地下滴灌苜蓿地土壤水分分布规律

本文在地下滴灌条件下开展苜蓿田土壤水分分布规律的研究,以期为苜蓿高效节水生产提供理论依据。试验设置11个压力处理,研究工作压力对滴头流量的影响;设置600、750和900m3·hm-2 3个灌溉量处理,研究土壤湿润体入渗规律及土壤水分再分布规律。结果表明,滴头流量随工作压力增加而增大,呈对数函数关系;灌溉初期湿润体形状呈近似球体,灌溉30min后变为垂直地面方向狭长的椭球体,120min后呈开口较小,中部凸起、下部略尖的坛状,3种灌溉量下土壤湿润体形状相似,但湿润体入渗深度随灌溉量增加而增大。灌溉停止48h后不同土层土壤水分分布不均,垂直方向上,水分主要分布在0-30cm土层;水平方向上,随与滴灌带距离增大土壤含水率呈递减趋势,不同灌溉量比较表现为水平距滴灌带10cm处,0-50cm土层随灌溉量增大土壤含水率呈增加趋势,50-70cm土层无明显规律,水平距滴灌带20和30cm处各土层土壤含水率与灌溉量之间也无明显规律。     

引黄滴灌水源中泥沙表面附生生物膜的分形特征

为了解决灌水器堵塞这个制约引黄滴灌技术应用和推广的关键问题,联合运用扫描电镜测试法和分形理论对黄河泥沙颗粒表面形貌进行了分析,结果表明:黄河泥沙颗粒表面形貌表现为以固体颗粒、微生物及其分泌的黏性胞外聚合物形成的复杂生物膜结构.黄河泥沙颗粒表面具有显著的分形和多重分形特征,简单分形维数虽然能从整体上表征颗粒物表面形貌的复杂性与不规则性,但未能刻画颗粒物局部奇异性的微观特征,而多重分形谱可以定量描述这种复杂泥沙颗粒形貌特征.黄河泥沙借助其巨大的表面积,吸附了大量的微生物,微生物分泌的胞外聚合物质量浓度高达276.08~360.68 mg/L,这就要求在控制引黄滴灌系统灌水器堵塞时,需要从以往单纯考虑泥沙颗粒物本身转变为综合考虑泥沙颗粒和微生物的耦合作用,寻求更为有效的堵塞控制策略.     

The Mechanism Analysis of Anti clogging Arching Structure in Dredged Sludge

A number of lands were occupied by discarding the dredged sludge in the yard as waste materials.The Aeration Vacuum rapid Mud Water Separating (AVMWS) technique was appropriate for discarding yard with high water content and high clay particle content sludge.This technique could quickly reduce the volume of the sludge and accelerate the turnover use of the yard.In addition,the technique could overcome the clogging problem when pumping water from high water content, high clay particle content dredged sludge.Through the sampling particle size distribution tests after AVMWS and conventional vacuum pumping model tests, it was found that in the AVMWS tests the fine grained soil run off, coarse particles accumulated, and arching structure layer was formed.However, in the conventional vacuum pumping tests, fine particles did not lost and there was clogging without arching structure layer.The layer could protect the internal loss of the fine particles and ensure a high permeability of the soil at the same time.And the mechanism was explained as well.     

网式过滤器滤网堵塞成因分析与压降计算

为分析网式过滤器滤网堵塞的过程和成因,并获得滤网堵塞后压降计算的相关参数,对网式过滤器进行堵塞试验。试验结果表明:滤网堵塞经历了介质堵塞和滤饼堵塞2个过程,形成的滤饼内层泥沙颗粒粒径较大,外层颗粒粒径分布较均匀;滤网孔径和含沙量是影响堵塞的重要因素,滤网孔径越小,滤网堵塞所用时间越短;相同孔径下,含沙量越大,堵塞所用时间越短,滤网越容易堵塞。根据试验结果建立了滤网内外压降与滤网孔径、滤网厚度、孔隙率、形成滤饼层厚度、滤饼孔隙率等的定量关系式,并分别计算了孔径为430、280、200μm滤网的内外压降,并与实测压降进行了对比分析。结果表明,计算得到的滤网内外压降与实测值基本一致,可以反映滤网堵塞的规律;滤网内外压降随水流流量、滤网厚度、形成滤饼层厚度增大而增大,滤网孔径越小,滤饼孔隙率越小,滤网两侧压降越大。     

地下滴灌条件下湿润体特性的试验研究

滴头流量与灌水量影响土壤湿润体的大小形状等特性,从而影响作物的生长生产.通过室内试验,研究了地下滴灌条件下不同滴头流量不同灌水量对湿润体特性的影响.结果表明:湿润锋运移与滴头流量的时间变化呈正相关;灌水量为5L时湿润体的横向和纵向尺寸达到50 cm;湿润体含水率与滴头的距离具有良好的二次幂函数关系.这对于开展地下滴灌试验与设计具有一定的参考价值.     

线源滴灌土壤湿润均匀性的影响因素试验研究

线源滴灌设计中,滴灌管出流均匀性与土壤湿润均匀性有本质不同,前者仅仅是后者必要的基础,但是要保证线源滴灌土壤湿润均匀性,还需要考虑滴头间距、滴头流量、滴水量和土壤质地的差别。对影响线源滴灌土壤湿润均匀性的主要因素进行了试验研究。试验中所用土壤为沙土和沙壤土;滴头间距为30 cm和50 cm;滴头流量为0.3~4 L/h;滴水量为10~25 L不等。试验表明,沿滴灌管方向的土壤湿润均匀度取决于湿润区的交汇程度,而湿润区的交汇程度又取决于土壤湿润区水平运移宽度和滴头间距。沙土沿滴灌管方向的土壤湿润均匀度随滴水量的增大而显著增大,沙壤土的相应指标则随滴头流量的增大而增大。土壤湿润均匀度随滴头间距的增大而减小。线源滴灌设计时,粘粒含量较少的土壤应该有一定的设计湿润深度和较小的滴头间距才能保证其湿润均匀度满足设计要求。研究结论对完善滴灌技术设计理论有帮助。     

滴灌土壤湿润体迁移计算的人工神经网络模型

基于非饱和土壤水分运动理论和单点源滴灌中土壤水分迁移特征,应用HYDRUS-2D/3D模型对33种土壤质地(分属11类土质类型,美国制土壤质地分类系统)、不同滴灌流量(1,2,3 L/h)下的湿润体运动过程进行了数值模拟,然后根据不同土壤质地和滴灌流量下湿润体动态变化的HYDRUS模拟结果,以滴灌量和土壤饱和导水率与滴灌流量的比值作为输入变量,构建了描述滴灌湿润体在不同土质和滴灌流量下迁移变化的人工神经网络模型.该模型输入变量少、易于操作,且将模型计算结果与实测情况对比表明,计算的入渗过程与实测的入渗过程基本一致,相关系数的平方(R²)均在0.82以上,因此该模型对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好.     

滴头流量和间距的优化选择

探讨了滴灌滴头流量、间距的选择,研究了滴头流量、间距与土壤湿润比、一次灌水时间、轮灌组数、小区设计流量及管网设计流量、田间灌水量的关系.结果表明,滴头流量首先应满足湿润比的要求,在满足湿润比的前提下,尽量选择小流量滴头;滴头间距不应大于理想滴头间距,在满足理想滴头间距的条件下,尽量选择大间距,并通过调整滴头间距取得合理的轮灌工作制度.     

浑水渗流对粗粒土渗透特性的影响

粗粒土常常作为农业水土工程、水利工程和土壤特性改良工程的重要材料和载体,在浑水渗流作用下,其特性的变化对工程应用有重要影响。该研究推导了浑水渗流作用下,圆管中粗粒土渗流计算式,并采用自制装置系统分析了浑水渗流作用下粗粒土的渗透特性,探讨了粗粒土的水力梯度、渗透系数、渗流量以及孔隙填充率的变化规律,并将推导的理论式与试验结果进行对比验证。结果表明：在水力、几何条件均满足的前提下,浑水在粗粒土中的渗流可分为3个阶段,分别是细颗粒运移畅通阶段（阶段1）,孔隙堵塞和运移并存阶段（阶段2）和粗粒土顶部淤积分层阶段（阶段3）,粗粒土在各阶段表现出不同的渗透和物理特性;粗粒土渗透特性主要受到浑水浓度和水头的影响,随着浓度和水头的增大,浑水中细颗粒在粗粒土中的运移、堵塞和淤积会加剧,粗粒土整体的水力梯度会增大,而渗透系数会逐渐减小;粗粒土的不均匀系数是影响浑水渗流过程的重要因素,不均匀系数越大粗粒土内部孔隙率就越小,细颗粒运移的通道越不畅通,更容易发生堵塞和淤积;随着水头的增大,在较大渗透力的作用下细颗粒的运移会更容易,但也加快了内部堵塞和顶部淤积的速度,细颗粒持续向下运移的距离也会减小;随着浑水浓度的增大,粗粒土顶部的孔隙会快速沉积、封堵,细颗粒运移速度和距离都会被削弱;试验完成后,粗粒土柱沿着渗流路径方向自上而下孔隙率逐渐较小,在0～5 cm范围内下降梯度最大,5～20 cm范围下降趋缓。研究结果揭示了浑水渗流作用下粗粒土抗渗透特性的变化规律,为浑水渗流和工程应用提供理论支持。