喷灌水量分布均匀性评价指标的试验研究

利用多喷头组合喷洒试验研究了分布均匀系数ＤＵ与喷灌均匀系数ＣＵ之间的关系。试验表明,ＤＵ随ＣＵ的增大而线性增加,当ＣＵ等于规范规定值７５％时,ＤＵ值约为６６％。通过田间试验探讨了喷灌均匀系数对水量在土壤中分布均匀程度的影响。发现喷灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布均匀得多,这一结果为合理降低喷灌均匀系数设计值提供了一个新的研究空间。该文还对作物冠层对喷灌水量分布的影响进行了田间试验,结果指出,冠层截留可以使喷灌水量分布的均匀性得到一定程度的改善。     

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量影响的研究现状

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量的影响是制订喷灌均匀系数设计标准的重要依据，该文综述了这方面的研究成果。对喷灌条件下土壤含水率分布规律的数学模拟和田间试验研究都表明，水分在土壤中的再分布使得作物根区土壤含水率的均匀系数明显大于喷灌洒水均匀系数。目前关于喷灌均匀系数对作物产量影响的研究以模拟为主，现有模型的不足之处是未考虑喷洒水量在土壤中的再分布对提高土壤含水率均匀系数的作用。由于试验资料缺乏，模型所得结果难以验证，因此也很难在实际中应用。现阶段的工作重点是探明土壤含水率均匀系数和深层渗漏量与喷灌均匀系数的定量关系，开展喷灌均匀系数对作物产量影响的田间试验     

卷盘式喷灌机灌溉施肥计算模型与综合评价体系构建

卷盘式喷灌机实现精准水肥一体化作业对农作物生产具有重要意义。该研究以卷盘式喷灌机为研究对象,开展了桁架式喷头车选配的低压喷头径向水量分布特性测试,构建了低压多喷头组合喷灌水量分布模拟模型,提出了水肥一体化条件下灌溉施肥参数计算模型,建立了基于喷灌均匀系数、设计喷灌强度、单机控制灌溉面积、单位面积年投资、年运行费5个指标的卷盘式喷灌机综合评价体系。研发了一款基于Web平台的卷盘式喷灌机灌溉施肥参数设计软件,以北京地区种植冬小麦为例,对JP75-300卷盘式喷灌机桁架式喷头车配置三款低压喷头进行方案优选,采用主成分分析法对初筛的12种机组运行方案进行综合评价,最高综合得分0.78为最优运行方案,即喷头类型PG134、工作压力0.15 MPa运行方案下机组喷灌均匀系数为88.96%,喷灌强度为57.31 mm/h,单机控制灌溉面积为5.05 hm2,单位面积年投资1 981.04元/hm2,年运行费为1 019.99元/hm2。研究成果可为卷盘式喷灌机灌溉施肥的参数设计和设备选型提供技术支持。     

玉米冠层对喷灌水量空间分布的影响

作物冠层对喷灌水量分布的明显影响，为了弄清楚作物冠层对喷灌水量分布的影响作用，该文以春玉米为研究对象，进行了多组试验，初步探讨了在不同生育期玉米冠层上部与下部水量的分布情况。田间试验结果表明，玉米冠层对喷灌水量近地表附近分布均匀度有很大影响。喷灌水量到达玉米冠层后，通过4种途径落向地面，即：秆径流水量、叶尖水量、叶下水量和行间水量。这4部分水量在其分布点上的均匀程度很高，但作为一个整体，其水量的连续分布均匀性则很差。可见冠层对喷灌水量分布的影响不容忽视，有必要进一步弄清它们之间的影响机理，这将为喷灌制度的设计提供重要依据。     

两种园林地埋式喷头组合喷洒性能的模拟试验

根据Hunter和Rainbird公司分别提供的PGP型和R50型园林地埋式喷头的径向水量分布曲线资料,在正方形和正三角形两种布置形式下,分别进行了不同组合系数的喷洒性能模拟试验.结果表明,在最大零漏喷范围内,喷灌均匀系数的大小与组合形式关系不大,主要取决于喷头结构及径向水量分布曲线的特点;当组合系数为0.9～1.4时,喷灌均匀系数为 77.5%～95.1%.喷灌均匀系数、分布均匀系数和喷灌草坪水利用系数之间存在较为密切的线性关系,该文给出了喷灌均匀系数与分布均匀系数及喷灌草坪水利用系数之间的统计回归公式.一般情况下,喷灌均匀系数越大,分布均匀系数和喷灌草坪水利用系数呈增大趋势.     

土壤及喷灌水量不均匀性对干旱区春小麦产量影响的试验研究

在一种土壤特性变异程度较大的砂土及壤质砂土上，对干旱地区喷灌条件下春小麦生育期内的土壤水分空间分布、作物产量等进行了监测，研究了田间持水量及土壤机械组成的空间变化特性。对田间持水量及土壤机械组成的统计分布及空间变异规律的分析结果表明，田间持水量可以用正态分布和对数正态分布来描述，土壤细颗粒(粒径＜0.02 mm)含量服从对数正态分布；田间持水量随土壤细颗粒含量的增加而明显增大，细颗粒含量离散程度较大时，田间持水量的离散程度也较大。田间试验结果还表明，喷灌均匀系数和可利用水量(田间持水量与凋萎系数之差)的离散程度对作物产量及其分布均有影响，但对所试验地块而言，可利用水量的离散程度对作物产量的影响更明显，在制订喷灌均匀系数设计标准时，土壤特性的空间变异也应作为一个考虑因素。由于干旱地区作物生育期降水量明显小于湿润和半湿润地区，降水难以弥补灌水不均匀对产量带来的负面影响，因此干旱地区喷灌均匀系数设计标准一般应高于湿润和半湿润地区。     

摇臂式喷头组合喷洒均匀性的改进

该文针对摇臂式喷头副喷嘴为圆形,径向水量分布中部较高不利于组合的问题,根据水射流原理,设计出一种新型结构的副喷嘴,其上端设有盖板,起到阻挡水流的作用,使副喷嘴水流射出后主要分散在近处,从而有利于提高组合喷洒的均匀性。分别对15PY、20PY、30PY摇臂式喷头副喷嘴改进前后的水量分布进行了对比试验,同时,以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒匀性系数。结果表明：副喷嘴的改进消除了改进前喷头中间部分水量,使径向水量分布呈“三角形”。改进副喷嘴后提高了均匀性系数,不同组合间距下的值均为80%以上,平均喷灌强度符合喷灌规范中的要求。最后,提出副喷嘴改进后15PY,20PY,30PY摇臂式喷头的最佳组合间距分别为1.2R,1.3R,1.1R,计算出组合均匀性系数值分别为85.6%,86.3%,85.3%。改进后的副喷嘴对喷洒均匀性有较好的改善作用。     

喷灌施肥均匀性对冬小麦产量影响的田间试验评估

喷灌均匀系数是喷灌系统设计的重要参数,而喷灌洒水与施肥的均匀性对作物产量的影响是确定均匀系数设计值的重要依据。在喷灌施肥的试验中测定了冠层以上承雨筒内肥料溶液浓度和水量的分布,在冬小麦收获时测定了植株的全氮量。结果指出,肥料溶液浓度的均匀系数一般高于水量和肥料施入量的均匀系数。通过分析化肥施入量与灌水量的统计分布规律发现,它们都可以用正态分布来表示。田间试验结果还表明,对华北平原种植的冬小麦而言,在试验的喷灌均匀系数变化范围内（62%～82%）,喷灌洒水及施肥的均匀性对产量的影响不明显,现行规范规定的喷灌均匀系数设计值（CU≥75%）是偏于安全的。     

喷灌施肥灌溉均匀性对土壤硝态氮空间分布影响的田间试验研究

在2002～2003年冬小麦生育期内进行了喷灌施肥条件下均匀系数对土壤水氮时空分布及淋失影响的田间试验。试验中，喷灌均匀系数设置低、中、高三个处理，灌溉季节内的平均喷灌均匀系数分别为72%、79%和84%，施肥灌溉均匀系数分别为71%、78%和85%。对70和90 cm深度处的土壤水势进行了监测以评估均匀系数对水氮淋失的影响，结果表明，在所研究的喷灌均匀系数范围内深层渗漏量很小。试验结果还指出，土壤硝态氮随时间和空间表现出很强的变化特征，均匀系数变化范围为23%～97%，变差系数的变化范围为0.04～1.00；灌溉季节内土壤硝态氮分布的均匀性主要取决于初始硝态氮分布的均匀程度，而喷灌均匀系数对土壤氮素的空间分布无明显影响。     

喷灌均匀性和灌水量对冬小麦冠层下水量分配的影响

为研究冬小麦冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨不同灌水量下喷灌均匀性对土壤含水率空间分布、冬小麦生长状况及产量的影响,于2020-2021年在常州市金坛区开展了冬小麦田间喷灌试验。该试验依据作物需水量设置3个灌水量（充分灌溉、2/3需水量、1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（高：75%、低：55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测量喷灌水量分布,并对喷灌后的土壤含水率（Soil Water Content,SWC）、冬小麦生长状况及产量的空间分布进行了监测。结果表明,冠层上喷灌均匀性比冠层下高约1.5%。喷灌水经冬小麦冠层再分配后所形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%。冠下穿透流率和茎秆流率与冬小麦的冠层特征（叶面积指数、株高）极显著相关（P<0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。喷灌后24 h,0～20 cm深度土壤水分的变化与冬小麦产量及产量变异系数显著相关（P<0.05）。低喷灌均匀性会导致区域性缺水（SWC<65%田间持水量）,引发小范围减产,产量变异系数增大,减少灌水量则会加剧这一现象,冬小麦显著减产,灌水量对产量的影响占主导作用。该研究可为冬小麦的喷灌设计提供理论依据。     

大田地下滴灌土壤水分分布均匀度评价方法

灌水均匀度是评价灌水质量的重要指标,灌水后的土壤水分分布均匀度是灌水均匀与否的最终体现。选择最佳的土壤水分取样点数是进行经济、准确评价灌水后土壤水分分布均匀度的基础。在新疆地下滴灌棉田中,灌水后2 d（土壤水分相对稳定）进行取样,实测田间土壤水分分布,抽样分析了样本数与土壤水分分布特征及均匀度之间的关系。结果表明,随样本数的增加,对应的土壤水分布均匀系数（克里斯琴森均匀系数Cu）的变幅缩小,并向其均值集中。从样本数量上分析,样本数在15到60之间,其Cu的均值变化并不明显;在试验条件下,进行大田土壤水分监测评价时,均匀分布的取样点个数应不少于24个。Cu和配水均匀度（Du）之间存在较好的相关性,但用实测结果得出的系数与相关手册的推荐值之间存在一定的偏差,互算时需加以考虑。采用均匀25点取样,对大田棉花地下滴灌的土壤水分分布状况进行了评价。结果表明,地下滴灌条件下,毛管附近的土层土壤含水率变幅最大;与上、下土层相比,灌水前毛管附近（20～40 cm）处的土壤水分均匀度较低,灌水后其均匀度大幅提高。     

仿形喷洒变量施水精确灌溉技术研究进展

仿形喷洒变量施水技术的概念是作者提出用来表示根据被灌溉地块或区域形状变化的要求实现变量施水的一种精确灌溉技术,具有提高灌溉质量和效率,降低灌溉系统成本的潜在优点.该文分类介绍了这种技术的实现原理、优缺点和适用范围,给出了仿形喷洒变量施水喷头流量射程调节器的一般组成和实现方式.指出了今后这种技术的研究重点应集中在以下3个方面:加强仿形喷洒变量施水喷头关键部件结构尺寸对其性能参数影响的理论和试验研究,为喷头优化设计提供依据;尽快开发应用于园林景观喷灌的地埋式仿形喷洒变量施水喷头产品;积极开展应用于大田喷灌的高均匀度仿形喷洒变量施水喷头组合喷灌技术的研究,以降低现有喷灌工程中喷头和管道的布置密度.     

全补偿微灌系统灌水均匀度参数之间的关系分析

该文采用数理统计学方差估计理论，针对全补偿微灌系统的灌水均匀度系数进行了研究分析，从理论上推导出全补偿微灌系统均匀度系数与流量偏差系数之间基本关系式，同时采用传统的随机数字模拟方式对导出的公式进行了验证和分析，并且探讨了均匀度系数和流量偏差率之间的关系规律，最后通过实例说明了上述公式的运用价值。该研究成果为全补偿微灌系统的设计、工程灌水均匀度评价和补偿式灌水器制造偏差控制等提供了参考依据。     

间歇和连续喷灌下土壤水分运动特征COMSOL数值模拟与验证

为探明间歇喷灌和连续喷灌条件下的土壤水分运动规律,建立喷灌随时间变化的非均匀灌水边界下的土壤水分二维运动模型,借助COMSOL数值模拟软件,实现模型的求解,并通过土箱试验对模型进行验证,分析不同喷灌模式下土壤水分运动特征,评估喷灌均匀性和喷灌模式对土壤含水率均匀性的影响。结果表明,土壤含水率和土壤湿润峰模拟值与实测值之间的一致性较好。喷灌模式对土壤水分运动过程和含水率均匀度影响不大。随着间歇次数和间歇时长的增加,喷灌结束时表层土壤含水率减小、水分入渗深度增加。喷灌条件下,土壤含水率均匀度高于地表测得的喷灌均匀度。当喷灌均匀度为39.77%～80.15%时,土壤含水率均匀度为88.57%～94.47%。当喷灌均匀度较低、点喷灌强度较高、总灌水量较大时,采用间歇喷灌、增加间隙次数和总间歇时长,可以一定程度降低地表径流和深层渗漏风险、改善土壤含水率均匀性。研究可为喷灌系统设计均匀度合理取值和高效运行提供理论基础。     

考虑滴头堵塞位置的灌水均匀系数模型优化

为准确评价堵塞对滴灌工程灌水均匀性的影响,从确定采样点布置方式入手,利用HYDRUS-2D模拟不同堵塞情况下的土壤水分状况,首先分析灌水均匀性与土壤水分分布均匀性之间的关系,然后以土壤水分分布均匀系数为依据,在考虑滴头堵塞位置的基础上对灌水均匀系数模型进行优化,最后通过温室灌溉试验进行验证。结果表明,取样点布置方式对土壤水分分布均匀系数影响显著,适宜的取样间距和深度分别为60 cm及地表下20 cm。土壤水分分布均匀系数与不同灌水均匀系数之间存在良好的线性关系,且随着堵塞滴头数量的增加,堵塞滴头位置分布情况对土壤水分分布均匀性的影响增大。小区灌溉试验结果表明,当堵塞滴头数量较多时,土壤水分分布均匀系数与考虑滴头堵塞位置的优化灌水均匀系数具有较高的相关性,优于原指标,可较好反映由堵塞滴头位置改变引起的土壤水分分布均匀性变化,故在评价滴灌系统灌水均匀性时宜使用优化均匀系数。     

微喷带水量分布特性试验分析

水量分布特性是衡量节水灌溉质量的重要技术指标。为了寻求微喷带水量分布均匀系数的测试方法和评判标准,该文在参照旋转式喷头水量分布特性检测方法的基础上,研究了新型节水灌溉设备微喷带水量分布特性的检测方法,并根据该方法对国内几种典型微喷带的水量分布均匀系数Cu进行了检测。检测结果表明,微喷带的水量分布均匀系数低于旋转式喷头,且不同微喷带之间的差别较大,几种微喷带的水量分布均匀系数Cu最高为78.34%、最低仅为24.55%。据此,分析了影响微喷带水量分布均匀系数的主要因素,并提出了依据水量分布特性将微喷带分成3类,分别用于不同灌溉场合的建议。     

地下滴灌毛管水头偏差率特性及与土壤水分均匀度的关系

毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。     

滴灌管主流道沿程压力分布模型及验证

为揭示滴灌管的沿程流动特性,简化滴灌水力计算,分析了能量方程应用于滴灌管水力计算的局限性,并以质量守恒和动量守恒定理为依据,建立了以滴灌管为典型的变质量流动数学模型,并结合测压试验数据,获得了滴灌管主流道沿程压力分布表达式。变质量流动的动量方程表明:多孔管路主流道压力变化取决于摩阻项和动量交换项两部分,沿程压力分布的具体形式取决于二者作用的相对强弱,滴灌管压力分布归结为求解滴灌管轴向流速分布、摩阻系数和动量交换系数,动量方程建立的合理之处在于不必追究其详细机制,将复杂的流动机理进行了合理概化。测压-测流试验表明:滴灌管轴向流速分布指数与滴头自身特性参数无关,而与滴头安装个数呈线性关系。基于理论分析和试验数据回归得到了动量交换系数的表达式,并结合Blasius摩阻公式进行方程求解,压力计算值与实测值吻合良好,最大相对误差为4.27%。该文可为滴灌管水力计算及多孔管水动力学研究提供一定参考。     

喷灌强度对滨海盐碱地土壤水盐运移特征的影响

为研究一维条件下喷灌强度对滨海盐碱地土壤湿润峰运移、水分再分布特征及盐分淋洗的影响,选用滨海盐碱地黏质重度盐碱土和砂质重度盐碱土2种土壤,设置5个喷灌强度(分别是1.72、3.13、5.27、8.75、10.11mm/h),进行室内喷灌条件下土柱模拟试验。结果表明,喷灌强度与土壤黏粒含量显著影响湿润锋运移。湿润锋推进速度随着喷灌强度增加而增大,而湿润深度随之减小,且土壤黏粒含量越高,越不利于湿润锋运移;随着土壤水分再分布过程的推进,黏质重度盐碱土在3.13mm/h喷灌强度下同一深度体积含水率较其他处理大,砂质重度盐碱土在1.72mm/h喷灌强度条件下土柱具有较高的保水性;采用喷灌淋洗,可使上层土壤脱盐,盐分均累积至下层土壤,并使其急剧增加且达到最大值。对于黏质重度盐碱土,3.13mm/h喷灌强度下,盐分淋洗效果较好,而对于砂质重度盐碱土,8.75mm/h喷灌强度淋洗效果优于其他处理。该研究可为喷灌技术合理和可持续开发利用滨海盐碱地提供参考。     

喷灌条件下冬小麦生理特征及生态环境特点的试验研究

通过定点定位试验,比较了喷灌与常规畦灌条件下农田生态环境、冬小麦光合速率和蒸腾速率的日变化特征以及不同水平的水分利用效率。结果表明,喷灌可以明显改善农田生态环境,减少作物蒸腾驱动势,使气孔阻力增大,最终导致蒸腾速率降低;在土壤水分相近条件下,喷灌条件下叶片的光合速率明显高于畦灌的光合速率,而蒸腾速率明显低于畦灌的蒸腾速率;喷灌小麦叶片水平水分利用效率和产量水平的水分利用效率均高于畦灌,表明在华北平原喷灌是改善农田生态环境和发展节水农业的一个有利措施。