水头压力对橡塑渗灌管渗水性能的影响（英）

对2种不同规格的橡塑渗灌管进行实验室渗水测试,考查水头压力对其渗水性能的影响。试验结果表明,在渗灌管初始渗水阶段,渗水速率迅速下降;在试验渗水压力范围内（0～70 kPa）,渗水速率与水头压力呈幂函数关系;2个试验样品的渗水速率变异系数在50～60 kPa区间的某一水头压力下分别达到最小值;结果表明,水头压力是影响渗灌管渗水速率和渗水均匀性的重要因素,管径较大的橡塑渗灌管渗水性能优于管径较小的渗灌管。     

橡塑渗灌管生产工艺及其渗水性能研究进展

橡塑渗灌管生产工艺是决定其渗水性能和应用效果的关键因素。该文对国内外橡塑渗灌管生产工艺和渗水性能的研究进展进行了分析和总结，指出进一步提高渗灌管渗水均匀性和抗堵塞性能是目前生产工艺改进的主要任务，渗水性能测试是优化渗灌管生产工艺和应用设计的重要步骤，制定严格的产品标准和测试方法是实现橡塑渗灌管规范化生产的关键。     

渗灌材料制备及导水性能分析

该文旨在确定渗灌渗水涂层成分的配比方案,制备出渗水性能良好的渗灌滴头。通过对所选用的蒙脱土MMT及聚丙烯酰胺PAM材料的结构和性能进行了分析和比较,设计制备工艺,制备渗灌滴头,在实验室内搭建了渗灌材料的实际渗水的试验平台;采用拉伸强度试验对渗灌导水涂层材料与纤维结合性能进行研究,用电子显微镜对不同配比的渗灌导水材料的形貌进行了观察并对其微观结构和组成进行了分析,在不同环境条件下对渗灌材料的渗水自调节性进行分析。结果表明:PAM/MMT悬浮液的配比为0.20 g/50 m L(1∶250)时导水材料的成膜性较,涂层成膜性较好,分布较均匀。对于以1∶250聚丙烯酰胺和蒙脱石制备的的渗水材料,温度一定时,随着环境土壤含水率的逐渐增加,渗水速率逐渐降低,土壤含水率一定时,随着环境温度的增加,渗水速率逐渐下降。该研究为渗灌材料制备提供参考。     

微孔管渗灌时土壤水分运动的有限元模拟及其应用

为了深入了解新型微孔渗灌管的灌水性能，提供推广应用渗灌的科学理论和技术依据，建立了含有第3类边界条件的二维微孔管渗灌土壤水分运动的数学模型，采用有限单元法进行了模拟。检验结果表明模型具有较高的精度。模型的仿真应用结果表明：供水水压力、土壤初始含水率、渗管的渗水速率等对渗灌效果都有明显影响。供水压力增大渗灌后土壤湿润范围内的平均含水率增大。初始含水率越高，湿润锋越不明显，总渗水量越小。随着渗管渗水速率的增大，渗管周围将出现饱和区，并存在渗水速率临界值，该值与土壤初始含水率有关。增加渗管的渗水速率可以提高渗灌的灌水效果。     

玉米秸秆复合渗灌管研制及渗水性能研究

秸秆地下灌溉是将作物秸秆与土壤混合挤压形成具有渗水能力的复合渗灌管进行田间灌水的一项技术,开发符合灌水要求的秸秆复合管材关系到秸秆地下灌溉的成败。利用自制的秸秆复合管成型机,以秸秆掺量、含水率、螺旋轴转速为参数,在室内进行了基于玉米秸秆的秸秆复合管性能3因素3水平正交试验,研究了秸秆复合管材的成型和渗水性能,分析了秸秆掺量、初始含水率、螺旋轴转速对秸秆复合管材的容重、渗水速率和渗水均匀系数等的影响。结果表明:1)秸秆复合管材的容重在1.278～1.355g/cm~3之间,影响其容重的主要因素是秸秆掺量,随着秸秆掺量的增加,复合管材的容重减小;秸秆掺量为5%,初始含水率为22%,螺旋轴转速为62 r/min时,有利于秸秆复合管成型;2)在0.25 m压力水头自由出流条件下,1 h的秸秆复合管材渗水速率在0.76～1.40 L/(m·h)之间,与常用的微灌灌水器流量相当。秸秆掺量为9%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材渗水速率最大;3)低压自由出流条件下,秸秆复合管材透水均匀系数在0.13～0.35之间,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50 r/min时,透水均匀系数最大,仍不能满足灌溉要求;4)综合考虑秸秆复合管材容重、渗水速率及渗水均匀度等因素,秸秆掺量为5%,初始含水率为24%,螺旋轴转速为50r/min时,秸秆复合管材综合性能指标最优。上述结论对秸秆复合管材的研究和开发具有一定的参考价值,有利于推动秸秆资源化利用和田间节水技术的发展。     

亚表层渗灌防堵节水系统研究

针对目前国内外渗灌系统普遍存在渗孔易于堵塞、毛管间距大时灌水极不均匀、在地面坡度较大的田块不宜采用等问题进行了研究，研制出新型的亚表层节水防堵系统。采用特殊工艺研制的过滤器和渗头具有良好的防堵性能、渗水均匀性能和显著的节水效果。该系统具有对水源压力要求低、水分利用率提高和操作简便易行等优点。     

亚表层渗灌防堵节水系统研究

针对目前国内外渗灌系统普遍存在渗孔易于堵塞、毛管间距大时灌水极不均匀、在地面坡度较大的田块不宜采用等问题进行了研究,研制出新型的亚表层节水防堵系统。采用特殊工艺研制的过滤器和渗头具有良好的防堵性能、渗水均匀性能和显著的节水效果。该系统具有对水源压力要求低、水分利用率提高和操作简便易行等优点。     

入渗水水质对土壤导水特性影响的试验研究

为探究不同入渗水水质对土壤导水特性的影响,采用圆盘负压入渗法进行试验研究,选取两种水质(蒸馏水和自来水)对黄壤和红壤进行4个压力水头(0,-3,-6,-9cm)下的圆盘入渗试验。结果表明,随着入渗水电导率的增大,土壤入渗率、吸渗率及导水率均随之增大,且红壤在不同电导率的入渗水作用下土壤吸渗率的变化差异显著(P0.05)。在低水头压力下,两种水质入渗条件下测得的土壤导水率差异显著(P0.05);在高水头压力下,两种水质入渗下测得土壤导水率差异不显著,表明入渗水水质对土壤导水率的影响主要发生在低压力水头下即在细孔隙下的导水特性上。两种土壤的大孔隙与中等孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而增大,而小孔隙对水流贡献率随入渗水电导率的增大而减小,入渗水水质对红壤土不同级别孔隙水流贡献率的影响显著(P0.05)。研究分析相关参数的变化有利于探讨野外试验时入渗水水质对试验结果的影响,对于正确认识农田水文过程、开发利用劣质水资源、提高农业灌溉灌水质量和灌水效率等具有重要意义。     

助剂对聚乙烯醇缩甲醛机械性能及负压渗水性能的影响

为了提高新型负压渗水材料聚乙烯醇缩甲醛(polyvinyl formal,PVFM)的机械性能,该试验在先前制备聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料的基础上添加Si O2粉末、高岭土、硅油、硅油+Si O2粉末、硅油+高岭土5种助剂,运用机械发泡法制得5种聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料管,与不添加助剂的聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料管(CK)比较,检测了其基本物理性能、机械性能、负压渗水性能、孔隙结构等指标。结果表明,除Si O2粉末外,其余4种助剂均能改善PVFM的外观质量,使之表面光滑细腻;这5种助剂会降低PVFM负压渗水材料的吸水倍率,提高表观密度、真密度、孔隙率,其中加入高岭土能够在保证较高吸水倍率的同时显著(P0.05)增大孔隙率;硅油+Si O2粉末、硅油+高岭土2种混合助剂能够显著(P0.05)提高PVFM负压渗水材料的机械性能,其中硅油+Si O2粉末对其硬度的提高幅度高达62.5%,对拉伸强度的增幅高达51.9%,硅油+高岭土对其断裂伸长率的增幅高达33.5%;加入助剂能显著(P0.05)提高PVFM的发泡点值,硅油+高岭土使增幅达70.7%;但几种助剂的加入并未提高PVFM的累积入渗量及渗水速率,仅在较低负压(?10 k Pa)下加入Si O2粉末能使PVFM的累积入渗量增加;5种助剂的加入均能使PVFM孔隙结构变得更加均匀致密,其中加入硅油+高岭土后孔隙最为均匀细小,气泡极少。总体而言,混合助剂的两个处理均能提高PVFM的外观质量、发泡点值和机械性能,其提高幅度不同程度地高于单一助剂,而Si O2粉末可以较好地提高?10 k Pa下PVFM的累积入渗量和渗水速率,此研究为高分子型负压渗水材料的改良提供方向。     

晋南半干旱地区果树渗灌补水效应研究

为了提高旱地果园水分利用效率，研究了渗灌和渗水管道埋深对旱地土壤含水率和苹果树生长发育的影响。在需水关键期渗水300 m³/hm²，垂直下渗深度为130 cm，水平渗幅可达160 cm，其中20～80 cm土层含水率比对照高6.0～7.3个百分点。渗水管道埋深不同，水分在土壤中的分配模式不同，在30～40 cm较合适。渗灌能明显促进果树生长发育，提高苹果产量和果品品质，而且比漫灌省水。渗灌比未渗对照增产45.7%～99.1%，漫灌比对照增产26.6%～101.6%。渗灌效应优于漫灌。     

地下渗灌土壤水分运动数值模拟

为了寻找一种准确实用的土壤水分运动模拟方法用于指导田间渗灌,该文对一种橡塑渗灌管田间渗灌过程进行监测,并采用Green-Ampt积水入渗模型和一维水平吸渗模型Philip解法分别对渗灌过程中土壤水分在垂直和水平方向的运动进行模拟,通过与田间实测值对比,检验模型的适用性。结果表明,应用Green-Ampt积水入渗模型模拟田间渗灌过程垂直方向土壤水分运动具有较好的准确性,一维水平吸渗模型Philip解法在水平方向的模拟则存在一定偏差。     

微纳米曝气滴灌系统中气泡传输特性及其影响因素分析

微纳米曝气滴灌系统的水、气和溶解氧传输特性不明，限制了其在农业领域的应用。该研究旨在探索微纳米气泡在滴灌管内的传输特性，为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。设计0.06～0.22 MPa之间的5个滴灌系统工作压力，0.60、1.50、2.40 L/min 3个进气速率，并以不曝气为对照，通过测量滴灌管首部、中部、末端滴头的水、气出流量及水中溶解氧浓度，分析三者沿滴灌管的传输特性和均匀性，以及进气速率和工作压力对其的影响规律。结果表明：1）微纳米曝气时所有处理的滴头平均出水流量达到额定流量的98.5%及以上，出水均匀度达到96%及以上，且两指标在所有曝气和不曝气处理之间的差异均未达到显著性水平（P<0.05）。2）在适中的工作压力范围内（0.10～0.18 MPa），曝气滴灌系统平均出气流量和均匀度分别在0.13～0.23 L/h、85.50%～92.41%之间，两指标分别随进气速率的提高而提高和降低；而过高或过低的工作压力（0.22 、0.06 MPa）会导致个别滴头出气流量异常高，最终提高滴灌系统平均出气流量的同时却大大降低了出气均匀度。3）微纳米曝气滴灌系统的溶解氧浓度较不曝气有明显提高，且所有处理的溶解氧均匀度均达到95%以上；溶解氧浓度沿管道传输方向呈增大趋势，随进气速率的提高呈单峰变化；在1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力时，滴灌系统溶解氧平均值达到最高14.45 mg/L。综合考虑水、气和溶解氧传输效果，微纳米曝气滴灌最佳运行参数为1.5 L/min进气速率组合0.14 MPa工作压力，根据出气均匀度大于85%和溶解氧均值大于12 mg/L确定适宜的工作压力范围为0.10～0.18 MPa，进气速率范围1.5～2.4 L/min。该研究可为微纳米曝气滴灌系统科学运行提供理论依据。     

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。     

基于弹道理论坡地喷灌水量分布模拟及均匀度计算

为解决坡地喷灌水量分布实测困难的问题,该文基于弹道轨迹方程,考虑水滴运动蒸发,通过三维坐标系降维转化,计算坡地喷灌水滴空间运动轨迹,以平地实测水量分布为基础,根据水量平衡原理,建立坡地喷灌水量分布计算模型。结果表明,实测与模拟的水量分布、射程的相对误差小于9%和5.04%,说明建立的模型能够准确反映坡地喷灌水量分布规律,具有一定的可靠性,可应用于坡地喷灌系统设计。以雨鸟LF1200喷头为研究对象,应用模型重点分析地形坡度、喷头布置方式、间距和工作压力等因素对喷灌均匀度的影响,结果表明,在95%的置信度下,地形坡度、喷头工作压力、布置方式和间距对喷灌均匀度的影响均呈显著水平,其中喷头工作压力影响最大,布置方式和喷头间距影响次之,地形坡度影响最小,且在一定坡度范围内,地形坡度对喷灌均匀度的影响远小于工作压力、喷头布置方式和间距。在坡地喷灌系统设计时,如果选用雨鸟LF1200喷头,须保证喷头在正常工作压力下运行,不宜低压作业,应优先考虑方形布置,在兼顾系统成本和喷灌质量时,建议喷头间距宜为其平地射程的0.8倍,且喷头不宜在15°以上的坡地作业。研究可为坡地喷灌系统规划设计提供参考。     

New method for the estimation of nitrous oxide emission rates from an agricultural watershed

Abstract

We developed a new and improved method, the ‘high-emission-incorporation (HEI) method’, for estimating soil nitrous oxide (N₂O) emission rates at a watershed level based on nitrogen (N) input (consisting of fertilizer, manure, slurry and excreta N) and N surplus (calculated by subtracting the amount of crop yield and consumed N from the N input) of different sites in a livestock farm located in a watershed. The main characteristic of this method is the inclusion of extremely high N₂O emission rates, ‘outlier’, which are normally excluded from estimation. High N₂O emission rates were estimated using the regression model obtained from the measured N₂O values and the amounts of N surplus; normal N₂O emission rates were estimated using the regression model obtained from the measured values and the amount of N input. The probability of occurrence of a high flux was used to incorporate calculated high and normal N₂O emissions into one. The annual N₂O emission rate from the livestock farm in the watershed (467?ha), estimated using the HEI method, was 1156?±?147?kg?N?year^?1 over a 5-year period. The annual N₂O emission rates calculated using the site-specific emission factor (EF?=?0.0789) and the emission factor of the Intergovernmental Panel on Climate Change (EF?=?0.01) were 1838?±?585?kg?N?year^?1 and 673 (522–1103) kg?N?year^?1, respectively. The estimated value using the measure-and-multiply method, in which each land-use area is multiplied by the representative emission rate for each land-use type, was 964 (509–1610) kg?N?year^?1. The N₂O emission rates estimated by our newly developed method were consistent with the values calculated by the measure-and-multiply method and offered improvement over this measure because the new measure can also predict future N₂O emission rates from the watershed.     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

地下灌排兼用系统中田间土基透水管的机理分析及其现场成型机研制

通过对现有地下灌溉系统的分析，论述了田间地下土基透水管灌溉、排水兼用的可行性及机理分析。在对国内外暗管施工机进行分类归纳的基础上，研制出土基透水管现场成型机，可现场一次完成土基管的成型、固壁、防渗、镶嵌渗水条等工序，初步对样机进行了田间试验，验证其结构合理性、经济性、并对土壤的破坏成型机理进行了分析