【摘要】：冬季對(duì)果樹進(jìn)行灌水,可對(duì)土壤起到蓄水保墑的作用,其有利于凍結(jié)的土壤水分融化并入滲,增加了土體中的水分,可為果樹在春季發(fā)芽和生長提供較好的水分。蓄水坑灌由于蓄水坑的存在,增加了土壤與空氣的接觸界面,不僅改變了果園土壤水分的分布規(guī)律,也改變了果園根區(qū)土壤溫度的分布,特別是在冬季實(shí)施冬灌,相比較與其它灌水方式,蓄水坑灌果園冬季土壤凍融過程與水熱演進(jìn)過程也必然有所不同。本文在田間試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分析了蓄水坑灌果園越冬期土壤水熱變化的規(guī)律,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)越冬期內(nèi)的蓄水坑灌果園土壤溫度分布進(jìn)行預(yù)測(cè),并利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)凍融條件下蓄水坑灌果園土壤水熱耦合演進(jìn)過程進(jìn)行定量模擬研究,取得的主要成果如下:1.冬灌前,在同一土層深度處,蓄水坑灌土壤溫度要低于地面灌溉的土壤溫度。冬灌后,灌水量為180L/株的蓄水坑灌與地面灌溉相比,在同一土層深度,蓄水坑灌冬季土壤溫度整體上低于地面灌溉;不同土層深度處,蓄水坑灌與地面灌溉的冬季土壤溫度分布規(guī)律一致,均表現(xiàn)為,隨著土壤深度的增加,土壤溫度不斷升高;兩種灌溉方式的土壤溫度在凍融期隨著時(shí)間的變化均表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢(shì),且蓄水坑灌最低溫度的出現(xiàn)日期較地面灌溉相比,具有滯后性。冬灌灌水量為60L/株、180L/株和300L/株的蓄水坑灌土壤溫度隨著灌水量的增加,在同一土層深度處表現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)。在土層深度0-40cm處,隨著灌水量的增加,土壤溫度變化比較明顯,40cm以下的土層深度,隨著灌水量的增加,土壤溫度變化不大。2.凍結(jié)期內(nèi),灌水量為0L/株的蓄水坑灌土壤含水率在中深層80-100cm處較大;灌水量為60L/株、180L/株和300L/株的蓄水坑灌,土壤含水量均表現(xiàn)為在0-100cm處比較高;不同灌水量的土壤含水率隨著土層深度的增加整體上(除表層20cm)均表現(xiàn)為先升高后降低,在土層80cm處達(dá)到最大值。當(dāng)土壤進(jìn)入融化期后,不同灌水量的土壤含水率與凍結(jié)期內(nèi)土壤含水率相比,在土層0-40cm處均出現(xiàn)較大的減小趨勢(shì),融化后的土壤含水率除在0-40cm土層深度處有較大變化外,40cm以下土層深度的土壤含水率均比凍結(jié)期提高較多。3.根據(jù)2015年和2016年兩年的蓄水坑灌果園在越冬期內(nèi)的土壤溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料,建立了以距蓄水坑壁5cm處的分層土壤最低溫度、坑內(nèi)平均溫度、地表溫度和沿坑壁的徑向距離為輸入,以距蓄水坑壁15cm、25cm和35cm處分層土壤最低溫度為輸出,拓?fù)潢P(guān)系為11-13-8的BP-WSPI-T模型。在對(duì)距坑壁15cm、25cm和35cm處土壤最低溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),BP-WSPI-T模型的平均相對(duì)誤差分別為8.7%、9.4%和7.3%;對(duì)土壤溫度空間二維分布進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí),模型平均相對(duì)誤差為8.5%,模型誤差較小,因此,本文建立的BP-WSPI-T模型可較好的模擬蓄水坑灌果園越冬期土壤溫度分布的動(dòng)態(tài)變化,可為蓄水坑灌果園越冬期土壤溫度預(yù)測(cè)提供定量分析工具。4.根據(jù)土壤水熱耦合原理,建立了蓄水坑灌條件下果園凍融期土壤水熱耦合模型。通過對(duì)凍融條件下土壤水熱耦合運(yùn)移方程、初始及邊界條件、模型所需水熱參數(shù)進(jìn)行確定,借助COMSOL Multiphysics軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄水坑灌條件下果園凍融期土壤水熱耦合運(yùn)移數(shù)值模擬。通過田間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,土壤溫度模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的絕對(duì)誤差在0~1.5℃之內(nèi),土壤含水率模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差為6.3%,誤差較小。運(yùn)用驗(yàn)證后的模型對(duì)灌水量為60L/株、180L/株和300L/株的蓄水坑灌越冬期土壤水熱分布進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,不同灌水量的土壤總含水率隨著土層深度的增加均表現(xiàn)為先增加后降低,到達(dá)土壤底部時(shí),含水率又會(huì)有所升高;隨著灌水量的增加,不同土層深度的土壤總含水率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì);土壤冰含量主要出現(xiàn)在土層0-60cm處,且越靠近蓄水坑附近,冰含量也大。不同灌水量的土壤溫度均表現(xiàn)為隨著土層深度的增加而升高,0℃以下的土壤溫度出現(xiàn)在土層0-60cm處,且越靠近地表和蓄水坑壁的土壤溫度越低。土壤水熱模擬結(jié)果均符合蓄水坑灌條件下果園凍融期土壤水熱分布規(guī)律。因此,本文建立的蓄水坑灌條件下果園凍融期土壤水熱耦合運(yùn)移模型可以較好地預(yù)測(cè)凍融土壤溫度分布及孔隙水的遷移、相變、冰含量的聚集規(guī)律,可為凍融條件下蓄水坑灌蘋果園防凍及蓄水保墑提供服務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S275;S66

【參考文獻(xiàn)】

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1 王曉磊;郭向紅;孫西歡;馬娟娟;雷濤;曹鷺;;蓄水坑灌蘋果園冬季土壤溫度分布動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型[J];節(jié)水灌溉;2017年12期

2 王宏宇;馬娟娟;孫西歡;郭向紅;雷濤;馮s

本文編號(hào)：2788714