基于主成分分析和Copula函数的灌溉水利用系数影响因素研究

以新疆生产建设兵团第十二师中型灌区为研究对象，采用首尾法测算2018年和2019年4个样点灌区的灌溉水利用系数，在采用主成分分析法对指标体系降维处理的基础上，用Copula函数构建PCA-Copula评价分析方法，对灌溉水利用系数各影响因素的影响程度和影响规律进行计算分析。结果表明：两年测算数据表明，4个样点灌区灌溉水利用系数都在0.63以上，且最大值达到0.668，分别高于同期全疆、全国平均水平5.05%、10.15%；主成分分析得出，渠道衬砌率（0.944）、滴灌灌溉面积比（0.746）、作物需水量（0.635）、实际灌溉面积（0.734）等都具有超过60%的正贡献率，而葡萄种植比（-0.586）和灌区毛灌溉用水量（-0.645）等具有超过58%的负贡献率。利用PCA-Copula分析评估方法得出，作物种植比例和节水灌溉工程状况对十二师中型灌区灌溉水有效利用系数影响显著（P<0.05），其中葡萄净灌溉定额和灌区毛灌溉用水量对灌溉水有效利用系数的影响极其显著（P<0.01），相关系数分别为0.875、0.742，同时利用Spearman等级相关系数检验法和线型回归来检验PCA-Copula评价法与熵值法的密切程度，检验结果其相关系数分别为 0.87（P＜0.05）和0. 52（P＜0.001），表明PCA-Copula评价方法适用于研究灌溉水利用系数影响因素。     

南疆矮化密植高产优质香梨节水灌溉模式筛选

为探讨香梨节水灌溉模式，提高水分利用效率（water use efficiency，WUE）和产量，于2021–2022年基于新疆29团5年生香梨园开展田间试验，试验采用灌溉方式和灌溉定额双因素完全随机试验，设置了灌溉方式和灌溉定额设置了3种微灌方式：地表滴灌（M1）、地下滴灌（M2）、根区渗灌（M3），设置3种灌溉定额：低水（I1）、中水（I2）、高水（I3），以传统漫灌（CK）为对照。研究不同灌溉方式和灌溉量对土壤电导率（electrical conductivity，EC）和脱盐率（rate of desalination，ROD）、香梨生长、产量、WUE、果实品质和净效益的影响。结果表明：M2的产量和WUE最高，与M1和CK相比，其产量分别提高22.11%～26.27%、7.04%～14.14%，WUE分别提高26.51%～29.58%、20.11%～24.99%，且与M3相比差异不显著（P>0.05）；此外，M2可以促进香梨生长，提高果实品质以及促进盐分淋洗。M3前期的投入成本最大，但获得的净利润仅次于M2。灌溉方式相同时，增加灌溉定额能有利于香梨生长，提高产量和盐分淋洗。基于主成分分析等3种综合评价方法从环境效益、果实品质和经济效益3个方面，选取15个评价指标进行综合评价，M2I3处理综合得分最高，M1I1处理综合得分最低。因此推荐矮化密植初果期的香梨采用地下滴灌模式，生育期灌溉定额为6 750 m3/hm²。研究可为南疆干旱区林果业节水控盐高效生产提供理论依据和技术支撑。     

不同工作压力下穿孔形灌水器内的旋涡作用分析

为探究穿孔形流道内的旋涡对灌水器的抗堵塞与消能性能的影响,基于试验验证的数值模拟方法,对4种工作压力下流道中的流场分布、旋涡区的几何特征、涡旋强度及压力分布进行了分析,同时分析了该灌水器内不同粒径泥沙颗粒的运动情况.结果表明:旋涡区可对流道边壁进行持续冲刷清洗并减缓颗粒在流道内部的聚积,旋涡区可发挥抗堵塞作用;旋涡区内不同流速的流层间、旋涡区与主流区间、旋涡区与流道边壁间的摩擦作用都会消耗能量,旋涡区可发挥消能作用;旋涡区可在不同压力下形态稳定.以上分析表明,旋涡区在不同压力下稳定存在,并可提高滴灌灌水器的抗堵塞与消能性能,为灌水器的抗堵塞及水力性能优化提供参考.     

不同残膜量对土壤水分运移的影响及模拟

为解决绿洲区残膜污染,结合已有研究,根据农田残膜量与覆膜年限的关系,设计了9种残膜量处理(0、50、80、132、160、264、396、792、1 320 kg·hm~(-2)),利用室内土柱模拟试验,对不同处理的土壤水分湿润锋运移距离、运移速率、累积蒸发量、蒸发速率、土壤含水率进行监测分析并进行模型模拟,探究残膜量对土壤入渗和蒸发的影响以及模型模拟精度。结果表明:随着残膜量增加,湿润峰运移距离呈减小趋势,较CK减少2.76%～8.66%(P0.05),0～5 h内的平均运移速率较CK减少0.4%～19.5%(P0.05),总体呈幂函数降低趋势;随残膜量增加,累积蒸发量逐渐减小,较CK减少5.04%～38.92%(P0.05),蒸发速率呈降低趋势,而随着蒸发时间增长,蒸发速率也呈幂函数降低趋势;各残膜处理0～10 cm土层土壤平均含水率比10～20 cm土层降低1.51%～3.08%(P0.05),残膜破坏了土壤水分分布的均衡性。通过评价模型的结果显示,各处理拟合结果的决定系数R~2均大于0.988。随着残膜量的增加,RRMSE值出现差异,CRM值趋近0,CE值出现波动变化,模型拟合的结果呈现先变好后变差。     

不同矿化度水源膜下滴灌棉田土壤水盐动态和作物生长模拟

为构建适用于干旱区膜下滴灌条件的土壤水盐动态分布和棉花生长模型，基于2020—2021年的田间试验，经过对SWAP模型的土壤、土壤水力功能和作物生长等模块进行率定和验证，对灌溉水矿化度为1、2、3、4、5、6 g·L^-1时的土壤水盐分布特征、作物生长过程和干物质累积分配进行数值模拟。结果表明：（1）土壤含水率与土壤含盐量的模拟精度以20～100 cm土层较好，0～20 cm土层模拟精度较差，其中土壤含水量的模拟效果优于土壤含盐量；随着灌溉水源矿化度的增加，土壤含水率和含盐量的模拟误差逐渐变小。（2）不同矿化度水源膜下滴灌棉花叶面积指数模拟效果较好（R²=90.72%，RMSE=0.35 cm²·cm^-2，NRMSE=8.73%，IOA=0.98）。（3）不同矿化度水源膜下滴灌棉花茎干物质累积量模拟效果较好（R²=89.08%，RMSE=6.12 g，NRMSE=23.16%，IOA=0.96）。研究结果表明，SWAP模型可以较好地对不同矿化度水源膜下滴灌的土壤水盐动态分布和棉花生长过程进行模拟。     

非灌溉季节施加生物炭对滴灌棉田土壤结构及水热特性的影响

为探究在非灌溉季节施加生物炭对滴灌棉田耕层土壤水热特性和三相结构的调控效应。设置生物炭15(B₁),30(B₂),45(B₃),60(B₄),0(B₀) t/hm²5个施加量,分析其对新疆滴灌棉田非灌溉季节耕层土壤(0—40 cm)三相结构、总孔隙度、土壤温度和土壤含水率的影响。结果表明:与对照处理相比,施炭处理使土壤固相体积降低2.58%~10.74%,总孔隙度增加3.38%~12.05%;同时,施炭处理的融后土壤质量含水率较对照处理提高1.07%~2.65%;施炭处理的土壤导热系数降低,土壤耕层最低温度增加0.34~2.15℃,最大温差缩小0.47~2.14℃。基于以上土壤结构和水热特性指标进行主成分分析得出,综合得分最高的处理为B₃,其次为B₂。非灌溉季节施加生物炭有利于改善土壤三相结构,增加土壤总孔隙度,增强土壤保墒保温能力。新疆滴灌棉田非灌溉季节生物炭最佳施用量为30~45 t/hm²。     

利用探地雷达低频天线监测滴灌棉田盐渍化土壤盐分迁移研究

盐渍化问题严重制约着新疆地区农业经济的发展,而掌握土壤盐分迁移情况是防治土壤盐渍化的前提。为更好地了解滴灌棉田盐渍化土壤盐分的迁移情况,本文选用一典型滴灌棉田为研究对象,采用探地雷达低频天线（250 MHz）进行土壤剖面的探测,由探地雷达图像中的信息,推测土壤盐分在垂直方向上的迁移情况,再用土壤剖面水盐动态、盐分通量变化等实际观测数据进行验证。结果表明:（1）当土壤盐分浓度具有一定梯度时,采用探地雷达低频天线收集的雷达图像中可以划分出盐分积累带、包气带和蒸发面。（2）在整个研究阶段盐分实际运移情况为先整体向上再整体向下。通过水盐动态和盐分通量等方式的验证,发现探地雷达图像中的蒸发面变化情况与实际盐分运移情况一致。因此,使用探地雷达低频天线监测滴灌棉田土壤盐分在垂直方向上的迁移情况是可行的,并且可以使用探地雷达中蒸发面的变化情况表征盐分的整体运移情况。探地雷达低频天线对蒸发面快速无损的识别,为防治盐分迁移导致的土壤盐渍化问题提供了新思路。     

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

为更好了解管道中的气液两相流运动过程,揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果,应用Fluent软件进行三维水平管道的数值模拟研究,并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明:三维CFD模拟可较好地展示管道气液两相分布规律;增大液相折算速度可以发生流型的转化,随着管径的增大,气泡流-塞状流的过渡表现为更高的液相折算速度,从80 mm管道中的小于4 m/s过渡到160 mm管道中的4 m/s;随着液相折算速度和管径的减小,由气团引起的压力波动随之减小,其中2.8 m位置处的最大压差由9 439.2,12 826.5 Pa减小到9 136.0 Pa;管道上壁面流速下降梯度高于下壁面,且气泡越大,差值越明显.工程上认为若无法避免输水过程中的气体存在,采用较小的液相折算速度和管径时,由气团引起的压力波动随之变小,认为此时管道更为安全.     

弱光胁迫对滴灌玉米叶绿素荧光及生长特性的影响

以新疆主播品种新玉9号为供试品种,采用人工控光来模拟不同强度的光照条件,在全生育期、抽雄吐丝期、成熟期分别进行20%、50%和70%的遮阴处理,研究不同生育期弱光胁迫下玉米的光合生理机制。研究表明,遮阴处理后,玉米叶片叶绿素相对含量SPAD值显著增加,荧光参数ΦPSII、Fv/Fm和qP升高,NPQ降低,且随着遮阴程度的增加其变化越显著,解除遮阴处理后逐渐恢复至对照(CK)水平。遮阴处理后玉米干物质积累和产量均不同程度减小,全生育期遮阴玉米株高、茎粗、叶面积和产量均显著减小,抽雄吐丝期和成熟期遮阴玉米雌穗变化显著,株高、茎粗和叶面积变化不显著。与CK相比,全生育期遮阴、抽雄吐丝期遮阴和成熟期遮阴对玉米生长发育进程也有明显影响,全生育期遮阴和抽雄吐丝期遮阴延迟玉米生育进程,成熟期遮阴提前玉米生育进程。     

不同粉垄深度和春灌灌水量对土壤水盐运移规律影响研究

为了解决南疆干旱区盐碱地改良问题,探讨不同粉垄深度和灌水量在春灌期间对土壤的水盐运移规律.基于新疆图木舒克市盐碱地试验田,以传统翻耕CK(20 cm)为对照,设置3个粉垄深度S1(40 cm)、S2(60 cm)、S3(80 cm)和3个灌水量W1(2400 m3/hm2)、W2(3000 m3/hm2),W3(360...