Page 94 - 2021年第52卷第9期

壁附近土壤含水率不会发生较大幅度和较长时间波动，另一方面由于微润管出水较缓慢，所以这种
调节的幅度和时间都非常有限。因此，工作压力水头是微润管出水流量的决定性因素，也可以说工
作压力水头很大程度上决定了微润灌的灌溉强度，在微润灌溉系统运行管理中可根据作物耗水强度
大致确定工作压力水头的合理范围。压力水头过低则灌溉强度过小，无法满足作物需水要求，压力
水头过高则湿润范围增大，易造成无效的地表蒸发和深层渗漏。在模拟不同工作压力水头下微润灌
水分入渗特征时我们注意到，200 cm 工作压力下，灌溉 75 h 后湿润锋已到达模拟区域的上边界和右
边界，但此时土壤中仍未形成饱和区（图 10（d）），这表明微润灌溉这种低压运行、出流较慢、依靠土
壤基质吸力进行水分运移的灌溉方式，具有灌溉水分分布更加合理、对土壤通气性影响较小的优
点。大量研究发现，地下滴灌条件下，滴头附近土壤常常因为灌水形成持续的饱和湿润区 ［23-25］ ，而作
物根系往往优先向含水率高的滴头附近生长 ［26］ ，因此地下滴灌下作物根系常常会因为土壤通气性不
佳而受到低氧胁迫，导致其品质和产量下降 ［23，27］ 。
微润管埋深是微润灌溉系统重要的设计参数。模拟结果显示，管埋深对微润管湿润锋位置有明
显影响，很大程度上决定了湿润锋达到上下边界的时间。这也表明，在地表蒸发强度较大的地区，
在满足作物需水的前提下，可适当增大微润管埋深，以避免大量水分到达地表造成地表蒸发损失。
此外，模拟结果还显示，微润管埋深对管出流和湿润锋运移速率无明显影响。不同埋深处理对微润
管管壁处土壤含水率（土壤基质势）无影响，因此入渗过程中各处理管内外水势差基本相同，微润管
出流以及湿润锋运移也基本无差异。Siyal 等 ［28］ 在对地下黏土管灌水分入渗进行模拟研究也发现了类
似的规律。但牛文全等 ［10］ 通过室内土壤水分入渗试验发现随着微润管埋深（不包括 0）的增大，累积
入渗量（微润管累积出流量）呈逐渐减小的趋势。这可能有以下两点原因：（1）埋深增大，土壤容重可
能随之增加，而容重增加会减小孔隙体积和增大入渗气相阻力 ［29］ 从而减小微润管出水流量 ［11］ ；（2）
埋深增大，土壤压力也随之增大，导致微润管变形严重。本文 2.2 节敏感性分析中对不同微润管形状
下水分入渗进行了模拟，结果显示微润管形状对微润灌水分入渗影响较小，但是模拟中未考虑微润
管变形对其出流能力的影响。微润管的变形是否影响其内部纳米孔结构形态从而影响其出流能力，
这需要进一步的研究。

5 结论

本文基于微润管出流特性构建了微润灌土壤水分运动 HYDRUS-2D 模型，并研究了不同影响因
素对微润灌土壤水分入渗的影响规律。主要结论如下：
（1）将微润管壁当成多孔介质处理，赋予其水力特征参数来构建微润灌水分运动模型是合理可行
的，模型能较好地模拟微润灌下水分入渗特征。
（2）模型模拟结果对微润管的形状及其水力特征参数的敏感度较低。相比之下， n 值对模拟结果
影响稍大，需注意其取值。
（3）土壤质地越黏重，微润灌溉湿润范围越小。持水性差的土壤中水分下渗较明显。工作压力水
头越高，湿润范围越大，且管附近土壤饱和度越高，但 200 cm 工作压力水头下不易达到饱和。微润
管埋深显著影响湿润体位置，但对微润管出流量和湿润锋运移速率影响极小。
本文的模型中微润管导水率设定为恒定值，这可能与实际情况存在一定误差，后期需研究微润
管形变对其出流能力的影响规律，进一步完善该模型，提高其合理性与实用性。

参 考 文 献：

［ 1 ］ KANDA E K，SENZANJE A，MABHAUDHI T . Soil water dynamics under Moistube irrigation［J］. Physics and
Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，2020，115：102836 .
［ 2 ］ 马朋辉，胡亚瑾，刘韩生，等 . 微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析［J］. 水利学报，2019，

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