基于计算流体力学分析的蔗田土壤优先流运动过程研究

来源：中国土壤与肥料杂志2023年第2期北京时间：

作者：秦梓城，陈晓冰，刘思佳，刘俊杰，姜波，吴晗

单位：(1.桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，广西 桂林 541004;2.桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西 桂林 541004;3.广西环境污染控制理论与技术重点实验室科教结合科技创新基地，广西 桂林 541004;4.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西 桂林 541004)

摘要：田间土壤优先流会导致水肥的快速运动，影响作物的吸水需肥效率。为定量探究农田土壤优先流的运动过程，以广西典型农地蔗田为研究对象，将野外染色示踪试验与室内土柱入渗模拟实验相结合，利用形态学解析与计算流体力学的分析方法，对不同耕作方式下蔗田的土壤优先流运动过程进行仿真模拟与分析。结果表明:1)免耕蔗田土壤垂直剖面染色形态较垄耕蔗田分化程度高，其湿润锋迹线波动幅度较大，水流入渗能力更强，优先流现象显著，且分布相对更广泛。2)在相同外部供水条件下，免耕蔗田土柱的初始出流时间(6 min 1 s)早于垄耕蔗田(8 min 20 s)，其质量流率和优先流流速分别是垄耕蔗田的1.09和1.36倍(P<0.05)。3)相同时间内免耕蔗田表层(0～10 cm)的压力值较大，水流运动达到稳态时其均值为垄耕蔗田的1.20倍，免耕蔗田优先流以垂向运动为主并伴随侧向运动，而垄耕蔗田则呈现水流整体均匀向下入渗。

关键词：优先流;染色示踪;土柱入渗;仿真模拟

基金资助：基金项目:国家自然科学基金项目(41701248)；广西自然科学基金项目(2017GXNSFBA198102)；桂林理工大学博士科研启动基金项目(GUTQDJJ2017001)。