還存在諸多不足，考慮到在農作物灌溉過程中，肥料的加入對入滲特性的影響以及不同類型土壤中波涌灌的實際應用情況，以后試驗中會著重考慮進行渾水灌溉中動水入滲試驗方面的研究，并將大田作物的影響、水溫對于間歇入滲特性的影響、多次渾水灌溉對土壤入滲的影響以及渾水灌溉條件下水肥耦合方面的試驗研究和渾水膜孔灌溉方面的試驗研究等作為研究的重點，逐步深入的研究渾水灌溉入滲特性，為波涌灌灌水技術的合理設計提供理論依據。

4 結論

1）波涌灌渾水間歇入滲各周期累積入滲量和入滲歷時間的關系采用Philip和Kostiakov入滲模型擬合結果的決定系數均大于0.97，擬合結果較好。

2）渾水泥沙的物理黏性顆粒量越大，相應同時刻的減滲量越大，減滲效果越明顯，減滲作用越強。

3）不同泥沙顆粒級配組成下土壤含水率與入滲深度呈負相關關系，相同深度下，物理黏性顆粒量越大土壤含水率越小。

（作者聲明本文無實際或潛在利益沖突）

[1] 張小帥, 張耀哲, 黨永仁, 等. 涇惠渠灌區渾水泥沙輸移特征[J]. 農業工程學報, 2015, 31(S1): 180-187.

ZHANG Xiaoshuai, ZHANG Yaozhe, DANG Yongren, et al.Sediment transport characteristics in cannal irrigation district[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(S1): 180-187.

[2] 茹曉雅, 李廣, 陳國鵬, 等. 不同降水年型下水氮調控對小麥產量及生物量的影響[J]. 作物學報, 2019, 45(11): 1 725-1 734.

RU Xiaoya, LI Guang, CHEN Guopeng, et al. Regulation effects of water and nitrogen on wheat yield and biomass in different precipitation years[J]. Acta Agronomica Sinica, 2019, 45(11): 1 725-1 734.

[3] 劉利華. 渾水膜孔肥液自由入滲土壤水氮運移特性及影響因素研究[D].西安: 西安理工大學, 2018.

LIU Lihua. Study on the characteristics about the transport of water and nitrogen and influential factors of muddy water film hole free infiltration[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2018.

[4] 李廣, 黃高寶. 基于APSIM模型的降水量分配對旱地小麥和豌豆產量影響的研究[J]. 中國生態農業學報, 2010, 18(2): 342-347.

LI Guang, HUANG Gaobao. Determination of the effect of precipitation distribution on yield of wheat and pea in dryland using APSIM[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(2): 342-347.

[5] 紀亞男. 山東引黃灌區不同灌水定額對田間泥沙入滲規律的影響機理研究[D]. 泰安: 山東農業大學, 2015.

JI Ya’nan. The research on the effect mechanism on the field’s sediment infiltration rule under the different irrigation quota in the Shandong Yellow River irrigation area[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2015.

[6] 鐘韻, 費良軍, 陳琳, 等.渾水膜孔灌多向交匯入滲及減滲特性[J]. 水土保持學報, 2018, 32(1): 269-273.

ZHONG Yun, FEI Liangjun, CHEN Lin, et al. Experimental study on the characteristics of bilateral interference infiltration and infiltration reduction in film hole irrigation with muddy water[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 32(1): 269-273.

[7] 康守旋, 費良軍, 鐘韻, 等. 渾水顆粒級配對一維入滲規律及致密層形成特性的影響[J]. 水土保持學報, 2021, 35(6): 222-227.

KANG Shouxuan, FEI Liangjun, ZHONG Yun, et al. Effects of muddy water particle gradationon on one-dimensional infiltration law and characteristics of tight layer formation[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2021, 35(6): 222-227.

[8] 鐘韻, 費良軍, 朱士江, 等. 渾水膜孔灌入滲特性與致密層形成特性[J]. 水土保持學報, 2022, 36(1): 238-246, 254.

ZHONG Yun, FEI Liangjun, ZHU Shijiang, et al. Infiltration characteristics of muddy water film-hole irrigation and formation characteristics of dense layers[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2022, 36(1): 238-246, 254.

[9] 鐘韻, 費良軍, 傅渝亮, 等. 土壤容重對渾水膜孔灌單點源自由入滲特性的影響[J]. 水土保持學報, 2016, 30(2): 88-91, 96.

ZHONG Yun, FEI Liangjun, FU Yuliang, et al. Influence of Soil bulk density on single hole point source free infiltration characteristics of muddy water film hole irrigation[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(2): 88-91, 96.

[10] 鐘韻, 費良軍, 康守旋, 等. 土壤容重對渾水一維垂直入滲特性及致密層形成特性的影響[J]. 干旱區資源與環境, 2022, 36(2): 91-98.

ZHONG Yun, FEI Liangjun, KANG Shouxuan, et al. Effect of soil bulk density on one-dimensional vertical infiltration and dense layer formation characteristics of muddy water[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2022, 36(2): 91-98.

[11] 鐘韻, 費良軍, 朱士江, 等. 渾水含沙率對一維垂直入滲特性及致密層形成特性的影響[J]. 土壤, 2022, 54(3): 602-609.

ZHONG Yun, FEI Liangjun, ZHU Shijiang, et al. Effect of sediment concentration of muddy water on one-dimensional vertical infiltration characteristics and dense layer formation characteristics[J]. Soils, 2022, 54(3): 602-609.

[12] 秦剛, 高昌珍. 波涌灌地表致密層特性研究[J]. 山西農業大學學報(自然科學版), 2003, 23(4): 359-362.

QIN Gang, GAO Changzhen.Study on surface sealing properties of surge flow irrigation[J]. Journal of Shanxi Agricultural University, 2003, 23(4): 359-362.

[13] 卞艷麗, 曹惠提, 張會敏, 等. 渾水灌溉下泥沙級配對土壤水入滲影響的試驗研究[J]. 節水灌溉, 2018(11): 39-47, 50.

BIAN Yanli, CAO Huiti, ZHANG Huimin, et al. An experimental study of muddy water infiltration affected by sediment concentration and size[J].Water Saving Irrigation, 2018(11): 39-47, 50.

[14] 王錦輝, 費良軍, 聶衛波. 渾水灌溉入滲特性研究進展與展望[J]. 干旱地區農業研究, 2016, 34(2): 265-270.

WANG Jinhui, FEI Liangjun, NIE Weibo.Research progress and prospect on characteristics of muddy water irrigation infiltration[J].Agricultural Research in the Arid Areas, 2016, 34(2): 265-270.

[15] 劉樂. 渾水膜孔灌自由入滲氮素運移轉化與水肥耦合特性及影響因素研究[D]. 西安: 西安理工大學, 2019.

LIU Le. Study on the characteristics about nitrogen transportation and water and fertilizer coupling and influencing factors of muddy water film hole free infiltration[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2019.

[16] 鐘韻. 渾水畦灌與膜孔灌的減滲機理及其影響因素研究[D]. 西安: 西安理工大學, 2020.

ZHONG Yun. Study on the mechanism and influencing factors of infiltration reduction under the border irrigation and the film-hole irrigation with muddy water[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2020.

[17] 劉俊峰, 金瑞琴, 谷碩, 等. 黃河泥沙顆粒分析新技術的引進及應用[J]. 人民黃河, 2014, 36(9): 14-15, 19.

LIU Junfeng, JIN Ruiqin, GU Shuo, et al.New technology introduction and application of Yellow River sediment grain size analysis[J]. Yellow River, 2014, 36(9): 14-15, 19.

[18] 丁心瑞, 丁萌. 黃河泥沙顆粒分析新技術的引進與應用分析[J]. 中國科技縱橫, 2015(6): 247.

[19] 傅渝亮, 費良軍, 聶衛波, 等. 波涌灌間歇入滲飽和-非飽和土壤水分運動數值模擬及試驗[J]. 農業工程學報, 2015, 31(2): 66-71.

FU Yuliang, FEI Liangjun, NIE Weibo, et al.Numerical simulation and experiment of soil moisture movement in saturated-unsaturated soil under surge irrigation[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(2): 66-71.

[20] 卞艷麗, 曹惠提, 張會敏, 等. 泥沙級配對渾水灌溉下土壤水分增長過程的影響分析[J]. 節水灌溉, 2016(7): 23-30, 35.

BIAN Yanli, CAO Huiti, ZHANG Huimin, et al. Influence of different sediment gradations on increasing process of soil moisture content under muddy water irrigation[J]. Water Saving Irrigation, 2016(7): 23-30, 35.

[21] 卞艷麗, 曹惠提, 張會敏, 等. 不同泥沙級配渾水灌溉入滲量及減滲作用分析[J]. 人民黃河, 2015, 37(3): 145-148.

BIAN Yanli, CAO Huiti, ZHANG Huimin, et al.Analysis on infiltration capacity and infiltration reduction effect of muddy water with different sediment gradation under the conditions of irrigation[J]. Yellow River, 2015, 37(3): 145-148.

[22] 劉利華, 費良軍, 陳琳, 等. 渾水含沙率對膜孔灌肥液入滲土壤水氮運移特性的影響[J]. 農業工程學報, 2020, 36(2): 120-129.

LIU Lihua, FEI Liangjun, CHEN Lin, et al. Effects of sediment concentration of muddy water on water and nitrogen transport characteristics under film hole irrigation with fertilizer infiltration[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2020, 36(2): 120-129.

Influence of Sediment Particle Size Distribution on Intermittent Infiltration of Water under Surge Irrigation

WEI Jiaxing, FEI Liangjun*, LIANG Shuang, JIE Feilong

(State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

【Objective】Water sourced from the Yellow River in China, which has been extensively used for irrigation in the northern irrigation districts of the country, is characterized by high sediment content. This paper aims to investigate the influence of sediment particle size distribution on water infiltration under surge irrigation. 【Method】The infiltration tests encompassed four treatments with sediment content being 3%, 6%, 9%, and 12%,respectively. Each sediment treatment included four particle gradings labeled as A, B, C, and D, respectively. In each infiltration test, we meticulously measured both the infiltration rate and the variation in infiltration over time.【Result】The relationship between cumulative infiltration and time can be described by the Philip and Kostiakov models, regardless of sediment content and particle grading. As the number of irrigation cycles increased, the parameters K and α in the Kostiakov model, as well as the parameters S and A in the Philip model, all exhibited a declining trend. 【Conclusion】In comparison to the infiltration of clean water, the infiltration depth of sedimentwater was inversely related to the presence of physically cohesive particles. Conversely, when the infiltration depth was the same, soil water content was negatively correlated to the quantity of physically cohesive particles in the water.

surge irrigation; intermittent infiltration; laboratory test; Philip infiltration model; Kostiakov infiltration

1672 - 3317（2023）10 - 0057 - 07

S274.3

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022565

魏家興,費良軍, 梁爽, 等. 泥沙顆粒級配組成對渾水波涌灌間歇入滲特性的影響研究[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(10): 57-62, 84.

WEI Jiaxing, FEI Liangjun, LIANG Shuang, et al. Influence of Sediment Particle Size Distribution on Intermittent Infiltration of Water under Surge Irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(10): 57-62, 84.

2022-10-13

2023-06-20

2023-09-15

陜西省水利科技計劃項目（2020slkj-11）；國家自然科學基金項目（520791105，517792205）

魏家興（1999-），男。碩士研究生，主要從事農業水資源高效利用研究。E-mail: wjx962207778@outlook.com

費良軍（1963-），男。教授，主要從事節水灌溉與生態灌區研究。E-mail: feiliangjun2008@163.com

@《灌溉排水學報》編輯部，開放獲取CC BY-NC-ND協議

責任編輯：趙宇龍