肥料种类与浓度对灌水器堵塞特征的影响及防堵策略

为降低堵塞风险,延长灌溉系统使用寿命,提高灌溉施肥均匀度,研究通过3种滴灌带（管）水肥一体化长周期堵塞试验,测试尿素、硫酸钾、氯化钾、磷酸一铵、磷酸二铵在不同浓度（0、0.4、0.8、1.0、1.2 g/L）滴灌时各灌水器堵塞性能,结合场发射扫描电镜、EDS表面能谱分析和X射线衍射仪等物质分析方法,探究肥料种类及浓度对灌水器堵塞及堵塞物质累积的影响,并揭示水肥一体化滴灌灌水器化学堵塞形成过程。结果显示：不同肥料种类、浓度对迷宫灌水器造成的影响不同。随着浓度增加,尿素灌溉下侧翼迷宫滴灌带相对流量下降速率加快,存在堵塞风险;磷酸二铵灌溉下,发生明显堵塞;片状滴灌带相对平均流量和灌溉均匀系数随灌水次数增加而降低,且降幅随肥液浓度增大而增大。堵塞物干质量都随着灌水次数的增加而增加,与灌水器的相对流量和灌溉均匀系数随着灌水次数的增加而降低的趋势吻合。随着肥液浓度的升高,水流剪切力对堵塞物质影响越小。因此,磷酸二铵的施肥浓度以不超过1.2 g/L为宜。研究可为控制滴灌系统化学堵塞、延长灌水器使用寿命提供依据。     

灌溉水磁化处理对水肥一体化滴灌滴头堵塞的影响

为探究灌溉水磁化处理对引黄灌区水肥一体化滴灌滴头堵塞的影响,该研究针对内镶片式滴头,设置磁化强度为0.2、0.4和0.6 T,对照组为未磁化处理,并配置质量份数为2 %的硫酸钾肥、尿素和复合肥浑水（泥沙浓度为3.0 g/L）,采用短周期间歇性灌水试验。结果表明：磁化极显著减缓滴头流量与灌水均匀度的下降趋势（P<0.01）,不同肥料适合的最佳磁化强度不同,磁化强度为0.4 T时,对硫酸钾肥与复合肥混合液的滴头流量下降的减缓作用最大,磁化强度为0.2 T时,对尿素混合液的滴头流量下降的减缓作用最大;灌溉水磁化后,硫酸钾肥和复合肥处理毛管前段堵塞滴头的数量增加,尿素处理的减少;磁化处理显著影响滴头堵塞敏感粒径的沉降和运动,显著增加了硫酸钾肥与复合肥混合液在毛管中淤积泥沙的敏感粒径（<0.03 mm）占比,减少了滴头输出泥沙中敏感粒径占比,尿素则相反。研究结果可为引黄灌区水肥一体化滴灌滴头抗堵塞防治措施提供参考。     

不同根部微灌水器对云南红壤和黄沙土水分分布的影响

探索根部微灌水器类型对土壤水分分布的影响和作用规律,是提高根部微灌水效率的有效途径。该文研究了根部微灌水器类型对土壤水分分布的影响。试验采用2种灌溉方式(地上滴灌和根部微灌)、2种灌水器(流量可调式灌水器和内镶贴片式滴灌带),测定各处理在3种灌水时长(5、15和30 min),在2种土壤(云南红壤土和黄沙土)时的土壤水分含量。结果表明:1)灌水器种类与土壤类型、灌水器种类与灌水时长对土壤水分有极显著的交互作用(P0.01),但三者之间没有显著交互作用(P0.05);2)流量可调式灌水器四周配有8个水平出水孔,其灌溉水在2种土壤中向四周渗出的水平宽度都较宽(25 cm左右),而内镶贴片式滴灌带只有1个向下单孔,灌溉水向四周渗出的水平宽度均较窄(16 cm左右);3)在红壤土中,根部微灌内镶贴片式滴灌带的高含水率区域更接近于作物根部区域,而地上滴灌的高含水率区域基本上集中在花盆土壤的上部区域;4)在红壤土中,基质势对灌溉水的运移起主要作用,而在黄沙土中重力势起主要作用;5)在红壤土中,灌水时间越短,土壤面积百分比为70%时对应的区域越集中在较窄的和较低的土壤含水率区段,且各区段是连续的,灌水30 min时,它所对应的土壤含水率区段最宽,土壤水分分布均匀性也最高;在黄沙土中,随着灌水时间的增加,土壤面积百分比为70%时所对应的土壤含水率区段范围大,且黄沙土所对应的分布区段大于红壤土,表明红壤土水分分布不均,而黄沙土水分分布较均匀。该文为提高根部微灌系统使用效率提供理论依据。     

适用于黄河水滴灌的灌水器筛选研究

传统的黄河水滴灌系统灌水器选择方法常以抗堵塞能力高低为标准,极易产生成本过高、资源浪费等问题。该研究提出了综合考虑使用年限需求、系统成本投入及碳足迹的滴灌带产品选择方法,并开展了黄河水原位加速测试试验。结果表明:黄河水滴灌条件下不同类型灌水器产品的生命周期、投入成本和碳足迹差异较大,以1 a使用期的毛管不冲洗处理组为例,内镶贴片式生命周期均值最高,内镶圆柱式、贴条式次之,单翼迷宫式最低,分别为309.8、170.3、158.1、135.9 h;成本与碳足迹为圆柱式最高,内镶贴片式、贴条式次之,单翼迷宫式最低,较前3者成本分别低52.7%～67.5%、17.1%～63.5%、28.7%～54.7%,产生的碳足迹分别低0～15.5%、10.6%～17.1%、8.9%～12.6%。并在此基础上建议河套灌区黄河水滴灌条件下1 a使用期的向日葵、3 a使用期的枸杞及5 a使用期的苜蓿分别选择流量为2.7 L/h的单翼迷宫式、1.4和2.8 L/h(配合毛管冲洗)的内镶贴片式灌水器。研究可为沿黄流域滴灌技术高质量发展和快速推广提供支撑。     

滴灌条件下水的硬度对滴头堵塞的影响

为探明滴灌条件下水的硬度对滴头堵塞的影响规律及堵塞机理,该文选取不同硬度水源和2种滴头(内镶圆柱式、内镶贴片式)进行滴灌试验,研究滴头的流量变化和堵塞规律,并用场发射扫描电镜技术观测了滴头内堵塞物的结构及成分。结果显示:硬水滴灌条件下,2种滴头的平均相对流量随着滴灌运行时间的增加呈均匀下降趋势,且水质越硬下降越明显;硬水滴灌会造成滴头堵塞,且水质越硬堵塞程度越严重。但同一硬度水源处理下,2种滴头的平均相对流量和堵塞程度基本一致。堵塞的滴头在毛管的前1/3段、中1/3段、后1/3段都有分布。堵塞物质分析显示,Ca CO3沉淀导致的化学堵塞是滴头堵塞的主要原因。研究结果为滴灌技术在灌溉水质较硬地区的推广使用提供参考。     

沼液滴灌系统灌水器堵塞模型构建及系统参数优化

在沼液滴灌工程实际生产应用中,为有效预防灌水器发生堵塞,提高沼液滴灌系统运行的可靠性,该文以实际沼气工程发酵剩余的沼液为试验样本,从满足作物生长需求、合理调控系统运行模式的角度出发,以沼液滴灌系统水肥配比、灌水压力、滴头流量为影响因素,以灌水器的平均相对流量和首次发生堵塞的时间为试验指标进行试验研究,建立了沼液滴灌系统灌水器堵塞预测模型。试验采用响应曲面法,利用Design-Expert8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素对沼液滴灌系统灌水器堵塞影响的数学模型,对所建立的数学模型进行了试验性验证。试验分析结果表明:水肥配比、灌水压力和滴头流量对沼液滴灌系统灌水器平均相对流量和首次发生堵塞时间的影响都是显著的,且影响主次顺序均为:滴头流量>水肥配比>灌水压力。在较大的水肥配比和滴头流量条件下,平均相对流量最大,首次发生堵塞时间最长;当灌水压力取适当的中间值时,灌水器抗堵塞性能较好。响应曲面法优化后获得的最佳综合堵塞模型指标为:水肥配比为3:1,灌水压力为0.14 MPa,滴头流量为12 L/h,在该条件下,平均相对流量为0.83,堵塞时间为55 h。经试验验证,实测值与模型理论值的平均相对误差小于4%,表明模型预测效果良好,能够较为准确地预测灌水器堵塞风险和首次发生堵塞的时间。     

微咸水加肥灌溉下陶瓷灌水器与迷宫流道灌水器的抗堵塞性能

为探求微孔陶瓷灌水器与迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下抗堵塞性能的差异及堵塞机理,本研究选择了微咸水(A1)、肥水(A2)、微咸水加肥(A3)3种不同水质,分析管间式微孔陶瓷灌水器和6种常用的迷宫流道灌水器在不同水质灌溉条件下的平均相对流量变化规律,并用X射线衍射仪测定堵塞物质组成成分,用场发射扫描电镜观测堵塞物质表面微观形貌及动态生长过程。结果表明：各灌水器的流量随着灌溉运行时间的推移均发生不同程度的下降,其中A1处理下陶瓷灌水器的流量下降最慢,表现出优于迷宫流道灌水器的抗堵塞性能,A2、A3处理下陶瓷灌水器的平均相对流量下降速度先慢后快,试验结束时平均相对流量降幅最大,抗堵塞性能较差;A1处理下堵塞物质的主要成分是CaCO3,A2、A3处理下堵塞物质的主要成分是(NH4)2SO4;A1处理下各灌水器堵塞物表面微观形貌的生长过程为晶体颗粒不断团聚,A2、A3处理下堵塞物的动态生长过程为絮状物不断黏合成板块状或膜状。陶瓷灌水器堵塞发生在内壁上,堵塞物未进入到灌水器内部微孔中,随着堵塞物质增多且变得紧密复杂逐渐覆盖了内壁上的孔隙导致堵塞;迷宫流道灌水器是由于堵塞物质在流道内沉积导致过水断面减小,从而造成堵塞。研究结果可为陶瓷灌水器的应用及改进提供参考。     

施肥对浑水灌溉滴头堵塞的加速作用

为探究水肥一体化灌溉过程中,施肥对滴头堵塞的影响,分别配置了4个施肥浓度(0,0.4,0.6和1.2 g/L),3种泥沙级配,进行浑水间歇灌水堵塞试验,并用场发射扫描电镜分析了堵塞物的结构与成分。结果表明:施肥对于迷宫滴头堵塞具有明显的加速作用,施肥浓度越大,加速堵塞效果越明显,当施肥1.2 g/L时,3种级配浑水的有效灌水次数比未施肥的对照处理分别下降了36.4%,77.8%和78.8%;当施肥0.4 g/L时,有效灌水次数分别下降9.1%、33.3%和14.3%,施肥浓度≤0.4 g/L时,加速滴头堵塞的效果较小。浑水中增加化肥增强了水体中泥沙颗粒间的絮凝作用,促进了稳定而致密团聚体的形成,这是施肥加速滴头堵塞的主要原因;施肥后堵塞物表面结构复杂程度增加,堆积体间隙减小,堵塞以完全堵塞为主。该试验结果为水肥一体化滴灌技术推广提供理论依据。     

不同类型灌水器在硬水滴灌条件下的堵塞特征

为确定硬水滴灌条件下影响灌水器堵塞的主要特征参数,研究6种灌水器在硬水滴灌条件下的平均相对流量和堵塞率的变化规律,通过有序回归方法分析影响灌水器堵塞的特征参数,灌水结束后解剖并观察灌水器内的堵塞情况。结果表明:硬水滴灌条件下6种灌水器的平均相对流量均发生了不同程度的下降,其中灌水器E1和E6因具有较大的过流截面尺寸而表现出了较好的抗堵塞性能;SPSS回归分析显示,显著影响灌水器的抗堵塞性能(P0.01)的特征参数为灌水器内过流截面宽W和深H中的最小者min(W,H),且灌水器发生堵塞所需要的时间与min(W,H)成正相关关系;解剖灌水器发现,堵塞主要发生在灌水器内具有min(W,H)的截面处。建议硬水滴灌时选择内部过流截面尺寸较大的灌水器,且灌水器内部应避免易引发固体颗粒沉积附着的截面形状和过流结构。     

再生水滴灌对滴头堵塞的影响

研究以再生水（二级处理出水）为灌溉水源时,3种滴头（单翼迷宫式滴头、内镶式滴头和压力补偿孔口式滴头）的流量、灌水均匀度和堵塞的变化过程及规律,并和自来水灌溉条件下的结果进行对比,分析了滴头堵塞的主要原因。研究结果显示：再生水灌溉条件下3种滴头的流量和灌水均匀度都要明显小于自来水条件下的结果,其中单翼迷宫式滴头的流量和灌水均匀度下降最大,而压力补偿孔口式滴头的变化最小。水质和滴头内沉淀物质的分析显示,化学沉淀（主要成分为CaCO3和MgCO3）是引起滴头堵塞的主要方式,滴头流量小、流道尺寸小和流态指数偏高也增加了滴头堵塞的风险。建议实际中利用再生水灌溉的滴灌系统,可选用压力补偿孔口式滴头。     

灌区灌溉渠系分形特征研究

灌溉渠系是一种分形体，渠系的某部分渠段在某种程度上包含了整个渠系的信息。该文将分形理论引入到灌溉渠系的研究中，对其分形特征和分维数进行了分析，并运用盒计数法计算了漳河灌区灌溉渠系的分形维数。在此基础上，论证了渠系分形维数与其灌水模数的相关性，为灌区渠系布置优化设计提供了一定的理论依据。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

灌区灌溉管理质量的综合评价指标研究

提出了用于评价灌区灌溉管理质量的8个指标，应用主成分分析原理建立了灌区灌溉管理质量评价的综合指标－综合主成分，并提出了综合主成分的评价标准，能较全面地反映灌区灌溉管理状况、较好地描述灌区灌溉管理水平，具有实用性和可操作性。     

灌区灌溉管理质量的综合评价指标研究

提出了用于评价灌区灌溉管理质量的8个指标,应用主成分分析原理建立了灌区灌溉管理质量评价的综合指标-综合主成分,并提出了综合主成分的评价标准,能较全面地反映灌区灌溉管理状况、较好地描述灌区灌溉管理水平,具有实用性和可操作性.     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

滴灌轮灌分组优化模型与算法

传统的轮灌组划分计算方式效率较低且难以获得较好方案。该研究首次采用智能算法来求解轮灌组划分问题,依据《微灌工程技术标准》及轮灌组划分原则,提出了基于流量均衡的数学模型及其约束条件。通过分析支管空间分布,确定了滴灌问题的邻域特征,在半径阈值范围内给出了最大限度查找关键路径的邻域搜索策略和不可行解修复算法,并采用传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、贪心遗传算法(Greedy-GA)、泰森多边形遗传算法(Voronoi-GA)和网格遗传算法(Grid-GA)算法分别求解模型,探索适应轮灌分组问题的初始化方法。对标准差、组内路程、连通性和运行时间4项指标对比分析,结果表明:Grid-GA算法表现优异,采用的邻域策略可有效避免支管分布过于分散,有利于日常管理与维护。取半径阈值280 m条件下,算法在300代左右达到收敛,最小标准差10.9 m3/h,组内路程8 105.2 m,连通性指标25,与一种冒泡+贪心的近似算法相比最小标准差小59.1%。该研究对提高滴灌工程设计效率和促进轮灌工作制度有效运行有着重要研究意义。     

大范围灌溉及不同灌溉水源对蒸发皿蒸发量的影响

基于山东省济宁市6个典型气象站20 cm蒸发皿逐月蒸发量、逐年降水量和气象站所在区域的灌溉面积发展资料,研究中国中纬度地区大面积人工灌溉对蒸发皿蒸发量的影响,以揭示人工灌溉发展与蒸发皿蒸发量减少之间的内在关系。分析结果表明：不同时段的蒸发皿蒸发量变化与灌溉面积发展呈现极显著的相关关系,且灌溉期相关程度高于全年和非灌溉期相关程度;地下水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅大于地表水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅。大面积、高强度的农田灌溉引起近地表面的气象因子变化是导致所在区域蒸发皿蒸发量减少的重要原因。     

河网区灌溉水利用系数的尺度转换

大尺度灌区灌溉水利用系数的测定条件难以保障,而小尺度灌区的灌溉水利用系数可以通过试验测定,如何通过小尺度灌区的灌溉水利用系数来预测大尺度灌区的灌溉水利用系数,就有必要对灌溉水利用系数的尺度转换问题进行研究。河网灌区的特点是没有统一的水源引水口,通常是由若干个小灌区合并成一个大灌区,是一个典型的自相似系统。论文以地处里下河水网地区的盐城市水稻灌区作为研究对象,于2012-2013年对9个县区不同规模的样点灌区进行了灌溉水利用系数的试验观测,利用分形理论研究了河网灌区的分形特征,运用盒维数法计算了盐城市河网灌区和不同尺度灌区的盒维数,其盒维数介于1.703~1.996之间,并随着面积尺度的增加而增大。基于灌溉水利用系数与灌区面积、盒维数的相关性,建立了河网灌区灌溉水利用系数尺度转换模型,并通过验证,表明该尺度转换模型能够较好地预测河网灌区灌溉水利用系数,同时也能够很好地实现灌溉水利用系数的尺度转换,为分析河网灌区灌溉水利用系数及其尺度效应提供了新途径。     

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域(张掖)春小麦调亏灌溉进行研究,设计了8个不同土壤水分亏缺处理,以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响.结果表明:在调亏灌溉条件下,不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120 cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小,小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致,且在播种～分蘖期和分蘖～拔节期最小,而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大;与未调亏的对照(全生育期充分供水,FFF)相比,干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率,而收获指数除2004年LLM(拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆～生理成熟中度亏缺)和MFL(拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺)调亏处理与未调亏的对照无显著差异外,其他调亏处理收获指数均比对照显著降低.小麦地上部生物量和供水效率分析表明,全生育期最优水分调亏模式为HFF(拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水)处理,即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理(65%～70%田间持水量)而拔节期重度水分调亏(45%～50%田间持水量),灌溉定额为440 mm左右(包括晚秋季储水灌100 mm).     

灌水定额对波涌灌溉土壤中硝态氮浓度的影响

为深入研究波涌灌灌水定额对地下水硝态氮运移的影响,通过肥液（硝酸钾溶液）室内入渗试验,模拟研究了地下水位埋深150 cm条件下,灌水定额对肥液间歇入渗地下水水质的影响规律。结果表明：不同灌水定额地下水中硝态氮浓度具有相似的变化规律,地下水位埋深越浅,地下水中硝态氮浓度的增加量越大,即浅层地下水易受硝态氮的污染;灌水结束时,进入地下水中的硝态氮量最大;在同一灌水定额条件下,地下水中硝态氮的浓度总体上随时间增加呈增大趋势;灌水定额越大,随下渗水分淋溶进入地下水中的硝态氮越多,对地下水造成的污染越严重。