利用盘式吸渗仪确定土壤水力学参数研究进展

各种农业措施显著影响土壤的物理性质,特别是土壤水力学参数。随着计算机模型广泛用于土壤物质迁移的预测预报,准确确定土壤水力学参数成为一项重要的研究任务。盘式吸渗仪作为一种简便实用的仪器正被广泛用于田间土壤水力学参数的测定。国内外学者研究了稳态、瞬态和反推等方法,利用盘式吸渗仪来确定土壤近饱和导水率、吸渗率和水分特征曲线。同时该仪器可以用于田间测定土壤孔隙分布状况,以及两区模型中的参数。笔者对国内外有关盘式吸渗仪研究从相关理论和应用方面进展进行了综述,并对田间测定操作中注意的问题进行评述,指导田间试验以获得准确的测定数据。盘式吸渗仪在田间测定土壤孔隙,特别是大孔隙流方面有独特的优点,但是其并未在中国不同质地土壤上得以广泛应用。     

不同补水方式下砂壤土渗滤系统对硝态氮去除效果

在水资源短缺的北京地区利用再生水回补城市河湖,一方面对于水资源的可持续利用有着十分重要的作用,另一方面也可能带来地下水环境的潜在污染风险.该文采用100 cm砂壤土柱模拟(河湖岸底)土地渗滤系统,设置定水头淹水、交替淹水落干、定流速补水和侧向补水4种不同再生水回补方式,研究再生水中硝态氮(NO3-N)在土地渗滤系统中的去除效果和迁移转化规律.结果表明,当水力负荷在0.25~2.65 cm/d范围内时,渗滤系统对NO3-N的去除率随着水力负荷的增大而减小;侧向补水方式下渗滤系统对NO3-N的去除效果最优,平均去除率高达96.1%.在定水头淹水和侧向补水方式下,系统对NO3-N的去除主要发生在土柱的上部,而交替淹水落干和定流速补水条件下,土柱中下部对NO3-N也有一定的去除作用.渗滤系统对NO3-N的去除主要取决于系统内部微生物的分布情况,土层中的反硝化细菌数量越大,该土层对NO3-N的去除率就越高.当水温在15~32℃范围内变化时,定水头淹水和交替淹水落干补水方式下,系统对NO3-N的去除率与温度分别呈指数和幂函数关系.该研究表明土地渗滤系统可实现再生水的进一步净化处理,可为再生水安全回补河湖提供参考.     

Gully erosion and environmental change: importance and research needs

Assessing the impacts of climatic and, in particular, land use changes on rates of soil erosion by water is the objective of many national and international research projects. However, over the last decades, most research dealing with soil erosion by water has concentrated on sheet (interrill) and rill erosion processes operating at the (runoff) plot scale. Relatively few studies have been conducted on gully erosion operating at larger spatial scales.Recent studies indicate that (1) gully erosion represents an important sediment source in a range of environments and (2) gullies are effective links for transferring runoff and sediment from uplands to valley bottoms and permanent channels where they aggravate off site effects of water erosion. In other words, once gullies develop, they increase the connectivity in the landscape. Many cases of damage (sediment and chemical) to watercourses and properties by runoff from agricultural land relate to (ephemeral) gullying. Consequently, there is a need for monitoring, experimental and modelling studies of gully erosion as a basis for predicting the effects of environmental change (climatic and land use changes) on gully erosion rates.In this respect, various research questions can be identified. The most important ones are:

What is the contribution of gully erosion to overall soil loss and sediment production at various temporal and spatial scales and under different climatic and land use conditions?

What are appropriate measuring techniques for monitoring and experimental studies of the initiation and development of various gully types at various temporal and spatial scales?

Can we identify critical thresholds for the initiation, development and infilling of gullies in different environments in terms of flow hydraulics, rain, topography, soils and land use?

How does gully erosion interact with hydrological processes as well as with other soil degradation processes?

What are appropriate models of gully erosion, capable of predicting (a) erosion rates at various temporal and spatial scales and (b) the impact of gully development on hydrology, sediment yield and landscape evolution?

What are efficient gully prevention and gully control measures? What can be learned from failures and successes of gully erosion control programmes?

These questions need to be answered first if we want to improve our insights into the impacts of environmental change on gully erosion. This paper highlights some of these issues by reviewing recent examples taken from various environments.     

典型工况下装载机液压系统载荷时间历程的制取方法

针对目前装载机发动机与液力变矩器功率匹配存在的缺陷,该文构建了装载机液压测试系统,确定了传感器压力信号与转矩间的定量关系。在分析确定装载机典型试验工况为铲装工况、采样频率为1000Hz与样本长度为60个作业循环的基础上,按照规范对装载机进行了实机试验,应用Vib’SYS和nSoft软件对试验数据进行了分段与合并处理、滤波与去异值处理以及数据平稳性检验,研究了装载机典型工况液压系统载荷时间历程的制取方法,并给出了铲掘原生土时液压系统消耗发动机转矩的单次典型循环时间为87.304s的载荷时间历程,该研究为装载机优化匹配设计提供依据。     

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

不同结构滴灌双向流道灌水器抗堵性能对比试验

该文开展滴灌双向流道抗堵性能研究,以提高灌水器对含沙率较高的地表水源的适应性。试验浑水含沙率为30 g/L,经20次浑水试验,设置3种结构参数不同的双向流道灌水器(1#,2#,3#),并对比迷宫式流道灌水器的水力性能和抗堵性能。结果表明:1#、2#、3#双向流道浑水流量分别为清水流量的77.44%,83.35%,85.43%,而迷宫式流道在12次试验后完全堵塞。双向流道灌水器与迷宫式流道灌水器的水力性能及抗堵性能差异显著,且双向流道的水力性能及抗堵性能均优于迷宫式流道;双向流道水力性能越好,抗堵性能越差;流道形式及结构参数是影响灌水器水力性能及抗堵性能的重要因素。试验结束后,观测流道泥沙沉积情况,发现泥沙沉积程度由前段(进口)到后段(出口)逐渐减少;采用电子显微镜分别获取流道前段、中段和后段沉积泥沙样品扫描图像,利用Image Pro Plus 6.0软件分析沉积泥沙样品的粒径组成,发现沿流道方向,粒径(29)0.03 mm的泥沙颗粒质量分数逐渐减小,粒径(27)0.005 mm的泥沙颗粒质量分数呈先减小后增加的趋势;流道沉积泥沙中粒径(27)0.03 mm的颗粒质量分数占92.23%~97.89%,此粒径范围的泥沙颗粒更易在双向流道内沉积,引起堵塞。     

锥-板环形水槽的研制及其在颗粒起动试验中的应用

在颗粒起动观测试验中,传统长直型水槽及环形水槽试验无法观测流体长期作用下的颗粒运动,依据锥-板转子流变仪原理,设计了一种锥-板环形水槽装置;采用无量纲拖曳力作为起动时的流体力学指标,结合CCD(电荷耦合组件,charge coupled device)成像技术及PIV(粒子图像测速,particle image velocimetry)技术,运用该装置对层流时无黏性均匀颗粒在流体长期作用下的运动形态及起动规律进行了观测,观测发现流体长期作用下颗粒的起动为连续的起动过程,存在2个不同的临界状态,分别为初始临界状态和饱和临界状态,初始临界状态下的起动拖曳力和经典Shields曲线的取值基本一致,饱和临界状态下的起动拖曳力明显高于Shields曲线的取值,表明锥-板环形水槽是一种合理有效的颗粒起动观测装置,特别适用于流体长期作用下的颗粒起动规律研究。     

工作压力对滴灌管迷宫流道灌水器水力性能的影响

降低滴灌系统灌水器工作压力有望成为减少滴灌系统能耗以及运行费用的一种有效途径,但目前低压灌水器还十分少见。基于此,选取了国内应用较为广泛的5种典型迷宫流道灌水器,分析了不同工作压力区间对灌水器水力性能及消能特征的影响。结果表明：5种灌水器在低压条件下运行对于灌水器流量系数Kd和流态指数x具有一定影响,但对于流态指数x的影响未达显著水平。同一流道类型的灌水器流量系数Kd与无量纲数A/L2呈显著的线性相关关系,不同流道类型之间差异显著。5种灌水器流道内流态为紊流,未发生流态转捩行为,采用常规管道流态转捩雷诺数2200去判断流道内流态是不合适的。     

黄土区土质道路人工降雨及放水试验条件下产流产沙特征

为了研究土质路面草本植被降低水土流失的作用,采用室内人工降雨及放水试验的方法比较了裸露路和植物路的产流产沙过程及径流水动力学特征,结果表明：相对于裸露路,不同覆盖度植物路总径流量降低幅度为3.94%～ 25.10%,总泥沙量降低幅度为9.65%～45.69%;在大致相同放水量条件下,植物路的土壤侵蚀速率、径流流速和过水断面单位能量均低于裸露路;植物路的Darcy-weisbach阻力系数和曼宁糙率系数分别是裸露路的2.62～9.00倍和1.74～ 3.53倍;植物路通过降低径流流速、减小过水断面单位能量和增大路面粗糙度及径流阻力起到减轻道路侵蚀的作用。该文为广大土质山坡道路侵蚀防治和植物路铺设提供理论支持。