回流滴灌系统毛管泥沙输移规律模拟及实验研究

为探究回流滴灌系统滴灌毛管的输沙潜力和抗堵塞性能,本试验通过CFD模拟和室内滴灌实验探究滴灌系统中泥沙颗粒输移规律和水流运动特性。CFD模拟结果表明:当毛管内水流流速小于0.2 m·s~(-1)时,随流速的增加,自毛管进入滴头的泥沙数量明显减少,且毛管内水流紊流强度大小与紊流区域范围逐渐减小;当毛管内水流流速大于0.2 m·s~(-1)时,流速的增加对进入滴头内的颗粒数量和水流状态无明显影响。室内滴灌实验结果表明:回流滴灌系统毛管水流流速增加时,滴头出水中的泥沙颗粒数量较支状系统减少约30%,而当回流毛管流速为0.1 m·s~(-1),三种滴灌带的灌水周期比支状滴灌系统分别提高50%、38%、41%,继续提高流速对提高灌水周期影响不大。回流滴灌系统较传统滴灌系统可以显著提高毛管的输沙排沙能力,减少进入滴头内的泥沙数量,提高系统抗堵塞性能,延长滴灌系统的运行周期。     

低压下加肥对迷宫滴头流量及灌水均匀度的影响

针对滴灌中侧翼迷宫式滴灌带的流量、灌水均匀度、肥料堵塞等问题,对4种不同规格的侧翼迷宫滴灌带进行试验,测定在清水和加肥灌水时滴头的流量及灌水均匀度。结果表明:加肥灌水时滴头流量比清水时减少,灌水均匀系数也较清水减小,4种不同结构滴头的灌水均匀度系数减小了5%~9.9%;随着灌水间隔增长,灌水次数增加,由于溶解在水中化学肥料结晶析出造成的堵塞程度逐渐增加;迷宫流道结构不同滴头的化学堵塞程度也不同。     

回流滴灌系统泥沙输移及抗堵塞性能研究

为探究在传统支状滴灌系统末端设置回流管后滴灌系统毛管主流流速增加后回流滴灌系统的输沙排沙潜力及其抗堵塞性能,通过周期滴灌实验分析回流滴灌系统的灌水均匀系数以及滴头堵塞情况,并对毛管内沉积泥沙分布特点和系统各部分输沙排沙所占比重进行分析。实验结果表明:0.035 m·s~(-1)回流、0.05 m·s~(-1)回流滴灌系统的灌水均匀系数、滴头堵塞数量均明显优于支状滴灌系统。回流流速为0.05、0.035、0.015 m·s~(-1)三种回流系统中毛管沉泥量依次增加,但均低于支状滴灌系统的毛管泥沙沉积数量,同时四种回流滴灌系统均表现为沿水流方向毛管内沉泥量逐渐增加。支状滴灌系统、0.015 m·s~(-1)回流、0.035 m·s~(-1)回流、0.05 m·s~(-1)回流系统回流排沙量分别为0、1.59、4.30、7.52 kg,表明回流管具有良好的输沙排沙能力。     

压力补偿式灌水器水力性能及抗堵塞性能试验研究

为探究压力补偿灌水器水力性能和抗堵塞性能,以华维节水科技集团有限公司生产的压力补偿灌水器为试验件,测试并评价了11种入口压力（50~350 kPa）下水力性能和3种不同浓度浑水（3、5 g·L^-1和7 g·L^-1）下抗堵塞性能。结果表明：在压力补偿弹片结构和环形迷宫流道结构的共同作用下,灌水器均匀度高、压力补偿性强,流态指数0.006,补偿区间110~350 kPa,起调压力50 kPa,其相对流量随着灌水次数的增加呈波动性减小;灌水器堵塞率随灌水次数的增加呈上升趋势。经过40次灌水后,3、5、7 g·L^-1浓度浑水条件下,灌水器的堵塞率分别达到20.8%、29.2%和52.1%,灌水器的抗堵塞性能随浑水浓度增加而逐渐降低,当泥沙浓度为5 g·L^-1和7 g·L^-1时,堵塞率显著上升,而在泥沙浓度3 g·L^-1条件下,抗堵塞性能良好,且有效使用时间可延长29.73%～41.89%。研究成果对压力补偿灌水器在实际工程中的应用具有指导意义。     

微咸水灌溉下滴头流量及灌水量对压砂土壤入渗及水盐分布的影响

为探讨滴头流量及灌水量对微咸水灌溉条件下覆砂土壤入渗规律及水盐分布的影响,开展室内土槽试验研究了微咸水灌溉下相同灌水量时3种滴头流量(0.85、1.70、3.40 L·h^-1)及相同滴头流量下3种灌水量（5.88、6.60、10.00 L）对压砂土壤湿润锋迁移以及灌溉后土壤水盐分布特征,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论依据。结果表明：滴头流量越大,湿润锋在水平和垂直方向上运移距离越大,湿润锋水平和垂直入渗距离与入渗时间存在幂函数关系。供试土壤在0.85 L·h^-1和3.40 L·h^-1滴头流量下湿润体稳定的垂直/水平的比值为1.1,而1.70 L·h^-1滴头流量下其比值为0.9。覆砂条件下高含水率及低盐分区出现在距滴头较远的区域,并随着滴头流量增加逐渐向滴头靠近;随灌水量增加该区域范围不断扩大,土壤水分及盐分分布模式则越接近无覆砂条件模式。因此,砂层覆盖改变了微咸水滴灌条件下土壤水分、盐分的分布规律。     

滴灌施肥条件下土壤铵氮分布规律的研究

研究了大田土壤点源滴灌施肥条件下滴头流量(q)和灌水施肥量(Q)对土壤NH4 -N扩散分布的影响,分析水平和垂直两方向上NH4 -N含量的变化规律。结果表明:随滴头流量和灌水量的增大,水平垂直两方向的最大湿润距离增大,且随滴头流量增大,表层积水区半径增大。滴头流量在一定尺度增大会改变NH4 -N在土壤湿润体内的运移扩散方式,进而影响扩散边缘处的NH4 -N浓度和最大扩散距离。灌水施肥量增大使NH4 -N随水运移扩散的距离增大,使扩散区域内NH4 -N浓度提高。     

地埋式橡塑渗灌滴头的研制及其性能测试

针对橡塑渗灌管变异系数高、在线源式灌溉过程中水头损失大等问题,本文以橡塑渗灌管为柱状出流面,再结合迷宫流道技术设计了一种点源式灌溉的地埋式橡塑渗灌滴头。通过水力性能测试、短周期抗堵塞试验以及土壤入渗试验对滴头性能进行了分析。结果表明,滴头流量变异系数为4.17%,压力-流量关系式为q=0.6435h^0.4161,符合国家生产标准,并具备一定的压力补偿性能;在3种泥沙浓度(W1=0.5 g·L^-1,W2=0.1 g·L^-1,W3=1.5 g·L^-1)、100 kPa工作压力下,滴头有效灌溉次数分别为15、11、5次,达到灌水器抗堵塞性能平均标准;将滴头深埋30 cm进行土壤入渗试验,在100 kPa工作压力下,未出现深层渗漏现象,湿润锋在580 min后到达土壤表面,可有效减少灌溉水蒸发,节约水资源。该地埋式橡塑渗灌滴头水力性能优秀,抗堵塞性能良好,湿润体体积大,土壤含水率分布均匀,可广泛适用于果园灌溉以及科研试验等。     

微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄产量的影响

为探明微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄生长和产量的影响,通过大田小区试验,设置灌水矿化度和灌水定额两个因素,其中3个灌溉水矿化度水平分别为S1:1 g·L~(-1)、S2:3 g·L~(-1)和S3:5 g·L~(-1),3个灌水定额分别为W1:305 m~3·hm~(-2)、W2:458 m~3·hm~(-2)和W3:611 m~3·hm~(-2),来进一步寻求适宜本地区加工番茄生长的微咸水膜下滴灌灌溉制度。结果表明:覆膜微咸水滴灌条件下土壤含水量垂直方向的变化趋势表现为0～20 cm土层随深度增加含水量逐渐降低、20～100 cm土层随深度增加含水量逐渐增大、60～100 cm范围内土层剖面含水量最大的分布规律;土壤含盐量随着灌水矿化度的增大而增加,且随着灌水量的增加土壤盐分逐渐向水平距滴灌带35 cm处聚集。灌水矿化度超过3 g·L~(-1)时加工番茄株高、茎粗均受到一定程度的抑制作用,但对产量影响不大。本文通过试验得出:灌水定额为611 m~3·hm~(-2)、矿化度为1 g·L~(-1)处理为本地区最佳微咸水膜下滴灌处理,加工番茄生长健壮且产量最高,达到127 613.2 kg·hm~(-2);同时认为,在我国淡水资源比较缺乏的新疆地区可以考虑采用灌水定额458 m~3·hm~(-2)和灌水矿化度3～5 g·L~(-1)的微咸水对盐分中等敏感的加工番茄进行灌溉。     

单翼迷宫贴壁式滴灌带水力性能初步试验研究

针对滴灌中贴壁式滴灌带的堵塞问题,通过室内试验在理论上研究不同水源泥沙浓度和进口压力下滴灌带细小流道抗堵塞水力学性能和消能情况。结果显示：迷宫式流道处于半紊流状态,具有较强的挟沙能力,消能充分。水源泥沙浓度小于100mg／L时,滴灌带几乎无堵塞,大于该值时,滴灌带开始堵塞。进水压力大,流量随之增大,滴头堵塞程度减小。     

滴头堵塞率及堵塞位置对灌水均匀度的影响

采用控制堵塞试验的方法,在压力恒定的条件下,分析了堵塞率、堵塞位置对灌水均匀度的影响规律。试验结果表明：当压力在4～10 m变化时,压力对于灌水均匀度的影响不显著,其变化范围在1%以内,生产实际中可以适当降低滴灌带的工作压力达到降低造价的目的;堵塞率是影响灌水均匀度的主要原因,堵塞率越高灌水均匀度越差,当堵塞率超过10%时,灌水均匀度CU已经远低于规范的最低值;只有当堵塞率不大于10%时,堵塞位置才对灌水均匀度有一定的影响,当堵塞位置分布在滴灌带前三分之一段和全段时,对灌水均匀度的影响较明显,此时灌水均匀度最小。     

鲁北平原咸水滴灌对土壤水盐分布和棉花产量的影响

鲁北平原是山东省重要的粮棉油生产基地,合理利用微咸水和咸水资源是亟待解决的问题。通过田间小区试验,以淡水滴灌处理为对照,设置不同矿化度咸水滴灌处理,研究全地膜覆盖条件下,咸水滴灌对棉花农田土壤水盐分布和产量的影响。结果表明,灌出苗水可以明显降低棉田主要根层土壤EC值,降低率在26．8％～29．0％之间。咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收,主要影响土层在40～100 cm,灌溉水矿化度越高,影响越大。与淡水滴灌相比,滴灌补灌矿化度6g·L-1以下的咸水对棉花产量没有明显的影响,而滴灌8g·L-1的咸水在降水偏少的年份能明显降低棉花产量。从土壤盐分的积累来看,利用滴灌补灌一次6g·L-1以下的咸水,通过黄河水和夏季降水淋洗土壤盐分,不会造成棉花根系分布层土壤盐分的积累。该研究结果可为鲁北平原区咸水利用提供科学依据。     

咸淡混合水喷灌对土壤水盐运移及小麦、玉米产量的影响

探究不同矿化度咸淡水混合喷灌对冬小麦、夏玉米生长及产量的影响,并通过监测土壤水盐分布状况来选择适宜矿化度的咸淡水灌溉方式。在河北低平原地区开展大田灌溉试验,研究了淡水畦灌、淡水喷灌、2 g·L^-1和3 g·L^-1咸水与淡水混合喷灌对小麦、玉米生长及土壤水盐运移的影响。结果表明：与淡水喷灌相比,连续两年灌溉后,小麦收获时2 g·L^-1和3 g·L^-1矿化度咸淡混合水喷灌处理的根层（0~40 cm）土体含盐量平均分别增加了17.8%和42.7%,0~100 cm土体含盐量平均分别增加了32.9%和74.3%,玉米收获时根层土体含盐量平均分别增加了40.3%和86.9%,0~100 cm土体含盐量平均分别增加了39.0%和88.9%,且3 g·L^-1矿化度咸淡混合水喷灌处理的盐分累积已超出小麦和玉米生长的盐分阈值。2 g·L^-1矿化度处理的冬小麦产量较淡水喷灌处理降低了9.8%~11.4%（差异不显著）,但3 g·L^-1矿化度处理比淡水喷灌处理的产量显著降低了25.0%~25.9%（P<0.05）;2 g·L^-1矿化度处理的夏玉米单株穗粒质量和产量较淡水喷灌处理分别降低了5.1%~10.4%和6.6%~10.5%（差异不显著）,3 g·L^-1矿化度比淡水喷灌处理的百粒重、单株穗粒质量和产量分别降低了18.6%~22.4%、18.2%~25.9%和14.7%~15.3%（P<0.05）,3 g·L^-1矿化度对冬小麦和夏玉米的产量构成因素影响显著。因此,咸淡混合水矿化度不大于2 g·L^-1的喷灌模式用于该地区冬小麦-夏玉米田间灌溉是可行的。     

咸水灌溉对土壤水盐分布及设施番茄产量和品质的影响

为探明咸水灌溉对土壤水盐分布及设施番茄植株生长、产量和品质的影响,本试验以南疆地区设施番茄为研究对象,设置4个灌溉水矿化度,分别为2 g·L^-1（T1）、4 g·L^-1（T2）、6 g·L^-1（T3）和8 g·L^-1（T4）,并以淡水灌溉为对照（CK）,开展同一灌水定额条件下设施番茄适宜灌水矿化度的研究。结果表明：不同生育期阶段土壤含水率基本表现为20～60 cm土层较高,表层及深层土壤含水率相对较低,土壤含水率随着灌水矿化度的增大逐渐增加;0～80 cm土层平均土壤含水率在生育期内逐渐降低,且深层土壤降幅显著;生育期初始阶段土壤含盐量主要积聚在0～40 cm土层,随着生育期的推进土壤盐分呈累积趋势且向深层土壤运移,生育期末主要积聚在0～60 cm土层;灌水矿化度小于4 g·L^-1时0～20 cm土层整体呈脱盐状态,其中CK处理平均脱盐率达27.79%,T1处理平均脱盐率达17.07%;灌水矿化度2～4 g·L^-1促进了番茄植株生长,株高和茎粗相较CK分别...     

滴灌施肥条件下土壤水氮运移数值模拟

为了研究滴灌施肥条件下土壤水、氮的运移分布规律，本文通过室内土柱滴灌水氮入渗试验，研究了滴灌结束时及再分布过程中土壤水、氮的运移变化规律；同时用HYDRUS软件建立了土柱滴灌水氮入渗的几何模型，用来模拟滴灌土壤水氮运移过程。对试验及模拟中12个观测点测得的土壤含水率、土壤铵态氮、硝态氮质量浓度进行对比分析，结果表明：土壤含水率模拟值与实测值的相对误差变化在10%以内；土壤铵态氮、硝态氮质量浓度的模拟值与实测值变化范围在20%以内。滴灌结束时土体剖面内土壤含水率随距滴头距离的增大而减小，再分布72 h土层25~30 cm土壤含水率增大到0.2 cm³·cm^-3，120 h后土体剖面内土壤含水率较滴灌结束时下降了18%。土壤铵态氮质量浓度主要分布于距滴头20 cm的范围；24 h土壤铵态氮质量浓度最大，且随着时间的推移逐渐减小，到120 h时减少了40%；各观测点24 h至120 h土壤硝态氮质量浓度随着时间的推移逐渐增大，且硝态氮质量浓度在滴头20 cm的范围内由0.442 mg·cm^-3增加到1.2 mg·cm^-3。各观测点24 h土壤硝态氮质量浓度在空间分布上差异不大，其中观测点1，3，6，8，5的土壤硝态氮质量浓度分别为0.437，0.467，0.451，0.482 mg·cm^-3和0.447 mg·cm^-3，差值均小于0.05 mg·cm^-3；48 h后土体剖面内土壤硝态氮质量浓度空间分布随离滴头距离的增加而减小，垂直方向上从距滴头5 cm的观测点1到距滴头25 cm的观测点8减少了53%。依据研究结果，可用数值模型模拟滴灌施肥条件下土壤水氮运移的变化规律。     

不同矿化度滴灌水对沙漠公路防护林土壤微生物的效应分析

在塔里木沙漠公路防护林区,选取四种滴灌用水矿化度值2.58/g.L-1、5.75/g.L-1、8.90/g.L-1和13.99/g.L-1的防护林地,采集0-5cm、5-15cm、15-30cm和30-50cm土层的土壤,分析了土壤微生物在不同矿化度滴灌水作用下的变异规律,结果表明:滴灌用水矿化度值不同的防护林地土壤微生物数量差异明显,微生物数量随矿化度值增大而减少;不同土层间土壤微生物数量亦出现差异,中层土壤最大;当滴灌用水矿化度值增大时,土壤盐分含量会升高;由于高矿化度滴灌水的作用,土壤物理结构变差,从而影响速效养分的积累。由此可见,高矿化度滴灌水会使土壤积盐、板结硬化,不利于土壤团粒结构形成和养分活化积累,土壤质量下降,从而抑制土壤微生物生长和发育。