基于机械收割要求的稻麦轮作农田暗管排水布局模拟

南方稻麦轮作区现有明沟排水系统影响农业机械作业效率,不利于农业现代化发展;建设暗管排水系统可提高土地利用率和农业生产效率。以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,用农田排水模型-DRAINMOD分析了稻麦轮作农田暗管排水系统布置方案。模拟结果表明:作物收获期机械作业天数受暗管埋深和埋设间距的影响,随着埋深的减小和间距的增大,机械作业天数逐渐减小;在相同保证率和目标水位埋深要求下,水稻收获期的机械作业天数相对小麦收获期更易受降雨的影响。在水稻收获期,当暗管埋深为80～100 cm,满足大型机械90%、95%作业保证率的最大暗管间距分别为:26.0～32.0 m、14.0～21.0 m;满足小型机械90%、95%作业保证率的最大暗管间距分别为:26.5～33.5 m、18.0～23.0 m。研究成果可为类似地区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论参考。     

SWAP模型模拟暗管排水条件下土壤水盐运移

【目的】研究内蒙古河套灌区暗管排水条件下作物根系层水分通量和盐分通量变化,寻求适宜当地的农田排水暗管规格。【方法】基于2018年和2019年田间试验观测数据,对SWAP模型进行率定和验证,并利用该模型对不同暗管埋深(1.5、2.0 m)和间距(30、45 m)下的40 cm土壤剖面处水分通量和盐分通量进行数值模拟。【结果】①存在灌水和降雨时,40 cm土壤剖面的水分通量向下,在暗管间距为45 m,埋深为1.5 m时,就2019年整个生育期而言,暗管间距减小15 m,向下的水分通量累积量增加5.2%,暗管埋深增加0.5 m时,向下的水分通量累积量增加83.9%;没有灌水和降雨时,40 cm剖面处的土壤水分通量以向上为主,暗管埋深和间距的变化对向上的水分通量影响不大,向上的水分通量在0～0.14 cm/d之间变动。②土壤盐分通量变化趋势和水分通量一致,在暗管间距为45 m,埋深为1.5 m时,就2019年整个生育期而言,暗管间距减小15 m,向下盐分通量累积量增加5.1%,暗管埋深增加0.5 m时,向下盐分通量累积量增加82.6%,增幅与向下水分通量累积量基本一致,且暗管埋深的变化对向下的盐分通量影响较明显。【结论】合适的暗管布设埋深和间距有助于土壤根系层的排水脱盐,其中暗管埋深对排除土壤盐分的影响更为明显,综合考虑不同暗管布局的排水排盐效果以及对产量的影响,认为当地暗管埋深取2.0 m,暗管间距取45 m较为适宜。     

基于RZWQM2模型的农田排水暗管优化布置研究

【目的】研究河套灌区葵花种植区暗管排水条件下农田土壤水分变化状态,探求当地适宜的农田排水暗管布置和控制排水方案。【方法】基于2018—2020年田间试验数据,对RZWQM2模型进行率定和验证,并利用该模型对不同排水暗管布置方案(同一间距不同埋深和同一埋深不同间距)和控制排水方案(不同时期不同排水口深度)下的土壤水分运移和作物生长情况进行数值模拟。【结果】(1)模型率定和验证阶段,砂土层土壤含水率RMSE为0.049～0.065 cm3/cm3,其余土层土壤含水率RMSE为0.012～0.037 cm3/cm3,累计排水量和产量MRE分别在5.88%和3.40%以下,地下水位、1 m土层土壤储水量和叶面积指数R2分别在0.798、0.817和0.912以上;(2)以现有排水暗管埋深1.5 m、间距45 m为基础,模拟得到采用埋深1.4 m、间距45 m的布置方案其地下水位抬高5.2 cm、排水量减少40.0%、增产85.3 kg/hm2;(3)采用雨季1.5 m、非雨季1.2 m排水口深度的控制排水方案,地下水位抬高2.2 cm、排水量减少46.0%、增产66.4 kg/hm2。【结论】RZWQM2模型能较好模拟排水条件下葵花种植区农田土壤水分变化,研究区推荐采用1.4 m埋深、45 m间距的排水暗管布置方案,在现有布置下雨季1.5 m、非雨季1.2 m的控制排水方案较为合适。     

暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响

【目的】探究暗管排水对鄂尔多斯市达拉特旗重度盐碱地土壤盐分运移的影响机制。【方法】按照暗管间距18 m、吸水管埋深1.2～1.5 m、集水管埋深1.8～2.0 m的参数,铺设暗管进行田间小区试验,利用空间插值、线性回归、主成分分析等统计方法,对2019年5—10月暗管排水条件下1 m土层的土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度、灌排水水质、盐分离子等数据及其相互关系进行分析。【结果】(1)试验区1 m土层的盐分空间分布属于中等变异(25%～75%),土壤盐分类型为表聚型。(2)铺设暗管使地下水埋深增加了50～60 cm,试验结束时土壤盐分较试验开始时土壤盐分平均降低10%左右。(3)暗管铺设条件下,土壤盐分的主导离子为K~++Na~+、SO_4~(2-)和Cl~-,地下水中主导离子为K~++Na~+、Cl~-和HCO_3~-。(4)暗管铺设下黄河水灌溉后,土壤中HCO_3~-量增加56%,而其他盐离子量降低,SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-降幅较大分别为36%、34%、31%;灌水淋洗后,排水、地下水中各离子量均增加,排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍。【结论】重度盐碱地铺设暗管,能控制地下水埋深,并降低土壤含盐量,有效促进土壤中SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-的淋洗排出,但同时要注意黄河水灌溉中HCO_3~-可能引起的土壤碱化问题。     

沿海新垦区灌水和降雨条件下暗管排水洗盐效果试验研究

为了探索沿海新垦区土壤快速脱盐的途径,设计了3种间距(10m、15m、20m)和3种埋深(0.6m、0.9m、1.2m)的暗管排水组合处理,在灌水洗盐和降雨洗盐2种方式下,开展了暗管排水效果以及排水含盐量变化规律的试验研究。结果表明:埋深相同,暗管间距越小,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;间距相同,暗管埋深越大,排水量占灌(降)水量的比例越大,地下水降落速度也越快;暗管埋深对暗管初始排水的盐度、电导率也有一定的影响,间距相同,暗管埋深越大,初始排水的盐度、电导率也越大。该研究为江苏沿海滩涂新垦区利用暗管排水技术改良盐渍土提供了支撑。     

圩区农田塑料暗管埋深和间距的确定方法评述

农田塑料暗管埋深和间距的确定 ,是塑料暗管排水系统规划设计的主要任务 ,关系到排水效果和投资效益。本文介绍了农田塑料暗管埋深和间距的确定方法 ,并对之进行了评述     

蒸发影响情况下二维不稳定流有限单元法的排水计算

在内陆干旱区,由于蒸发强烈,因此在进行排水计算时,必须考虑蒸发对地下水运动的影响。文中推导了地下水蒸发与埋深呈线性关系时的二维不稳定流排水的Galerkin有限单元方程,并分析了新疆典型灌区的排水效果。分析认为：地下水位在排水系统和地面坡度作用下,其降落速度经历了由快到慢的过程,前两天的累积降深平均为1.2米,后三天的累积降深为平均为0.9米;农田的排水农沟间距为100米时,排水5天后,地下水位就可降低到2米以下,表明排水效果较好。     

不同排水模式下棉田排水效果和生产效果

通过厢沟与暗管组合排水试验,研究了不同小区雨后排水效果、棉花叶绿素荧光参数和棉花的农艺性状。结果表明,其他条件一定时,暗管区排水效果均优于非暗管区;其他排水条件一定时,2m厢沟间距的小区排水效果和生产效果好于3.6m厢沟间距的小区,其产量在5%水平上差异显著。地下水浅埋条件下,厢沟和暗管组合排水的生产效果和排水效果最佳。     

滴灌条件下排水暗管间距对土壤盐分淋洗的影响

在滴灌淋洗条件下设计暗管排水试验,研究暗管不同埋设间距(15、20、25 m)对土壤剖面盐分分布及脱盐淋洗效果的影响。结果表明:滴灌淋洗期间,0~70 cm土层含盐量显著降低,与CK相比,试验地不同地段土壤平均含盐量减少10 g/kg以上。从暗管上方至相邻暗管中点位置处不同剖面土壤平均脱盐率逐渐减小,15、20、25 m间距小区在0~100 cm埋深土壤中点位置处最大脱盐率分别为84.01%、77.75%、73.98%,土壤整体脱盐率介于51.82%~60.43%之间。吸水管埋管间距越小,小区暗管排水阶段排水流量越大,排水矿化度、电导率也越大,但成本会略高。15 m间距相比20、25 m间距小区每公顷多投入的成本和平均脱盐率差值分别为8 430、12 570元和4.78%、8.61%;15 m间距暗管处理在水平距离暗管0、5、7.5 m处土壤脱盐率最大值分别为86.47%、85.15%、84.01%,且排水期间排水流量、矿化度、电导率最大,分别为2 m~3/h、189.15 g/L和35.9 mS/cm;土壤盐分淋洗效果优于20、25 m间距小区,淋洗相同盐分含量土壤所需灌水量也低于20、25 m间距;2次灌水后0~70 cm土层盐分整体已降至10 g/kg以下,作物生长条件大为改善,适宜作为指导新疆盐渍土改良滴管条件下暗管间距布设参数的依据。     

暗管排水控盐对盐渍化灌区土壤盐分淋洗有效性评价

【目的】解决盐渍化灌区土壤盐渍化较严重问题,明确暗管排水控盐对土壤盐分淋洗效果的影响。【方法】以灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测和室内试验分析结合,采用经典统计学与地质统计原理,分析收获后、春灌前后暗管排水土壤盐分统计特征和空间异质性,及其土壤盐分和盐分离子脱盐效率和暗管排水对地下水埋深的影响。【结果】暗管排水0～20、20～40、40～100 cm土壤平均脱盐率分别为61.14%、52.78%、40.37%,随着土壤深度的增加,脱盐率减小。春灌后土壤盐分变异系数降低、空间自相关性增强,说明春灌后土壤盐分空间异质性均有所下降。土壤中除CO_3~(2-)表现为上升趋势外,其余各离子均表现为下降趋势,且HCO_3~-脱盐率最小,几乎不变,土壤各盐分离子脱盐率大小表现为:Cl~-K~++Na~+SO_4~(2-)Mg~(2+)Ca~(2+)HCO_3~-。暗管排水地下水埋深在灌后7 d开始下降,且下降速率较快,排水明沟深1.5 m,对地下水埋深的控制效果较好。【结论】利用暗管排水均能降低土壤含盐量,弱化土壤含盐量的空间异质性,土壤盐分由"高盐异质性"向"低盐均质性"转变,有效降低土壤盐分离子量,避免盐渍化过程中离子平衡失调,防止盐类向单一化方向发展。利用暗管排水技术降低河套灌区土壤盐分,控制地下水埋深,保证作物正常生长,防止土壤次生盐渍化具有重要意义;暗管排水技术可在河套灌区农业生产中推广应用。     

外包滤料对暗管排水与土壤脱盐效果的影响

为了探究不同外包滤料条件下的暗管排水性能和土壤脱盐效果,基于室内试验研究成果,在田间设置4种暗管排水系统(各系统中暗管埋深均为80 cm,间距均为20 m),所用外包滤料分别为68 g/m²土工布(L)、砂滤料(S)、68 g/m²土工布+砂滤料(LS)和无外包滤料(W),以当地常规明沟排水(CK)作为对照,通过田间试验分析了春灌过程中各暗管系统的排水性能指标及土壤脱盐效率.结果表明:相比处理W,处理L,S和LS平均排水速率提升了7.44%,12.55%和15.75%,平均流量衰减度降低4.07%;处理S和LS累积排水量提高了5.11%和8.31%(P<0.05).各暗管处理春灌后平均土壤脱盐率均达47%以上,较CK提升显著,其中处理LS效果最优,为50.94%.综上,应优先选择处理LS作为河套灌区暗管排水系统外包滤料布设方案.该研究结果可为河套灌区暗管排盐技术的推广应用提供理论支撑和科学指导.     

农田不同排水措施地下排水效果模拟试验研究

在地下水位较高、地表易于形成积水的中国南方地区,通过农田排水措施可以及时排除多余地表积水,快速降低地下水位,以达到排涝降渍、协同调控的目的.文中基于室内砂槽试验,揭示暗管排水、明沟排水、不同反滤体高度的反滤体排水及改进暗管排水等措施的地下排水规律及效果.结果表明:将暗管周围土体置换为高渗透性土体介质的改进暗管排水可明显提高排水流量,当土体置换高度达2 cm时(对应于田间条件40 cm),其排水流量均高于相同埋深条件下的其他排水措施,达暗管排水的1.59~1.66倍;改进暗排在地表积水消失时仍保持较大的排水流量,可达相同埋深暗管流量的2倍以上,在积水层消失后,能迅速降低农田土壤水的渍害胁迫,将地下水位降低至暗管埋设高度;各种排水措施,在地表积水即将消失时,出现了流量与水头变化幅度较大的现象.相对于各种地下排水措施,改进暗管排水在除涝降渍中存在明显优势.研究结果可为涝渍灾害易发地区高效除涝降渍减灾工程设计和建设提供参考.     

基于VBA的宁夏引黄灌区暗管排水间距计算方法研究

暗管排水工程是控制灌区地下水位,防治耕地盐碱化的主要技术手段。【目的】综合考虑排水条件、排水目的等因素,选择合适的计算方法计算暗管间距。【方法】对几种常用的暗管间距计算方法进行了理论分析并总结了其适用条件,编写了基于VBA的计算程序以实现不同计算方法的优选并确定相应的暗管间距。在此基础上,选取宁夏引黄灌区2个典型暗管排水工程案例进行了分析计算。【结果】稳定流状态下,当kH/q≤100时,宜选择阿维里扬诺夫-瞿兴业公式计算暗管间距,当kH/q>100时,宜选择Hooghoudt公式计算暗管间距;非稳定流状态下,以治渍为目的地区选择按地下水位下降速度计算暗管间距,以防治盐碱化为目的地区选择按排蒸比计算暗管间距。【结论】利用VBA开发的程序可以解决暗管间距计算过程中较繁琐的迭代、累加等计算问题,操作便捷,实用性强;非稳定流方法更适合于宁夏引黄灌区暗管排水间距的计算,银北灌区宜按排蒸比计算暗管间距,银南灌区宜按地下水位下降速度计算暗管间距。     

遗传算法在暗管间距优化中的应用

在低温平原湖区农田设置暗管排水能提高农机作业效率和土地的有效利用率，确保农田旱涝保收。采用实数编码遗传算法，对不同埋深、不同土壤性质条件下的暗管间距进行强词编码计算，结果表明符合田间的实际情况。     

青铜峡灌区地下水埋深演变及驱动要素贡献率解析

【目的】定量分析青铜峡灌区地下水埋深演变规律及影响因素,科学指导灌区合理调控地下水位,维持水系统健康平衡。【方法】采用水量平衡法分析了青铜峡灌区1998—2017年地下水时空演变特征及地下水补排平衡贡献率。【结果】1998—2017年青铜峡灌区地下水埋深增大了0.69 m,增加速率为0.038 m/a,年内地下水埋深呈双峰双谷特征,空间上银川灌区地下水埋深增大明显,银川市区和银北灌区的大武口区形成大漏斗区。年际地下水变化的主要影响要素依次为渠系渗漏补给(39.71%)侧向排泄(28.24%)潜水蒸发(14.16%)田间入渗补给(7.46%);4—8月和11月渠系渗漏补给对地下水变化贡献最大(45.33%),9—10月和12月地下水侧向排泄是地下水变化第一驱动因素(45.6%);空间上,水位变化的第一驱动要素均为渠系渗漏补给,第二驱动要素各有不同,银川、银南和河东灌区为侧向排泄,银北灌区为潜水蒸发。【结论】引黄水量持续减少是青铜峡灌区地下水埋深增大的最主要原因,而合理的地下水埋深对于维持灌区的生态平衡具有重要意义。     

利用逆变器启停水泵的创新应用

正1创新背景暗管排水是一项有效的农田排水技术。暗管排水系统是由田间吸水管、集水管、检查井、集水井及出水管组成。吸水管用于直接排出土壤中多余的水,降低地下水位,调控土壤水盐状况;集水管用于汇集由吸水管排出的地下水,并输送到集水井。目前我国应用暗管排水,除能自流排出外,均使用电动水泵进行排水,在暗管排水集水井中安装潜水泵或污水泵,经过出水管将集水排到河、沟中,降低地下水位,调整田间土壤物理性状。为保证电动水泵使用效率及寿命,     

改进暗管排水及其性能研究

对于较大地下水埋深的地区较大,改进暗管排水技术是否可以起到除涝作用值得讨论。基于室内土柱试验,考虑地下水埋深、反滤体宽度以及土体介质3个因素,分析了非饱和土体、地表持续积水一定时间后,改进暗排的排水性能。结果表明:细砂土介质中,地下水埋深很大时,常规暗排的排水能力有很大局限性,而改进暗排的排水能力仍然显著;地下水埋深为暗管埋深2倍时,改进暗排自由出流排水流量为相同条件下常规暗排排水流量的2.5~3.5倍,为土体介质完全饱和条件下常规暗排排水流量的2倍;相同地下水埋深条件下,改进暗排在细砂土介质中的排水效果好于粗砂土介质,反滤体宽度对单位时间暗管排出水量和下渗补给地下水水量的比值有很大影响。研究成果可为在地下水埋深较大地区推广应用高效的暗排工程技术提供技术支撑。     

平原河网地区稻田排水过程及其受外河影响的研究

为了探寻符合平原河网地区特点的排水系统最佳布置及管理方案,根据江苏常熟稻田排水观测试验,结合田间水文模型-DRAINMOD模型,分析了河网地区独特的水量平衡关系,确定了稻田排水量以及农田与外河的交换水量,并根据研究区的排水要求计算了可以削减的排水量。结果表明,在现有灌排制度下,生长期内稻田实际排水量约816mm,远高于当地所推荐的适宜排水量,可削减排水量约216mm,占目前灌水量的21.4%;按照当地所推荐的适宜排水量,利用DRAINMOD模型,当暗管埋深为90cm时,排水间距以25m为宜。研究区农田与外河的水位差较小,当外河距离农田大于30m时,实际水量交换很小;外河对农田的影响主要表现为对农田排水系统功能的抑制作用。     

农田排水条件下降雨补给与地下水埋深关系的试验研究

以室内一维土柱试验和室外水平衡小区观测资料为基础,对农田排水条件下降雨入渗补给与地下水埋深关系进行了分析。根据降雨,蒸发与地下水埋深关系相似的规律,仿照国内外排水计算中较为广泛应用的阿维里扬诺夫经验公式的结构形式,建立起降雨入渗补与地下水埋深的关系,并采用室内外试验资料对该关系进行了验证。     

农田排水条件下降雨补给与地下水埋深关系的试验研究

以室内一维土柱试验和室外水平衡小区观测资料为基础 ,对农田排水条件下降雨入渗补给与地下水埋深关系进行了分析 ,根据降雨、蒸发与地下水埋深关系相似的规律 ,仿照国内外排水计算中较为广泛应用的阿维里扬诺夫经验公式的结构形式 ,建立起降雨入渗补给与地下水埋深的关系 ,并采用室内外试验资料对该关系式进行了验证。