节水灌溉中土壤水运动模拟研究

定量研究水分在农田-植物系统中的循环和利用过程,是提出合理化农田水分管理措施的基础。基于HYDRUS-1D模型,对三种典型土壤(砂性壤土,壤土,黏性壤土)的灌溉方式进行数值实验,模拟灌溉后及灌溉24h之后的土壤剖面含水量变化和土壤表面的径流情况。结果表明,砂壤土在不产生径流的情况下,可以接受更大的灌溉速率进行灌溉,可以有更灵活的灌溉方式可供选择,灌溉入水量也比较多;壤土和黏壤土的灌溉方式选择单一;砂壤土中,最大灌溉深度为61cm,壤土、黏壤土的最大灌溉深度分别为34cm和18cm。灌溉后及灌溉24h之后的土壤剖面的湿润锋面变化明显,这就要求在对作物进行灌溉时应该考虑灌溉水在土壤中自身运动。本研究推算的不同类型土壤在不同条件下的需水量,可为不同根深的作物选择合理灌溉方式提供参考。     

非充分灌溉农田土壤水分动态模拟模型

系统阐述了非充分灌溉条件下农田土壤水分动态变化的二种模拟模型 ,即大田水量平衡模拟模型和土壤水运动模拟模型 ,提出了农田计划湿润层土壤含水量非线性变化的计算方法 ,结合实例对二种模型进行分析比较 ,为非充分灌溉决策提供了新的理论依据。     

灌水频率和灌溉定额对膜下滴灌棉花生长及产量的影响

为探究棉花灌水频次和灌溉定额时膜下滴灌棉花生长及产量的影响,进行了农艺性状监测、产量实测定实验.研究表明:在16、12、8次这3种灌水频次和4种灌溉定额(6 000、5 250、4 500、3 750 m3/hm2)的12种组合下,高灌水频次(16次)时小灌溉定额(4 500、3 750 m3/hm2)的水分生产率较高...     

基于HYDRUS—2D的负压灌溉土壤水分入渗数值模拟

依据土壤水动力学理论,结合负压灌溉条件下土壤水分运动特征,建立了土壤水分入渗模型。利用HYDRUS-2D对所建模型求解,并模拟在负压地下灌溉下,水分在土壤垂直剖面随时间的入渗变化规律。将模拟结果与试验测量结果进行对比验证,结果表明,两者相对误差为2%~4%,所建模型可以有效描述负压地下灌溉条件下土壤水分入渗规律。利用该模型模拟研究了不同灌水器半径(8、10、12 cm)和不同土质(北京地区土壤和基质)下土壤水分的入渗情况。结果表明:灌水器半径是影响土壤水分入渗的显著性因素。灌水器半径越大,水分入渗速率越快。灌水器尺寸对入渗起始时的入渗延迟有较大影响,灌水器半径越大,延迟越小。土壤水分入渗速率与灌水器半径呈正相关。     

不同灌溉定额对膜下滴灌棉花土壤盐分分布的影响研究

开展了不同灌溉定额对土壤盐分分布影响的试验研究。结果表明,灌溉定额越大,盐分运动和分布所受到的影响越大,盐分水平方向运动越远,相同距离处土壤盐分含量相对越低,垂直方向,土壤盐分向耕作层以下运移并发生聚积,毛管附近土壤盐分淋洗范围和淋洗程度均越大,远离毛管宽行距盐分聚集范围越大且较深。灌溉定额越小,浅层土壤盐分积盐率越高,毛管附近土壤盐分淋洗范围和淋洗程度均越小,远离毛管宽行距盐分聚集范围越小且较浅。     

不同灌溉定额对地下滴灌无膜移栽棉花生长和产量的影响

通过小区试验,开展不同灌溉定额对新疆地下滴灌无膜移栽棉花生长和产量影响的研究,以期为滴灌棉花水分高效利用提供理论基础.试验结果表明,地下滴灌条件下,无膜移栽棉花的生长发育情况和产量均随灌溉定额的增加而增大,但并非呈直线增加趋势,以小定额处理棉花生长和产量较低,而中等定额处理的棉花生长和产量较高,其产量和大定额处理棉花差别不明显,且水分利用率较高.综合考虑水分利用率的情况下,采用390～450 mm的中等定额灌溉水平更利于地下滴灌无膜移栽棉花获得较高的产量.     

引黄灌溉对商丘地区浅层地下水位动态影响研究

利用人工神经网络技术，对商丘地区引黄灌溉与地下水位的动态进行分析预测，进行定量化研究。研究结果表明，该方法能较好地符合实际地下水位的年际变化。     

基于HYDRUS-3D模型的微润灌溉土壤水分入渗模拟

掌握土壤水分入渗规律对于合理制定灌溉方案、设置灌溉参数和改进灌溉技术有重要意义。为探究微润灌溉条件下土壤水分入渗规律,利用HYDRUS-3D有限元模型对微润灌溉下土壤水分入渗进行了数值模拟,讨论了初始压力水头和土壤质地对土壤水分入渗的影响。数值模拟结果显示：在土壤水分入渗的垂直剖面上湿润体以微润管为中心呈同心圆状向外扩散,扩散速率与初始压力水头呈正相关。模拟试验周期为36h,分3个时间段进行土壤水分扩散速率的计算,0~5h内土壤水分平均入渗速率为1.85cm/h,6~15h内的平均入渗速率为0.79cm/h,16~36h内的平均水分入渗速率为0.59cm/h。土壤含水率最大值出现在微润管周围,向外围呈减小趋势。相同时间内土壤湿润峰运移距离随初始压力水头的增大而增大,微润灌溉下水分入渗速率在3种质地的土壤（砂壤土、壤土、粘壤土）中依次增大,并测得在压力水头为-180cm时整个模拟周期中3种质地土壤的平均水分扩散速率分别为：0.69、0.53、0.46cm/h。研究表明,土壤含水率和水分扩散速率随压力水头的增大而增大,随土壤黏粒含量的增大而减小。     

干旱区枣园土壤水分运动及深层渗漏数值模拟

根据TRIME与Hydra土壤水分监测仪监测枣园土壤含水率、TRAC冠层仪测定叶面积指数、Vantagepro2气象站监测气象数据等资料,开展了枣园土壤水渗漏试验.借助HYDRUS-1D模型对枣园传统地面灌条件下的土壤水渗漏规律进行模拟,经检验,模型模拟土壤层20,40,60,80 cm时,土壤含水率模拟值与实测值相关系数分别为0.94,0.94,0.92,0.71.利用模型分析了研究区地面灌条件下的土壤水渗漏特征和田间灌溉水量的转化关系,改进灌溉模式可大幅减少灌溉水量,提高水分的利用效率.     

小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析

针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点,探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度,将有效湿润区域划分为4个子区域,得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下,建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟,通过对比分析模拟结果和试验数据,证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析,结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时,有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求;以田间持水量的60%作为小麦灌水下限,有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率;在铺设间距440 cm时,根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数,同时为小麦节水灌溉提供理论参考。      

宽垄沟灌土壤水分累积入渗特性试验研究及模拟

为了探究宽垄沟灌土壤水分累积入渗变化特性,在大田试验的基础上,利用HYDRUS-2D软件模拟并结合理论分析和数值模拟的方法,重点研究了单宽入沟流量为0.5 L/(s·m),灌水15 min后,宽垄沟灌不同沟宽(40,50,60 cm)与沟深(20,25,30 cm)对宽垄沟灌土壤累积入渗量随时间变化的影响.结果表明:沟...     

基于HYDRUS-3D的涌泉根灌土壤入渗数值模拟

针对涌泉根灌流量大且出流边界为柱状,与传统滴灌、渗灌等存在很大差异的问题,依据非饱和土壤水动力学理论,并结合涌泉根灌条件下土壤水分运动特征,建立了具有柱状出流边界的入渗模型,利用HYDRUS-3D对模型进行求解,所建模型通过土壤剖面含水率随时间变化的实测值与模拟值的对比进行验证.结果表明:模拟值与实测值的相对误差在10％以内,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为涌泉根灌系统的合理设计及运行提供理论依据.通过数值模拟方法研究了流量、套管开孔长度对土壤含水率的影响,发现流量越大,水分运移速率越大,随着时间推移流量所引起的差异减小;灌水量相同时,灌水结束后土壤湿润体范围随流量增大略有减小;开孔区长度增加对湿润体形状、大小没有显著影响,但对土壤湿润体内水分分布状况影响较大.     

灌溉时段及水温对膜下滴灌棉花生长及产量的影响

为探究不同灌溉时段及水温对膜下滴灌棉花生理特性及产量的影响,设置4个灌溉水温梯度分别为15.00(正常灌溉水温),20.00,25.00,30.00℃,2个灌溉时段分别为日间、夜间(分别记为DW,NW)进行完全组合设计,共计8个处理.结果表明,增温灌溉提前了棉花生育进程,促进了棉花株高、茎粗、叶面积增长,有利于棉花光合作用的进行,且在夜间进行增温灌溉效果更显著.增温灌溉使棉花产量显著提高2.95%～14.13%,夜间灌溉较日间灌溉棉花产量平均提高3.34%.基于回归分析确定提高棉花产量的最佳灌溉时段为夜间,最佳灌溉水温为26.38℃,对应的产量为7 482.96 kg/hm².该研究可为北疆膜下滴灌棉花实施增温灌溉技术提供理论依据和技术参考.     

某地国家储备林土壤含水量变化规律研究

以河南省某地2年生杜仲树为研究对象,在树盘式灌溉条件下,利用根系分布土层放置的土壤温湿度传感器和智能采集器对土壤体积含水量进行实时监测,分析土壤含水量在不同灌水定额条件下的动态变化规律,根据动态变化规律来确定相对应的灌水周期.试验结果表明:各个测点的土壤含水量在灌水后12h均高于田间持水量;灌水后10d各测点土壤体积含...     

初始含水率对涌泉根灌土壤渗透特征的影响

为探索初始土壤含水率对涌泉根灌过程中湿润锋运移和土壤水分分布的影响,合理确定灌水技术参数,配置了5种不同初始土壤含水率,采用室内土箱模拟试验方法,研究了土壤初始含水率对涌泉根灌均质土壤水分扩散的影响.结果表明：涌泉根灌条件下,初始含水率对湿润体形状的影响不大,对其大小有明显影响;土壤表面湿润时间与初始含水率呈递减关系,土壤表面湿润半径、湿润体水平与垂直距离的增长速度均随着土壤初始含水率的增大而增大;土壤初始含水率越大湿润体内水分分布越均匀;试验拟合的根据土壤初始含水率计算地表湿润半径、最大湿润体水平半径与垂直深度的经验公式,计算值和实测值之间误差较小,整体误差分别为0.63%,0.4%,0.83%和0.59%,0.12%,0.73%,可用经验公式推算涌泉根灌土壤水分渗透参数,作为涌泉根灌系统设计依据.     

亏缺灌溉对南疆棉花生长和水分利用的影响

针对南疆地区水资源短缺、作物水分利用效率低等问题,以棉花为试验材料进行田间小区试验,在棉花现蕾期、开花期以及结铃期分别设置3个亏缺灌溉水平(W₁:50%ET_c,W₂:65%ET_c,W₃:80%ET_c,ET_c为作物蒸发蒸腾量),以全生育期100%ET_c灌溉处理为对照(CK),研究膜下滴灌条件下,不同生育期亏缺灌溉对棉花生长、产量、氮素吸收和水分利用效率的影响.结果表明:现蕾期亏水对棉花株高、叶面积指数、地上干物质生长、氮素吸收和产量有不同程度的抑制效应,但复水后补偿效应显著,其中轻度亏水(W₃)在籽棉产量减少3.48%的条件下,WUE高达1.57 kg/m³,显著高于CK的1.48 kg/m³;开花期亏水,棉花的各项生长指标均有显著降低,复水后补偿效应不显著,不利于棉花生长发育;结铃期亏水对棉花地上干物质累积、氮素吸收和产量均有显著的抑制效应,但在W₂和W₃水平下,WUE均达1.51 kg/m³.综合考虑在保证棉花产量的同时达到节水增产的目的,可在棉花蕾期进行80%ET_c灌水,其他生育阶段实施充分灌溉,来控制营养生长,促进生殖生长,获得更高的水分利用效率.     

咸水灌溉对覆膜棉花生长与水分利用的影响

为了揭示棉花生长发育对咸水灌溉的响应特征,采用小区对比试验,研究了不同矿化度咸水灌溉对棉花出苗、株高、叶面积、果枝数、地上部干质量等形态指标以及产量构成、耗水量和水分利用率的影响.结果表明,棉花出苗率和成苗率随着灌溉水矿化度的增大而减小,但3 g/L灌水处理与对照间的差异不具有统计学意义,而5,7 g/L处理与对照间差异极具统计学意义.在移栽补全苗情况下,咸水灌溉对棉花形态生长指标产生了一定的抑制效应,灌溉水矿化度愈大,抑制作用愈大;对株高、叶面积和地上部干质量的影响在蕾期最明显,花铃期之后开始逐渐减弱;对果枝数和棉铃生长的影响程度随着棉花生育进程的推进而降低.处理间棉花的耗水量差异不具有统计学意义,籽棉产量和水分利用率的大小顺序,按灌水处理依次为3,1,5,7 g/L,其中7 g/L处理与对照间的差异具有统计学意义.与灌水前初始值相比,试验结束后1,3 g/L灌水处理的0~40 cm土层盐分未增加,5,7 g/L灌水处理则形成了积盐.研究结果可为咸水安全利用提供重要参考.     

Assessment and simulation of water and nitrogen transfer under furrow irrigation

The objective of this study is to simulate water and nitrogen transfers under two furrow irrigation technologies (every furrow irrigation (EFI) and alternative furrow irrigation (AFI)) on Chromic Luvisol in Sofia region, Bulgaria. A bi-dimensional water and solutes transport modeling approach, HYDRUS-2D model [Simunek, J., Sejna, M., Van Genuchten, M.T., 1999. The HYDRUS-1D and HYDRUS-2D codes for estimating unsaturated soil hydraulic and solutes transport parameters. Agron Abstr. 357] is adopted in order to consider the technology of irrigation and fertilization. The model is calibrated in six steps using detailed data observed in two cropped lysimeters. The data consist of water and nitrogen (N) profiles below ridge and furrow bed, precipitation, drainage and water/N uptake by plant. Hydrological components of the soil are derived from laboratory: water retention data (step (i)) and adjusted to field conditions when EFI is approximated by one-dimensional (step (ii)). Then a two-dimensional water flow is adopted in model simulations for parameter calibration and verification, under EFI (step (iii)) and under AFI technology (step (iv)). This model calibration and validation is then used to calibrate the solute transport parameters, that is the aim of step (v) and step (vi). EFI and particularly AFI technologies points out the necessary 2D model using for the N transfer simulation under specific fertilizer applications. Thus, this calibrated model allows predicting the impact of furrow irrigation practices and distribution uniformity on drainage and nitrogen leaching under the studied conditions.     

玉米地下滴灌适宜出苗灌水定额试验研究

为探索解决地下滴灌玉米出苗难的问题,通过土箱试验,对内蒙古自治区具有典型代表性的3种土壤,开展了毛管铺设参数(滴头流量、埋深)和灌水定额对地下滴灌湿润半径的影响规律试验,结合玉米播种深度、水分向上及向下运移的距离及种子周围土壤含水量,研究了玉米适宜出苗灌水定额,以提高出苗率,指导实际生产.结果表明:按显著性水平0.05检验,土壤类型和灌水定额均对土壤湿润半径影响具有统计学意义,而滴头流量和埋深对湿润半径影响不具有统计学意义.在黏壤土中,玉米出苗灌水定额37.5~52.5 mm基本可满足毛管埋深25~35 cm的出苗要求;在壤土中,玉米出苗灌水定额37.5 mm左右基本可满足毛管埋深25~30 cm的出苗要求,灌水定额52.5 mm左右基本可满足埋深30~35 cm的出苗要求;在砂壤土中,灌水定额22.5~37.5 mm基本可满足毛管埋深约25 cm的玉米出苗要求,灌水定额52.5 mm基本可满足毛管埋深25~35 cm的玉米出苗要求.     

基于地下水均衡的灌区合理渠井用水比例

基于地下水均衡模型,分析了陕西泾惠渠灌区不同频率典型年的地下水均衡状况,结果表明降水入渗补给、渠系渗漏及田间灌溉入渗补给、井灌回归补给是灌区地下水的主要补给源,占总补给量的85.99%~82.89%;而人工开采是灌区地下水的主要排泄途径,农灌地下水开采量、人畜和工业用水开采量占总排泄量的69.7%~72.86%.以2010年为现状基准年,2020年为规划水平年,结合灌区发展规划,设置了4种不同的灌区发展情景模式,运用所建立的地下水均衡模型计算了不同情景模式下的地下水位埋深,其变化范围为0~0.07 m;以地下水位变幅最小为准则,得出了不同频率典型年合理的渠井用水比例范围为1.49~1.53,从而为灌区地下水资源的高效持续利用提供了依据.