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水 利 学 报

2021 年 9 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 9 期

文章编号：0559-9350（2021）09-1091-12

基于水势差驱动出流机制的微润灌水分运动模型构建及模拟

齐 伟 ，张展羽 ，王 策 ，黄明逸 ，刘 畅 ，陈 于 3
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1
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1，2
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（1. 河海大学 水利水电学院，江苏 南京 210098；
2. 河海大学 农业科学与工程学院，江苏 南京 211100；3. 江苏省农村水利科技发展中心，江苏 南京 210029）
摘要：为研究微润灌土壤水分入渗特征和不同影响因素对其影响规律，基于微润管出流机理，采用 HYDRUS-2D
软件构建了微润灌土壤水分运动模型。利用室内试验实测数据验证了模型的准确性，参数敏感性分析表明模型模
拟结果对微润管的形状和水力特征参数敏感度较低。不同情境模型模拟结果表明：微润灌下水分主要集中在管附
近；土壤质地越黏重，微润灌湿润范围和湿润锋运移速率越小，湿润体水分分布等值线图越接近于同心圆；工作
压力水头越高，湿润范围和湿润锋运移速率越大，且管附近土壤饱和度越高，但 200 cm 工作压力水头下土壤不
易达到饱和；微润管埋深显著影响湿润体的位置和湿润锋到达上下边界的时间，但在湿润锋到达边界之前，其对
微润管出流量和湿润锋运移速率影响不大。本研究可为微润灌系统设计管理优化和该技术的进一步推广应用提供
参考。
关键词：微润灌；出流机制；HYDRUS-2D；水分入渗；敏感性分析；影响因素
中图分类号：S275.4 文献标志码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210072

1 研究背景

随着全球人口的不断增长、城市化工业化进程的不断推进，水资源匮乏问题日益加剧。这给灌
［1］
溉农业带来了巨大挑战，要求在农业生产中不断提高灌溉水利用效率 ，因此各种节水灌溉技术应运
［2］
而生。我国水资源不足和供需不平衡等问题日益严重，发展节水灌溉尤为必要 。微润灌是近些年发
展起来的一种新型高效节水灌溉技术，其利用微润管同时作为输水管和灌水器，通过地埋方式将水
精准输送到作物根区进行灌溉。微润管是一种高分子半透膜材料，表面均匀密集分布着纳米级孔隙
［3］
（10 ~ 900 nm） 。灌溉时水分在管内外水势差的作用下从纳米孔隙渗出，根据土壤墒情自动、连续、
［4］
适时、适量地向作物根区供水 。与传统灌溉技术相比，微润灌具有运行费用（所需工作压力）低、地
表蒸发小、抗堵塞性强、节水效果显著等优点 ［5-7］ 。
［8］
灌溉系统设计和运行管理模式极大程度上决定了灌溉水肥均匀度 ，进而影响作物品质和产量。
为优化微润灌溉技术参数从而提高其应用合理性发挥其最大效益，揭示微润灌水分入渗特征和不同
因素对其影响规律则显得十分重要。近年来，国内外学者通过入渗试验或数值模拟的方法对微润灌
水分运动规律进行了较多研究。张俊等 ［4，9］ 通过室内土箱试验研究发现微润灌湿润体是以微润管为轴
心的柱状体，土壤质地和密度对湿润体形态影响较大，湿润锋运移距离与入渗时间呈显著的幂函数
关系，土壤初始含水率对湿润锋推进速度影响显著。牛文全等 ［10］ 通过不同压力埋深下水分入渗试验
发现压力水头是微润灌流量的决定性因素，微润管埋深对湿润体形状有显著影响。此外，牛文全等 ［11］

收稿日期：2021-01-18；网络首发时间：2021-08-11
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210810.1549.002.html
基金项目：国家自然科学基金项目（51879071；51579069）；中央高校基本科研业务费专项（B210203075）
作者简介：齐伟（1994-），博士生，主要从事节水灌溉研究。E-mail: qiwei@hhu.edu.cn
通讯作者：张展羽（1957-），教授，主要从事节水灌溉和农业水土资源高效利用研究。E-mail: zhanyu@hhu.edu.cn

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