明渠引洪淤灌的技术措施及效益

我国劳动人民用洪用沙历史悠久，但多是利用地形，采取简易形式，短距离输引达到目的。以往，由于对浑水输送理论缺乏研究，多数灌区甚至灌地几十万亩、百万余亩的大型灌区，都是按输送清水的理论规划设计渠道。为了防止泥沙淤渠，陕西省规定河源来水含沙量超过15%(重量比，每立米浑水含沙量166公斤)，即关闸停引。     

蒋家沟泥石流入汇时小江悬移质输沙特征分析

以2009年8月4日蒋家沟的一场泥石流入汇小江后泥沙观测资料为基础,分析了蒋家沟泥石流入汇小江后的泥沙输移特征。泥石流为小江直接提供了大量的悬移质泥沙,导致入汇时小江输移的泥沙量剧增,输沙率达到了平时的5倍以上;部分堆积于入汇口的泥石流固体物质也在泥石流结束后受小江水流冲刷再次起动,使小江悬移质输沙率在泥石流结束后呈平稳下降,与蒋家沟呈幂曲线下降形成明显的区别。由于泥石流输入的泥沙中细颗粒更容易被小江水流输移,因此尽管入汇的泥石流泥沙中粗颗粒含量较高,但在小江泥沙中含量增加的却是较细的粉沙、黏土颗粒,小江悬移质的中值粒径与含沙量、输沙率和流量的关系曲线都呈上凸形。     

引黄畦灌田间水沙分布规律

为探究引黄地面灌溉条件下水沙在田间的分布规律,该文于尊村引黄灌区开展田间试验,研究灌溉水流推进过程,灌溉水含沙量沿畦长方向的变化及灌水后泥沙在田面的沉积状况。结果表明,引黄灌溉水在沿畦长方向推进的过程中,随着水分下渗和水力损失,其流量减小,挟沙能力沿畦长方向逐渐减弱;挟沙水流中的较大粒径颗粒逐渐沉积,水流中携带泥沙的中值粒径逐渐减小;灌水结束后,田面沉积泥沙粉粒质量分数占70%左右,田面沉积泥沙质量沿畦长方向逐渐减小,在畦尾有增大趋势,且畦田首端和畦田尾端的沉积泥沙粒径大小及其颗粒组成却相差不大。研究结果为开发和利用畦灌蓄沙、放淤改土等黄河水沙利用技术提供一定的科学依据和理论支持。     

云南省东川蒋家沟泥石流对小江悬移质输移的影响

以2009年8月4日云南省东川蒋家沟暴发的一场泥石流汇入小江的过程为例,观测分析了泥石流汇入后小江泥沙悬移质输移特征变化。通过与2009年雨季测量的小江相关观测数据比较,发现泥石流汇入前、后,小江的悬移质含沙量由4.00kg/m3增大到25.78kg/m3。采用粒度特征分析的图解法分析了蒋家沟泥石流浆体、小江桥处小江悬移质泥沙和新田坝处小江悬移质泥沙的粒度特征参数,及泥石流汇入小江后的变化和粒度特征参数之间的关系。发现结果表明,新田坝处的小江悬移质泥沙大部分来自于泥石流,造成了粒度平均值变小（最大值由7.460μm减小到7.097μm）,但分选性有所提高,属于中等分选性。借助这些关系可以明显区分出挟沙水流和泥石流的浆体。     

2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及其动力机制

[目的]河道演变是水流、泥沙与河床边界相互作用的结果,对水利工程的安全、洪涝灾害的防控有显著的影响。黄河中游府谷—龙门段位于晋陕峡谷地带,以黄土高原沟壑侵蚀地貌为主,流经的黄土高原地区是黄河泥沙的主要来源,因此研究该河段的河道冲淤特征及影响因素对控制黄河中游水土流失有重要意义。[方法]基于府谷、吴堡、龙门3个典型水文站径流泥沙及河道断面数据,分析了2007—2017年府谷—龙门段河道冲淤特征及相关影响因素。[结果](1)近11年来府谷—龙门段河道整体表现为冲刷,其中府谷—吴堡段表现为河道冲刷量逐渐减小,吴堡—龙门段表现为河道冲刷逐年加剧。(2)府谷—吴堡段呈水减沙增的趋势,吴堡—龙门段整体表现为水多沙少,两河段河道冲淤量与水流含沙量变化同步。(3)府谷—吴堡段悬移质泥沙中值粒径呈增加趋势,河道冲刷变缓;吴堡—龙门段悬移质泥沙中值粒径呈减小趋势,加剧河道侵蚀。(4)府谷站入黄泥沙量增加,河道侵蚀力降低,河道冲刷变缓;吴堡站入黄泥沙量减少,河道侵蚀力增强,河道处于冲刷的状态。[结论]径流泥沙的变化在很大程度上影响了府谷—龙门段河道冲淤。在生态环境有所改善的背景下,研究该河段河道冲淤特征及动...     

含沙水流在植被斑块中的输沙规律及阻力机制试验

为深入探究自然状态下含植被水沙运动过程及植被阻水拦沙机理,利用室内开闸式平坡水槽试验研究了泥沙粒径级配、植被冠层形态特征、植被密度对含沙水流输沙规律及阻力机制的影响。提出植物叶片长宽比作为衡量单株植物的冠层形态特征指标,用无量纲沉积通量和不同尺度下的无量纲冠层阻力划分含沙水流运动状态,掲示冠层形态特征及泥沙粒径级配对含沙水流运动过程的影响。研究结果表明,含沙水流中泥沙沉积通量受植物冠层形态和粗粒径悬移质（10～100 μm的弱黏性颗粒）含量影响,且植被冠层形态及泥沙粒径级配与无量纲沉积通量之间在阻力主导阶段存在强烈的反馈机制。植被冠层形态较大或粗粒径悬移质含量高的含沙水流中,沿水流运动方向床沙细化趋势更显著。相较于受叶片长宽比影响的冠层形态特征及植被密度,悬移质泥沙粒径级配因素对植被阻水拦沙效果的影响程度较为微弱。研究成果可为流域侵蚀输沙过程和河流水沙资源管理提供一定的科学依据。     

西安市不同灌溉类型农田土壤重金属污染状况研究

以西安市不同灌溉类型的农田土壤为对象,研究重金属污染现状及其与灌溉类型的关系.结果表明,不同灌溉条件下的农田土壤重金属含量差异较大,沣惠渠灌区土壤重金属Cu,Zn,Cd,Pb平均含量最高,邓家村污水灌区次之,皂河水灌区、井灌区更次之,泾惠渠灌区土壤中的含量最低.Ni,Cr元素含量则以邓家村污水灌区最高,沣惠渠灌区、皂河水灌区、井灌区、泾惠渠灌区依次降低.从污染指数来看,沣惠渠灌区＞邓家村污水灌区＞井灌区＞皂河水灌区＞泾惠渠灌区.沣惠渠、邓家村、皂河灌区重金属主要来源于污水;井灌区重金属主要来源于霸桥热电厂和渭河电厂以及农家肥的施用等;而泾惠渠灌区各重金属受成土母质和成土因素的影响较大.     

坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明：(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。     

流域侵蚀产沙模拟与泥沙冲淤变化研究

针对流域侵蚀泥沙计算问题,开展了基于流域泥沙库的流域侵蚀产沙模拟及泥沙冲淤变化研究。计算中考虑了河道塘库淤积作用的影响,分析了影响流域侵蚀和泥沙输移的主要因子,结合通用土壤流失方程并考虑流域泥沙输移,构建了流域侵蚀产沙模型。模型通过魏城河流域模拟验证取得了良好的效果。     

置换法在水土保持泥沙自动监测研究中的应用

依据《河流悬移质泥沙测验规范》(GB/T 50159—2015),采用置换法测沙原理,研究制作自动测沙模型,获取浑水质量、水样温度等试验参数,结合预先测定的置换系数、清水质量等相关参数,代入程序设定计算公式测算含沙量,并分析模型设备测沙精度。结果表明:通过在自动测沙模型出水口取样烘干对比,模型测验精度达到了90%以上,且在一定范围内,水样含沙量越大测验精度越高。置换法原理可以应用于水土保持泥沙自动监测,严格按照规范要求设计操作即可达到较高的观测精度,并且可以进一步开发延伸,实现监测信息化、数字化。     

浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别，为揭示浑水含沙率对一维垂直入渗特性及致密层形成特性的影响，通过室内一维垂直入渗试验，以清水入渗为对照，设置了4个浑水含沙率水平(3%、6%、9%、12%)，研究了浑水含沙率对一维垂直入渗能力、湿润锋运移距离、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等的影响，分别提出了以浑水含沙率和入渗历时为自变量的累积入渗量模型和湿润锋运移距离模型，建立了不同含沙率的浑水一维垂直入渗落淤层厚度与入渗历时之间的关系。结果表明：浑水累积入渗量、入渗率和湿润锋运移距离均随含沙率的增加而减小，而落淤层厚度随浑水含沙率的增加而增大；入渗初期(0～20 min)的落淤层厚度较小，入渗中期(20～130 min)的落淤层厚度增加较快，而其厚度增加速率逐渐变小，入渗后期的落淤层厚度稳定增加；随着浑水含沙率的增大，滞留现象越明显，落淤层细颗粒相对含量越少，粗颗粒相对含量越多；滞留层细颗粒相对含量随着含沙率的增加而增多，其物理性黏粒含量显著高于原土壤，特别是在入渗深度为0～1 cm处。     

细小泥沙粒径对迷宫流道灌水器堵塞的影响

为探明细小泥沙粒径对迷宫流道灌水器抗堵塞性能的影响,该文以内镶片式斜齿形迷宫流道灌水器为研究对象,应用类短周期堵塞测验方法对8种粒径小于0.1 mm的泥沙颗粒进行浑水测试。在此基础上,分析了泥沙粒径和含沙量对灌水器堵塞的影响,探讨引起灌水器发生堵塞时的敏感粒径范围与含沙量水平。试验结果表明:对于粒径小于0.1 mm的细小颗粒,含沙量是引起灌水器堵塞的主要原因,当浑水含沙量水平大于1.25 g/L时,影响尤其显著,呈正相关关系;粒径对堵塞的影响并不是单调的递增或递减,堵塞发生的敏感粒径范围在0.03～0.04 mm之间。试验结果有助于进一步提高含沙水源滴灌的应用水平。     

含沙率对层状土浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为探究不同浑水含沙率对层状土入渗特性的影响,通过室内膜孔灌自由入渗试验,研究了以夹砂层位置为5~10cm的层状土条件下清水和不同含沙率的浑水(2%,5%,7%,9%)入渗的累积入渗量、湿润锋运移规律以及湿润体内土壤含水量分布情况,分别建立了层状土不同含沙率浑水膜孔灌入渗量、湿润锋运移距离与入渗时间之间的关系;提出了基于清水入渗的不同浑水含沙率单位膜孔面积累积入渗量模型。结果表明:不同浑水含沙率累积入渗量变化趋势一致,但含沙率越大,累积入渗量越小,浑水减渗作用越明显,对应入渗系数越小,入渗指数越大;湿润锋运移距离随含沙率的增大而减小,当水分入渗到壤—砂交界面时,湿润锋在垂向上出现明显停滞,仅在水平方向上随入渗时间不断推进;供水结束后不同浑水含沙率下土壤湿润体内水分主要集中砂层以上,土壤含水量随浑水含沙率的增大而减小。研究结果可为进一步研究层状土浑水膜孔灌灌溉技术提供理论参考。     

Suspended load and bed load in irrigation furrows

The circulation of water in irrigation furrows is a well-understood physical process. However, theoretical understanding of sediment dynamics is less well established. This study assesses an approach to determine the sediment load in irrigation furrows, involving the use of a suction device for sampling water with suspended sediments at various depths, and a trap for sampling water with sediments moving next to the furrow bed. In addition, an acoustic velocimeter is used to acquire flow velocity profiles, which allow sediment loads to be calculated when combined with the sediment concentration measurements. Use of these devices in irrigation furrows showed that the total sediment load decreases with successive irrigations, and increases as it moves downstream, while the bed load decreases. The bed load represents a small fraction of the total load.Sediment load can be determined with sufficient accuracy for research purposes using simultaneous measurements of the signal-to-noise-ratio of an acoustic velocimeter and the flow velocity. Estimation of the load from point measurements at half the flow depth slightly underestimates the integrated load.     

浑水含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响

为研究浑水膜孔灌条件下含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内膜孔入渗试验,设5个含沙率水平(0、3%、6%、9%、12%),观测累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分以及NO-3-N和NH4+-N运移变化特性。结果表明:浑水含沙率越大,湿润锋运移距离越小,相同入渗历时内湿润体体积和高含水率区域越小,湿润体内同一位置处土壤含水率越小。单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间符合Kostiakov模型(R2>0.9,P<0.01);随着浑水含沙率的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数基本不变。垂直湿润锋运移距离和减渗率均与入渗时间呈极显著的幂函数关系,含沙率对减渗率的影响主要是通过对减渗系数的影响来实现。湿润体土壤NO-3-N和NH4+-N含量随着浑水含沙率的增大而减小,且在膜孔中心附近区域其含量均较高。土壤NO-3-N主要集中分布在湿润半径10 cm范围内,湿润体水平方向及膜孔垂向土壤NO-3-N含量均随着距膜孔中心距离的增加而降低;而土壤NH4+-N主要集中分布在湿润半径5 cm范围内,湿润半径5~10 cm范围内的土壤NH4+-N含量随着土壤深度的增加而降低。研究结果可为进一步深入研究浑水膜孔灌肥液入渗提供理论依据。     

不同结构滴灌双向流道灌水器抗堵性能对比试验

该文开展滴灌双向流道抗堵性能研究,以提高灌水器对含沙率较高的地表水源的适应性。试验浑水含沙率为30 g/L,经20次浑水试验,设置3种结构参数不同的双向流道灌水器(1#,2#,3#),并对比迷宫式流道灌水器的水力性能和抗堵性能。结果表明:1#、2#、3#双向流道浑水流量分别为清水流量的77.44%,83.35%,85.43%,而迷宫式流道在12次试验后完全堵塞。双向流道灌水器与迷宫式流道灌水器的水力性能及抗堵性能差异显著,且双向流道的水力性能及抗堵性能均优于迷宫式流道;双向流道水力性能越好,抗堵性能越差;流道形式及结构参数是影响灌水器水力性能及抗堵性能的重要因素。试验结束后,观测流道泥沙沉积情况,发现泥沙沉积程度由前段(进口)到后段(出口)逐渐减少;采用电子显微镜分别获取流道前段、中段和后段沉积泥沙样品扫描图像,利用Image Pro Plus 6.0软件分析沉积泥沙样品的粒径组成,发现沿流道方向,粒径(29)0.03 mm的泥沙颗粒质量分数逐渐减小,粒径(27)0.005 mm的泥沙颗粒质量分数呈先减小后增加的趋势;流道沉积泥沙中粒径(27)0.03 mm的颗粒质量分数占92.23%~97.89%,此粒径范围的泥沙颗粒更易在双向流道内沉积,引起堵塞。     

泥沙粒径与含沙量对迷宫流道滴头堵塞的影响

为探明泥沙粒径与含沙量对内镶片式斜齿形迷宫流道滴头的堵塞过程和原因,采用筛分法,分选出6个小于0.1 mm的粒径段,配制成不同含沙量的浑水,在恒压条件下,采用周期性间歇灌水试验观测流量变化,通过电镜扫描法观测堵塞泥沙结构。试验结果表明:粒径为0.075≤D0.1 mm和0.03≤D0.038 mm的泥沙易引起滴头堵塞;粒径为0.038≤D0.05和D0.02 mm的泥沙较难引起堵塞,且含沙量变化对堵塞的影响较小;粒径0.02≤D0.03 mm和0.05≤D0.075 mm的堵塞情况介于上述两者之间。当含沙量为1.2~1.3 g/L时,是最易引起堵塞的临界含沙量。当0.038≤D0.1 mm时,泥沙在流道内不易形成团聚体,造成滴头堵塞的原因是泥沙沉降、堆积;当D0.038 mm时,泥沙易在流道中凝结成大的团聚体,是造成滴头堵塞的主要原因。     

减缓滴头堵塞风险的毛管首次冲洗时间及周期的确定

为探究引黄滴灌区水肥一体化灌溉过程中毛管冲洗周期对滴头堵塞风险的影响,该研究分别对浑水和浑水+尿素滴灌后不同毛管冲洗周期(3、5、7、10 d)对滴灌滴头堵塞的控制效果进行了研究。结果表明:毛管冲洗周期对滴头相对流量有极显著影响,在浑水滴灌条件下,毛管冲洗处理的相对流量比未冲洗的对照处理高14.29%～47.77%(P0.05),在浑水+尿素滴灌条件下,毛管冲洗处理的相对流量比未冲洗的对照处理高12.89%～126.67%(P0.05)。按照毛管冲洗对滴头流量的保持能力可将滴灌系统运行为3个阶段:冲洗钝感期、冲洗敏感期和冲洗无效期,首次冲洗应在冲洗钝感期结束前进行。宁夏中卫段黄河水浑水滴灌和浑水+尿素滴灌后的首次冲洗应该分别在第2灌水和第9次灌水后进行,适宜的毛管冲洗周期分别为5和7 d。研究结果可为宁夏中卫段黄河水滴灌区采取适宜的抗堵塞措施提供参考。     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞留量与滞留深度之间的关系。结果表明:浑水泥沙对土壤水分入渗的影响较大,在入渗结束时浑水较清水的累积入渗量减幅达27.83%;土壤含水率从膜孔中心到湿润锋面逐渐减小,其减小的速率逐渐增大,湿润体半径方向的土壤含水率分布服从椭圆曲线分布。落淤层土壤细颗粒相对含量较浑水泥沙少,其物理性黏粒含量显著低于浑水泥沙。从土壤表面到6 cm入渗土层深度为浑水膜孔灌入渗滞留层,滞留层土壤细颗粒含量较原土壤增多,随着入渗土层深度的增大,土壤颗粒组成与原土壤差异逐渐减少,泥沙细颗粒滞留量随着滞留层深度的增大而减小。     

肥料类型及浓度对水肥一体化浑水滴灌滴头输沙能力的影响

为研究浑水水肥一体化灌溉过程中,不同肥料对滴头输沙能力的影响,合理配置滴灌系统首部的过滤设备和设施,降低过滤设施的成本,提高滴灌系统工作效率,选取了常用的3种肥料(尿素、硫酸钾和水溶性复合肥)及其3种肥料质量分数(1%、2%和3%),在含沙量为1 g/L的浑水条件下进行间歇灌水堵塞试验,分析了滴头累积泥沙输出量、出流含沙量和泥沙输出率。结果表明:浑水施肥可以增强滴头的输沙能力,肥料类型和浓度不同,对滴头输沙能力的影响也不同。滴头输沙能力随着尿素浓度的增大而增大,当尿素质量分数为3%时,滴头输沙能力比未施肥处理增加了11%(P0.05)。滴头输沙能力随硫酸钾和复合肥浓度的增大而减小,当硫酸钾质量分数为1%时,滴头输沙能力大于未施肥处理,增大了25%;当复合肥质量分数2%时,滴头输沙能力小于未施肥处理。标准化的累积泥沙输出量与标准化的累积灌水量的拟合直线斜率也可作为滴头输沙能力的判断依据,肥料质量浓度是影响滴头输沙能力的重要因素,应根据不同的肥料类型,确定适宜的施肥浓度。研究结果对确定滴头防堵塞策略提供一定的参考。