关中地区畦田改造对灌水质量的影响

针对田间资料较难明确其改造方案是否合理的问题,文中利用Win SRFR模型对试验结果进行预测,并与实测结果进行对比,明确Win SRFR模型在研究区域的适用性;进而采用单一变量法原则,运用Win SRFR模型设定不同畦长、不同畦宽的畦田规格,模拟不同畦田规格对水流推进和消退运动、土壤含水量分布情况以及灌水效率、灌水均匀度的影响.研究结果表明:在研究区域内,畦宽一定,畦长递增时,水流推进过程时间不变,消退过程时间增大,距离畦首相同位置处土壤水分累积入渗量增大,影响明显.畦长一定,畦宽递增时,单宽流量变小,水流推进过程时间增长,消退过程时间变短;距离畦首相同位置处水分累积入渗量先有减小趋势,在总畦长约3/4处后有明显增大趋势.当畦长在60~80 m,畦宽为5~7 m时可获得最优的灌水质量指标参数,所确定的灌水流量为40 L/s,畦田最佳单宽流量值为5.7~8.0 L/(m·s).结果可为灌区制定合理的灌溉,提高水资源利用效率提供科学依据.     

关中西部畦灌优化灌水技术要素组合的初步研究

在杨凌区砂壤土、中壤土的冬小麦和果树地,进行了畦田规格和灌水技术要素对水流推进和消退过程、灌水效率与灌水均匀度影响的田间试验,利用地面灌溉水流运动数学模型对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了模拟和分析。结果表明,零惯量模型可以很好的模拟畦灌灌水过程中水流运动规律;畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响,对所研究的砂壤土冬小麦地在1‰、3‰田面坡度条件下,单宽流量以7L/(s·m)为宜,最大畦长应分别以40m、90m;对中壤土果树地1‰、3‰、5‰坡度条件下的畦长和单宽流量组合为分别以50m和6.0L/(s·m)、90m和6.0L/(s·m)、90m和5.0L/(s·m)左右为宜。同时为达到较高的灌水效率和灌水均匀度,畦田坡度不宜过大。     

引黄灌区畦田灌水技术试验研究

在华北引黄灌区内,大田作物的主要灌溉方式依然是畦灌。由于畦田规格过长过宽,导致灌溉水浪费严重,灌水效率低下。在平原县张庄管道灌溉示范区进行畦田灌溉试验,研究了黄河下游引黄灌区不同灌水技术参数组合对灌水质量的影响。利用地面灌溉水流运动的计算机模拟软件WinSRFR4.1,对不同规格畦田的灌水过程进行模拟,得出畦田灌溉的田间灌水效率和灌水均匀度,研究不同灌水技术参数组合对灌水质量的影响。综合考虑管道灌溉出水口规格与当地耕作农具尺寸等因素,模拟了多种畦长、畦宽、坡度和单宽流量下灌溉方案的灌水效果,结果表明,畦宽1.5m,畦长50~60m,坡度为0.3%畦田灌溉技术改进方案的灌水效率和灌水均匀度均提高到80%以上,灌水性能较优,建议在黄河下游引黄灌区内推广使用。     

畦田水流特性及灌水质量的分析

在陕西杨凌区的冬小麦及果树地进行了畦田规格和灌水技术要素对水流推进和消退过程、灌水效率及灌水均匀系数影响的田间试验，结果表明，文中给出的地面灌溉模型可较好地模拟畦田水流运动。根据灌水前、后土壤体积含水量计算了入渗水深均匀系数。结果表明，入渗水深均匀系数随畦宽的变化趋势与灌水效率相同，但可以达到0.75以上。对地面灌溉来说，高均匀系数并不一定意味着高灌水效率(田间水利用系数)。     

尊村引黄灌区果树畦田规格优化

【目的】提高引黄灌区的灌水效果,探究灌区适宜的畦田规格。【方法】在尊村引黄灌区开展畦灌试验,研究了引黄畦灌田间水流推进与消退规律,结合田间实测数据,采用数值模拟的方法分析了灌水结果,优化了灌区的畦田规格。【结果】尊村引黄灌区内的超长畦田的灌水效率并不能完全满足节水灌溉要求,同时也存在多灌或少灌以及田间管理困难问题。Win SRFR软件模拟结果表明,对于超长畦田,畦田越长,越难满足节水灌溉要求。【结论】结合引黄灌区的实际情况,在不改变土地权属现状的条件下,通过软件模拟得出了针对尊村引黄灌区果树畦灌超长畦田的优化设计规格,即畦田宽度为2 m时,长度范围为280~340 m;畦田宽度3 m,畦田长度240~270 m;畦田宽度4 m,畦田长度170~240 m;畦田宽度5 m,畦田长度130~170 m;畦田宽度6 m,畦田长度110~140 m。     

自动调控畦灌系统中调控要素对水流运动过程的影响

自动调控畦灌是提高灌水质量、减少劳动力需求的重要措施。为探究自动调控畦灌系统如何合理选取调控要素,通过畦灌观测试验获取畦田自然参数,结合WinSRFR模型模拟畦灌过程,分析自动调控畦灌系统中停水距离、停水时间和入畦流量对水流运动过程和土壤水分入渗分布的影响规律。结果表明,停水距离和停水时间在田面水流推进过程、消退过程、土壤水分入渗分布以及灌水质量等方面的调节效果相似。对于100 m畦长的典型试验畦田,七成改水、七五改水、八成改水、八五改水、九成改水的调控效果分别对应灌水量70、80、90、100、110 mm。停水时机对畦田后段的水流推进、消退过程影响较大,而对畦田前段的水流推进、消退过程影响较小,不同改水成数或灌水量并不能显著改变畦田前段的土壤水分入渗分布。调控流量较停水距离和停水时间可以更有效地调控畦田前段的灌水效率和灌水均匀度。因此在优先考虑经济性的自动调控畦灌系统中推荐调控灌水量,而在追求精准调控的自动调控畦灌系统中推荐调控流量。     

基于WinSRFR软件的河套灌区水平畦田规格的优化

为了提升河套灌区的土地资源与灌水质量,以大田水平畦灌试验水流推进与消退实测数据为基础,采用数值模拟和分析方法,对河套灌区现状畦田规格进行优化设计.通过WinSRFR软件系统设计功能,基于田间各灌水要素,采用水量平衡法计算灌水质量指标并采用零惯量模拟率定.模拟出不同畦田规格组合的灌水质量指标等值线图,确定了满足灌水要求并具有较高灌水质量的灌溉系统的优化范围,考虑土地权属与畦田规格现状,提出了典型田块设计方案.方案1:合并田-毛渠-田,畦长为102 m、畦宽为65~95 m,畦田面积为6 670 ~10 005 m².方案2:合并田-毛渠-田-路-田,畦长为154 m、畦宽为65~110 m,畦田面积为10 005 ~16 675 m².     

考虑初始含水率沿程不均匀分布的畦灌技术要素调控

畦田土壤初始含水率是影响灌水质量的重要因素之一,由降雨产流导致的畦田土壤含水率沿程不均匀分布是华北平原农田常见的现象。为探究土壤初始含水率空间变异性对畦灌水流运动以及灌水质量的影响,本文开展一维土柱入渗试验与二维土槽灌溉试验,结合WinSRFR地面灌溉模拟模型,优化求解初始含水率沿程不均匀条件下的畦灌技术要素。结果表明：畦田土壤初始含水率沿程增幅越大,畦灌田面水流推进速度越快,田面水流消退速度越慢;相较于初始含水率均匀分布,畦田土壤初始含水率沿程不均匀分布条件下,灌水效率和灌水均匀度有所下降,储水效率无明显变化;当畦田土壤初始含水率沿程增加时,灌水效率和储水效率受畦田长度、入畦单宽流量及改水成数的影响,而灌后土壤水分均匀度仅受畦田长度和单宽流量的影响;当畦田土壤初始含水率沿程由0.189 0 m³/m³均匀增大至0.464 3 m³/m³时,畦田长度L为85 m、改水成数G为6、单宽流量q为7.0 L/(m·s)时可取得最优灌水质量。本研究结果可为降雨产流带来的畦田土壤初始含水率不均匀条件下的灌水技...     

基于WinSRFR 5.1的地面灌水技术不确定性研究

为了解决农田畦灌畦田规格不合理、灌溉效率低下、水资源浪费等问题.采用2次田间灌水试验和WinSRFR 5.1模型分析相结合的方法,模拟地面灌溉水流过程和灌水质量情况.第1年田间实测灌水结合WinSRFR 5.1模型率定土壤入渗参数(入渗系数K和入渗指数α);第2年田间实测灌水是对模型进行验证,根据WinSRFR 5.1模型模拟得到的灌水质量等值线图对参数进行不确定性分析.结果表明,灌水技术不确定性与灌水技术参数有很大关系,畦长和流量对灌水效率和灌水均匀度有很大的影响,灌水效率对畦长变化更加敏感,灌水均匀度对单宽流量变化的影响更为显著.根据灌水质量等值线图得到满足灌水质量要求的畦长和流量组合范围,即畦长30 m以内,单宽流量增加对灌水质量影响不大;畦长30～53 m,单宽流量为2.7～5.7 L/(s·m);畦长50～100 m,单宽流量≥3.34 L/(s·m);畦长100～150 m,单宽流量≥6 L/(s·m).     

河套灌区畦灌灌水方案优化与敏感性分析

针对河套灌区宽畦田、大畦块导致的灌水效率低的问题,为探求变化环境下适宜的畦灌技术参数,在河套灌区沈乌灌域典型试验基础上,采用不同灌溉设计方案对典型砂土较大田块（长×宽为80m×25m）灌水质量进行评价,并在WinSRFR模型模拟基础上分析不同参数对最佳方案灌水质量指标的敏感性变化情况。结果表明：砂土畦田规格（80m×25m）较大时农田灌水效果较差,在中等流量（入畦流量Q=20L/s、单宽流量q=0.80L/(m·s)）水平下,减少尾部25%的田间面积（改水成数从1.0降低至0.75）可节省40%的灌水时间,并可减少16%的灌溉水在水流推进过程中的渗漏损失。采用田块规格+灌水时间设计方案后灌水效果较典型田块得到显著改善,垂直分割田块（80m×12.5m）在较大流量水平（Q为26~30L/s、q为2.08~2.40L/(m·s)）下灌水效率从67%~80%提升至97%~99%,灌水均匀度从0.59~0.79提高至0.84~0.95,储水效率从1.17降低至0.76,并且可以节省当前灌水时间的20%以上,中等流量（Q=20L/s、q=1.60L/(m·s)）下在获得更优灌水质量的同时可以节省40%的灌水时间,节水效果显著。不同参数对灌水质量评价指标具有相同的变化规律,计划需水水深对灌水质量影响明显,极小单宽流量情况下灌水质量受田面坡度、畦田长度影响较小。建议灌区采用的砂土畦田规格为80m×12.5m,并且可根据实际不同来水流量选择所需的最佳单宽流量和灌水时间组合。     

A spreadsheet model to evaluate sloping furrow irrigation accounting for infiltration variability

A spreadsheet model was developed to evaluate the performance of furrow irrigation that accounts for soil variability and requires few field measurements. The model adjusts an advance trajectory to three (advance distance, advance time) points and, similarly, it adjusts a recession trajectory to three (recession distance, recession time) points. The head of the furrow (distance = 0) is one of the points used to adjust both trajectories. It then calculates the parameters of the infiltration equation using the two-point method (based on the volume balance equation with assumed surface shape parameters). The model gives the option to enter an estimate of the soil infiltration variability in order to account for this variation when calculating irrigation performance indicators. The combination of variance technique was used for this purpose. A set of irrigation performance indicators (distribution uniformity, application efficiency, tail water ratio, deep percolation ratio and deficit coefficient) is calculated, assuming that the infiltrated water follows a normal frequency distribution. To illustrate the evaluation method, it was applied to three irrigation events conducted on a sunflower field, with 234 m long furrows spaced 0.75 m apart. The evaluations were performed in two 3-furrow sets. The application efficiency was satisfactory in the first irrigation, but low in the other two. Uniformity was high in all three irrigations. The performance indicator that was most affected by soil variability was distribution uniformity. Considering soil spatial variability was important for more realistic determination of the infiltrated water distribution, and therefore of the deep percolation, but it had less importance for the determination of the application efficiency, due to the relevance of runoff in our field application.     

Evaluating infiltration for border irrigation models

The infiltration characteristics of a soil are important to the design, evaluation and management of border irrigation systems. The use and verification of border irrigation models also rely heavily on infiltration. This paper presents a technique for determining infiltration when detailed information is available on the total infiltrated volume during the irrigation which can be obtained from measurements of inflow, outflow, and water depths on the border strip. The method uses a volume balance at progressive times and is an extension of earlier work. Data from this method were used as input to the zone-inertia border irrigation model and good agreement was found between measured and computed values of advance, recession, runoff rates and volumes, and surface water depths.     

微地形及沟断面形状变异性对沟灌性能影响的试验研究

针对沟灌,研究了沟底起伏状况和沟横断面形状的空间变异性对灌水质量的影响。通过分析在河北吴桥开展的棉花沟灌试验数据,描述了灌水沟断面形状和沟底高程二因素的空间分布特征。采用田面平整精度Sd值作为评价沟底高程变化程度的指标,确定其对灌水均匀度和灌水效率的影响;采用断面形状参数p2描述灌水沟断面形状,以p2的标准差反映其空间变异性对地表水流运动和灌水质量的影响。结果表明,灌水均匀度和灌水效率均随沟底高程标准差的增大而减小;水流推进速度随断面形状参数p2标准差的增大而降低,灌水均匀度和灌水效率随p2标准差的增大而减小。因此,微地形和灌水沟断面空间变异性,对灌水均匀度和灌水效率均有显著的影响。     

畦灌灌水技术要素组合优化

以杨凌区进行的畦灌大田试验为基础,采用WinSRFR软件对各试验点的灌水质量进行了模拟,并分析了畦长、田面坡度、入畦单宽流量和改口成数对灌水效率Ea、灌水均匀度Ed和储水效率Es的影响;在此基础上,结合均匀试验设计与多元回归分析的方法,构建了包含灌水效率Ea、灌水均匀度Ed和储水效率Es在内的单目标优化模型,以入畦单宽流量和灌水时间为变量,采用遗传算法对模型进行求解,提出了试验点不同计划灌水深度条件下畦灌灌水技术要素的优化组合,结果表明其可获得高的灌水质量,达到常规畦灌节水的目的。     

土壤入渗特性和田面糙率的变异性对沟灌性能的影响

以杨凌区粘壤土和砂壤土区域进行的大田沟灌试验为基础,在假定各灌水沟内部土壤入渗特性和糙率均一的条件下,重点分析各灌水沟之间土壤入渗参数和田面糙率的不同组合对沟灌水流运动过程和灌水质量的影响,结果表明土壤入渗特性的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较大,在模拟时必须充分考虑;而田面糙率的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较小,可采用田块糙率均值代替各灌水沟的糙率。经实例验证,水流推进过程相对误差为7.28%,灌水效率、灌水均匀度和储水效率模拟值与实测值误差分别为5.74%、6.18%和4.07%,结果表明其模拟效果较好。     

Design of a farm layout for irrigation with limited discharges

In order to improve the irrigation efficiencies of small farms employing cavity wells for their water supply, an experimental study was conducted at the Central Soil Salinity Research Institute, Karnal. The cavity wells of the Karnal region do not have any discharge regulating devices for improving the irrigation efficiencies. The only way of improving these efficiencies is by designing an efficient irrigation layout, so that uniform water application is accomplished. The present study involves field determination of the opportunity time at each point along the border from advance and recession curves and computing the depth of cumulative infiltration from the infiltration rate curve. The irrigation efficiencies are also calculated from soil moisture measurements made before and after each irrigation.The results of this study show that a realistic field assessment of the irrigated border efficiencies is obtained through a soil moisture measurement procedure. The procedure, based on opportunity time and infiltration, overestimates the irrigation efficiencies due to the empirical nature of the infiltration equation. For small farms, with a limited discharge of 10 l/s, an irrigation layout of borders of 50–70 m in length and 6–8 m in width is recommended.     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型：II验证

基于撒施施肥方式下畦灌试验数据,从传统平均相对误差和马尔科夫随机过程两个角度,对二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型进行了验证．基于传统平均相对误差的结果表明,模型模拟的水流推进与消退的平均相对误差分剐为4．98％和9．37％,水量平衡误差为0．28％,模拟各测点的溶质质量浓度变化过程平均相对误差为8．64％-14．22％,溶质平衡误差O．58％,构建的模型不仅具有较好的模拟二维撒施畦灌地表水流运动和溶质质量浓度变化过程的能力,还具备较佳的水量与溶质质量守恒性．基于马尔科夫随机过程的计算结果表明,地形项的随机性对模拟效果的影响为88．68％-96．21％,而畦面土壤物理属性等模型未能考虑因素的随机性对各测点溶质质量浓度变化的影响为3．79％-11．32％,因此仅考虑畦面微地形分布随机性的模型,具备优良的二维撒施畦灌地表水流和溶质运移过程的模拟性能．构建的模型为评价撒施施肥方式下的畦灌施肥系统性能,提供了合理完备的实用性数值模拟工具．