基于CFD三维数值模拟的新型蠕动式滴灌灌水器水力性能研究

灌水器是滴灌系统中的核心部件。滴灌技术在农业节水灌溉系统中发挥着举足轻重的作用。针对传统滴灌灌水器流道易堵塞,结构较复杂,流量不稳定等缺点,提出一种新型蠕动式滴灌灌水器。该灌水器以转轮为核心部件,水流推动转轮间歇挤压具有较好弹性的软管,达到定时定量输水的目的。基于CFD三维数值模拟技术,对该滴灌器内部流道结构进行模拟,得到流量-压力关系式。蠕动滴灌器提高了滴头流道的抗堵性能,具有"自清洗"功能;装置结构简单,便于使用和安装。     

高钙镁离子地下水滴灌施肥系统堵塞效应

为了分析高钙镁离子地下水滴灌条件下施肥系统堵塞风险及综合影响效应,开展了大田春玉米田间滴灌试验.选择地下水和再生水2种灌溉水源,使用圆柱型迷宫流道灌水器和片式灌水器两类灌水器进行试验,并从灌水器堵塞及其对作物生长、产量的影响角度,对比分析了高钙镁离子地下水、再生水滴灌施肥的安全性问题,结果表明:该种高钙镁离子质量浓度(180 mg/L)地下水滴灌施肥比40~60 mg/L的再生水滴灌施肥具有更大的系统安全性问题;高钙镁离子地下水滴灌系统灌溉7次后灌水器相对平均流量Dra降至77.6%,灌水器均匀度CU降至79.9%,比再生水滴灌还低3.0%和5.3%,春玉米植株株高、茎粗、产量及水分利用效率分别比再生水降低7.4%,3.5%,3.7%,3.7%.研究可为合理利用地下水滴灌提供参考.     

滴灌系统灌水器堵塞及防堵措施研究进展

滴灌系统灌水器堵塞一直是制约滴灌技术应用推广的关键问题,为探索预防、解决该问题的方法,首先,从灌溉水源、灌水器流道结构、滴灌系统运行方式等方面总结了灌水器堵塞类型,论述了该领域的研究成果;其次,通过控制水源处理、配置合适过滤设备、改进灌水器流道、选用较优系统运行方案等方式提高灌水器抗堵塞性能,提出进一步研究发展灌水器堵塞防治新技术;最后,讨论了目前研究中存在的问题及下一步研究建议,为更好地防治灌水器堵塞问题提供新思路。      

再生水条件下灌水器内生物膜生长对流量的影响

选用生物泳动床、生物滤池两种污水处理工艺下的再生水进行滴灌试验,研究灌水器内生物膜的生长情况。结果表明:灌水器内的生物膜经历附着期、生长期和成熟期,在成熟期达到动态平衡状态;灌水器进水口处的生物膜附着快、生长速度快,生物膜最厚。脱落的生物膜沉积于流道内或出水口,体现流量的变化。灌水器的平均流量变化落后于生物膜的生长变化;当生物膜到达成熟期时,生物膜反复脱落生长,是灌水器堵塞的高风险期,表现为灌水器的平均流量持续下降。系统运行184 h后,可采用加酸、加氯等措施冲洗滴灌灌水器。     

含沙水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80 m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90 m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。     

单翼迷宫灌水器进口流场数值模拟与结构优化

针对单翼迷宫式滴灌灌水器工程应用中,大多数堵塞都发生在灌水器进口及其邻近区域的问题,对单翼迷宫式滴灌灌水器进口结构特性和水力性能进行分析,并对内部流场的计算流体进行动力学（CFD）数值模拟研究,发现目前广泛使用的单翼迷宫式滴灌灌水器的进口在实现灌水器多进口安全保障、过滤、抗堵塞等功能方面的设计存在不足之处.应用CAD-CFD技术改进单翼迷宫式滴灌灌水器进口的结构,优化其水力性能.改进后的灌水器5个进口流量基本相同,流速分布也较为均匀.不存在超低流速区,能有效减少灌水器进口的沉积和堵塞,提高灌水器的抗堵塞能力,实现了多进口的安全保障功能.     

城市绿化节水灌溉技术比较研究

随着城市绿化面积的不断增大,其用水量与水资源短缺之间的矛盾渐显,推广节水灌溉技术在城市中的应用是解决水资源短缺问题的趋势所向.基于此,在对比喷灌、微喷灌、滴灌、微润灌及痕量灌溉等不同节水灌溉系统技术特征的基础上,基于情景假设,开展了五类节水灌溉系统用水量及总投资的对比分析,并以此为基础,探讨了五类灌溉系统对再生水的适用性问题,最后提出了适用于不同城市绿地形式的灌溉系统.结论表明:微润灌及痕量灌溉系统的单位面积年用水量较滴灌系统分别减少了39.6％、42.4％;微润灌及痕量灌溉系统单位面积投资最高,分别为8.09元/m2和8.02元/m2;以再生水为水源的条件下喷灌系统的抗堵塞性能最优,微喷灌、微润灌、痕量灌溉其次,滴灌系统抗堵塞性能最差;综合考虑不同节水灌溉系统的技术特征、用水量、总投资及对再生水的适用性等因素,建议主要推广微喷灌及微润灌系统在城市绿地中的应用.     

微咸水滴灌条件下氮磷肥协同施入对灌水器堵塞的影响

微咸水滴灌条件下水肥一体化过程可能加剧灌水器堵塞的发生。【目的】评估氮磷肥协同施入对微咸水滴灌系统灌水器堵塞的影响。【方法】以灌水器类型、灌溉水电导率和氮磷肥协同施入模式为研究对象,灌水器类型选取内镶贴片式灌水器(E1)和单翼迷宫式灌水器(E2);灌溉水质按照电导率设置3个水平,分别为2(S2)、4(S4)和6 dS/m(S6),另外设置地下水(G)(电导率约0.5 dS/m)作为对照(CK);氮磷协同施入模式设置磷酸一铵-尿素(MU)、磷酸一铵-硫酸铵(MA)、磷酸二铵-尿素(DU)、磷酸二铵-硫酸铵(DA)4种,测定了灌水器流量、灌水器堵塞物质干质量及堵塞物质成分。【结果】滴灌氮磷协同施入条件,系统运行96h时内镶贴片式灌水器平均相对流量均值较单翼迷宫式灌水器高19%,内镶贴片式灌水器抗堵塞性能更好;灌水器堵塞随灌溉水电导率升高明显增加,当灌溉水电导率4dS/m时,氮磷肥协同施入会导致滴灌系统的快速堵塞,磷酸盐类沉淀是主要堵塞诱因,占比超过85%;施用磷酸二铵较磷酸一铵更易造成灌水器堵塞,地下水和2 dS/m灌溉水条件施用磷酸一铵处理灌水器堵塞物质干质量均值分别较施用磷酸二铵处理低76%和41%。【结论】施用磷酸一铵可以在一定程度上减缓灌水器堵塞。     

化学离子对再生水滴灌灌水器堵塞的影响

为探究不同化学离子(Fe2+、Ca2+)对滴灌灌水器堵塞发生过程的影响及堵塞机制,以二级处理再生水和地下水为水源,选取标称流量为1.1~1.8L/h的4种灌水器进行灌水器堵塞试验。试验中每天灌水12h,定期测定灌水器流量,试验结束后测定灌水器生物膜干重及胞外多聚物EPS重量。结果表明:化学离子改变生物膜的形成过程和结构稳定性,增加了堵塞物质的形成和生长速度;向地下水加入Fe2+增大灌水器发生生物化学堵塞的风险,地下水同时加入Fe2+、Ca2+,灌水器以化学堵塞为主;再生水加入Ca2+提高了灌水器化学堵塞风险,加入Fe2+或同时加入Fe2+、Ca2+增加了发生生物化学堵塞的风险。     

新型微压滴灌灌水器水力性能试验研究

在试验室内,对研制的微压灌水器进行了水力性能试验。试验结果表明:在微压(2~5 m)工作时,新型微压滴灌灌水器在自由出流状态下的出流规律符合设计要求;在工作压力范围内,微压灌水器的流量稳定,变化小;新型微压滴灌灌水器在连续工作1周后流量略有变化,出流更加均匀;微压滴灌灌水器抗堵塞能力强,性能可靠。     

地面节水灌溉技术初探

就地面节水灌溉技术进行详细的研究和分析,对地面节水灌溉技术的特点做了详细论述,在此基础上从温室滴灌、果园滴灌、大田滴灌三个方面详细探讨了滴灌节水技术的方法和技术要求、系统配套设备以及应用.     

农村生活污水再生水滴灌对根际土壤特性的影响研究

采用大田试验方法,以地下水滴灌为对照,分析研究了不同比例农村生活污水再生水滴灌对作物根际土壤特性的影响。结果表明,再生水滴灌情况下,在土壤理化性状方面,土壤EC值高于地下水滴灌,而土壤pH与对照相比无显著差异;在土壤养分方面,与对照相比,再生水灌溉显著提高土壤有机质和土层土壤有效磷含量,但对碱解氮和速效钾含量的影响不显著;灌溉水中再生水比例越大,对土壤呼吸作用的促进作用越明显。因此,在滴灌条件下,只要农艺措施、灌溉制度适当,可以采取一定比例的农村生活污水再生水进行作物灌溉。     

膜下滴灌条件下土壤水盐运移研究综述

将具有保墒增温等优点的地膜覆盖栽培方法,与具有节水增产适时适量的局部浸润滴灌集成创新,形成优势互补相得益彰的膜下滴灌技术,是我国典型的内陆干旱新疆农业节水实践成果,这一技术已在新疆灌区大面积应用,成为我国干旱农业区实施节水灌溉的重要发展模式。随着膜下滴灌技术的应用实践,该技术在具有节水增产、增温保墒等特点的同时,由于膜下滴灌特有的介面特征,显现出在水盐运行环境、运移变化特点、脱盐程度等方面与传统和单一的灌溉方式有着明显不同的特点。综述了近年来新疆灌区有关膜下滴灌条件下的水盐运移、脱盐变化等主要方面试验研究和实践效果,提出了利用膜下滴灌的水盐运移规律而实施脱、排盐应用研究方向。     

Improving agricultural water use efficiency in arid and semiarid areas of China

Water shortage in China, particularly in the north and northwest of China, is very serious. The region accounts for half of the total area of China, but has less than 20% of total national available water resources. While the water shortage in this region is severe, irrigation water use efficiency is only about 40%, with a typical agricultural water use efficiency of about 0.46 kg m⁻³. Excessive irrigation in Ningxia and Inner Mongolia has had a significant influence on downstream water users along the Yellow River. It is widely believed that an increase in the agricultural water use efficiency is the key to mitigating water shortage and reducing environmental problems. This paper reviews water-saving agricultural systems and approaches to improve agricultural water use efficiency in the arid and semiarid areas of China. The paper will cover biological mechanisms of water-saving agriculture and water-saving irrigation technologies, including low pressure irrigation, furrow irrigation, plastic mulches, drip irrigation under plastic, rainfall harvesting and terracing. In addition, the paper addresses the compensatory effect of limited irrigation and fertilizer supplementation on water use efficiency and highlights the need to breed new varieties for high water use efficiency. Considerable potential for further improvement in agricultural water use efficiency in the region depends on effective conservation of moisture and efficient use of the limited water.     

膜下滴灌条件下土壤水盐运移研穷综述

将具有保墒增温等优点的地膜覆盖栽培方法，与具有节水增产适时适量的局部浸润滴灌集成创新，形成优势互补相得益彰的膜下滴灌技术，是我国典型的内陆干旱新疆农业节水实践成果，这一技术已在新疆灌区大面积应用，成为我国干旱农业区实施节水灌溉的重要发展模式。随着膜下滴灌技术的应用实践，该技术在具有节水增产、增温保墒等特点的同时，由于膜下滴灌特有的介面特征，显现出在水盐运行环境、运移变化特点、脱盐程度等方面与传统和单一的灌溉方式有着明显不同的特点。综述了近年来新疆灌区有关膜下滴灌条件下的水盐运移、脱盐变化等主要方面试验研究和实践效果，提出了利用膜下滴灌的水盐运移规律而实施脱、排盐应用研究方向。     

机械注入式施肥装置研制与应用

介绍了一种经济实用型机械注入式施肥装置，该施肥装置采用耐腐蚀泵将肥料原液强行注入灌溉管网并与灌溉水进行混合从而获得一定浓度的灌溉液。灌溉液浓度通过标有流量示值的手动流量调节阀进行调节，从而实现节水灌溉微滴灌系统灌溉过程的比例施肥控制。灌溉液浓度控制准确度明显高于文丘里式和压差式，可用于滴灌系统的准确经济施肥。     

高含沙水滴灌技术研究

滴头堵塞是滴灌系统运行中的一大难题,对于高含沙水来说更为突出.针对多泥沙河道取水时引水必将引沙的现状,在分析了我国主要河道水沙分布特点的基础上,结合天然河道"水小沙少、水大沙多"的特点,提出了明暗结合式取水模式,采用枯水期明引与洪水期暗引相结合的方式,为解决多泥沙河道取水提供了新思路.利用研发的小型移动式过滤设备、简易过滤装置、可拆式灌水器等高含沙水滴灌专用设备进行组装配套,形成了适合于高含沙水的滴灌系统,使系统配套性能和运行效率均得以提高.与现有滴灌系统相比,系统造价大幅降低,堵塞率控制在5%以内,为解决高含沙水滴灌系统的易堵塞、投资高的难题提供了新途径.     

扬黄灌区浅埋式滴灌对地膜玉米生长及水分利用效率的影响

针对扬黄灌区玉米节水灌溉存在投入高、效率低和种植模式单一的问题,通过采用浅埋式滴灌、露地滴灌的灌溉方式种植双行靠地膜玉米,测定玉米各生育时期生长指标、土壤含水率,探索降低玉米节水灌溉和种植模式投入新方法。试验表明:膜下滴灌和膜下浅埋式滴灌出苗比露地和露地浅埋式滴灌分别早3d和2d;全生育期内膜下浅埋式滴灌的株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累量均高于膜下浅埋式滴灌、露地浅埋式滴灌和露地滴灌;同一种植模式下浅埋式滴灌比露地滴灌的株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累量均高;膜下浅埋式滴灌产量分别比露地滴灌、露地浅埋式滴灌、膜下滴灌提高15.8%、8.87%、1.81%;膜下浅埋式滴灌的群体WUE分别比露地滴灌、露地浅埋式滴灌、膜下滴灌增加16.1%、9.3%、1.6%。     

中国节水灌溉装备与技术发展展望

分别从灌排设施、灌排管理体制和投资政策3个方面,回顾了中国灌溉排水70 a以来所取得的成就.随着灌溉面积增大,灌排设施极大提高了中国粮食产量和农业生产能力;灌排管理体制发生巨大变化,由农民集体管理为主转化为骨干工程国家事业单位管理为主,促进了灌排工程快速发展和良性运行;投资政策有效地服务了水利基本建设.但目前中国依旧存在灌溉用水利用率较低、水肥一体化灌溉农田占比较低和灌溉系统信息化程度较低等问题,与高质量的农业生产发展还有很大的距离.结合国家粮食与生态保障的战略需求,分别从大中型灌区节水改造、水肥一体化节水灌溉装备与技术和喷滴灌、管道输水灌溉和泵站改造方面,提出了中国节水灌溉装备与技术的未来机遇和挑战.为了促进中国节水灌溉行业发展,加强灌排装备的理论研究和自主创新,发展高效、节能和环保的技术和产品,提高产业信息化、智能化和网络化,是实现农业现代化生产建设的必然趋势.     

葡萄滴灌节水技术研究

从滴灌节水效应、滴灌灌溉制度及耗水规律、滴灌节水灌溉技术、农艺节水调控4个方面,归纳总结滴灌技术在葡萄生产中的应用现状及主要研究进展,为因地制宜推广葡萄滴灌节水技术提供理论参考。