喷灌水量分布均匀性评价指标的试验研究

利用多喷头组合喷洒试验研究了分布均匀系数ＤＵ与喷灌均匀系数ＣＵ之间的关系。试验表明,ＤＵ随ＣＵ的增大而线性增加,当ＣＵ等于规范规定值７５％时,ＤＵ值约为６６％。通过田间试验探讨了喷灌均匀系数对水量在土壤中分布均匀程度的影响。发现喷灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布均匀得多,这一结果为合理降低喷灌均匀系数设计值提供了一个新的研究空间。该文还对作物冠层对喷灌水量分布的影响进行了田间试验,结果指出,冠层截留可以使喷灌水量分布的均匀性得到一定程度的改善。     

玉米冠层对喷灌水量空间分布的影响

作物冠层对喷灌水量分布的明显影响，为了弄清楚作物冠层对喷灌水量分布的影响作用，该文以春玉米为研究对象，进行了多组试验，初步探讨了在不同生育期玉米冠层上部与下部水量的分布情况。田间试验结果表明，玉米冠层对喷灌水量近地表附近分布均匀度有很大影响。喷灌水量到达玉米冠层后，通过4种途径落向地面，即：秆径流水量、叶尖水量、叶下水量和行间水量。这4部分水量在其分布点上的均匀程度很高，但作为一个整体，其水量的连续分布均匀性则很差。可见冠层对喷灌水量分布的影响不容忽视，有必要进一步弄清它们之间的影响机理，这将为喷灌制度的设计提供重要依据。     

基于弹道理论坡地喷灌水量分布模拟及均匀度计算

为解决坡地喷灌水量分布实测困难的问题,该文基于弹道轨迹方程,考虑水滴运动蒸发,通过三维坐标系降维转化,计算坡地喷灌水滴空间运动轨迹,以平地实测水量分布为基础,根据水量平衡原理,建立坡地喷灌水量分布计算模型。结果表明,实测与模拟的水量分布、射程的相对误差小于9%和5.04%,说明建立的模型能够准确反映坡地喷灌水量分布规律,具有一定的可靠性,可应用于坡地喷灌系统设计。以雨鸟LF1200喷头为研究对象,应用模型重点分析地形坡度、喷头布置方式、间距和工作压力等因素对喷灌均匀度的影响,结果表明,在95%的置信度下,地形坡度、喷头工作压力、布置方式和间距对喷灌均匀度的影响均呈显著水平,其中喷头工作压力影响最大,布置方式和喷头间距影响次之,地形坡度影响最小,且在一定坡度范围内,地形坡度对喷灌均匀度的影响远小于工作压力、喷头布置方式和间距。在坡地喷灌系统设计时,如果选用雨鸟LF1200喷头,须保证喷头在正常工作压力下运行,不宜低压作业,应优先考虑方形布置,在兼顾系统成本和喷灌质量时,建议喷头间距宜为其平地射程的0.8倍,且喷头不宜在15°以上的坡地作业。研究可为坡地喷灌系统规划设计提供参考。     

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量影响的研究现状

喷灌均匀系数对土壤水分空间分布及作物产量的影响是制订喷灌均匀系数设计标准的重要依据,该文综述了这方面的研究成果。对喷灌条件下土壤含水率分布规律的数学模拟和田间试验研究都表明,水分在土壤中的再分布使得作物根区土壤含水率的均匀系数明显大于喷灌洒水均匀系数。目前关于喷灌均匀系数对作物产量影响的研究以模拟为主,现有模型的不足之处是未考虑喷洒水量在土壤中的再分布对提高土壤含水率均匀系数的作用。由于试验资料缺乏,模型所得结果难以验证,因此也很难在实际中应用。现阶段的工作重点是探明土壤含水率均匀系数和深层渗漏量与喷灌均匀系数的定量关系,开展喷灌均匀系数对作物产量影响的田间试验     

喷灌施肥均匀性对冬小麦产量影响的田间试验评估

喷灌均匀系数是喷灌系统设计的重要参数,而喷灌洒水与施肥的均匀性对作物产量的影响是确定均匀系数设计值的重要依据。在喷灌施肥的试验中测定了冠层以上承雨筒内肥料溶液浓度和水量的分布,在冬小麦收获时测定了植株的全氮量。结果指出,肥料溶液浓度的均匀系数一般高于水量和肥料施入量的均匀系数。通过分析化肥施入量与灌水量的统计分布规律发现,它们都可以用正态分布来表示。田间试验结果还表明,对华北平原种植的冬小麦而言,在试验的喷灌均匀系数变化范围内（62%～82%）,喷灌洒水及施肥的均匀性对产量的影响不明显,现行规范规定的喷灌均匀系数设计值（CU≥75%）是偏于安全的。     

喷灌均匀系数对作物产量影响的模拟研究

在假定喷灌水量符合线性分布的条件下,提出了一种研究作物产量与灌水均匀系数关系的模型。模拟结果表明,对一定的灌水量来说,作物产量随均匀系数的增大而增加。以净效益最大为原则,用所提出的模型研究了不同灌水均匀系数时的最优灌水量。结果指出,最优灌水量随均匀系数的增大而减小,但随产品价格与水的造价比值的增大而增大。该模型还用来确定不同灌水量时的最优灌水均匀系数,结果表明,最优灌水均匀系数随灌水量的增大而增大,但当毛灌水量与要求灌水量之比超过０．８５时,最优灌水均匀系数稳定在９０％附近     

喷灌施肥灌溉均匀性对土壤硝态氮空间分布影响的田间试验研究

在2002～2003年冬小麦生育期内进行了喷灌施肥条件下均匀系数对土壤水氮时空分布及淋失影响的田间试验。试验中,喷灌均匀系数设置低、中、高三个处理,灌溉季节内的平均喷灌均匀系数分别为72%、79%和84%,施肥灌溉均匀系数分别为71%、78%和85%。对70和90 cm深度处的土壤水势进行了监测以评估均匀系数对水氮淋失的影响,结果表明,在所研究的喷灌均匀系数范围内深层渗漏量很小。试验结果还指出,土壤硝态氮随时间和空间表现出很强的变化特征,均匀系数变化范围为23%～97%,变差系数的变化范围为0.04～1.00;灌溉季节内土壤硝态氮分布的均匀性主要取决于初始硝态氮分布的均匀程度,而喷灌均匀系数对土壤氮素的空间分布无明显影响。     

喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响

为研究喷灌均匀系数对土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响,进一步探讨喷灌条件下适宜耕作措施,于2018—2019年冬小麦生长季进行试验,试验设置旋耕(RT)、深松(ST)、深翻耕(CT)3种耕作处理,在每个处理选取18 m×18 m区域将其划分为9个6 m×6 m的小区作为试验区。结果表明:在3种耕作方式下历次喷灌均匀系数均值在63.91%~76.83%,而表层土壤含水量均匀系数均值依然可以达到84.20%~89.83%,较前者高14.48%~31.75%;冬小麦产量均匀系数较历次灌溉均匀系数均值高出9.99%~23.79%,比累计灌溉均匀系数低2.11%~7.85%,与表层土壤含水量均匀系数均值相差0.82%~6.04%。与RT相比,ST和CT处理产量分别提高9.38%,13.22%,水分利用效率分别增加10.61%,12.88%。即相较于历次灌溉均匀系数,冬小麦产量均匀系数受累计灌溉均匀系数与表层土壤含水量均匀系数均值影响更大,且ST、CT为该灌溉条件下适宜的耕作方式。     

摇臂式喷头组合喷洒均匀性的改进

该文针对摇臂式喷头副喷嘴为圆形,径向水量分布中部较高不利于组合的问题,根据水射流原理,设计出一种新型结构的副喷嘴,其上端设有盖板,起到阻挡水流的作用,使副喷嘴水流射出后主要分散在近处,从而有利于提高组合喷洒的均匀性。分别对15PY、20PY、30PY摇臂式喷头副喷嘴改进前后的水量分布进行了对比试验,同时,以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒匀性系数。结果表明：副喷嘴的改进消除了改进前喷头中间部分水量,使径向水量分布呈“三角形”。改进副喷嘴后提高了均匀性系数,不同组合间距下的值均为80%以上,平均喷灌强度符合喷灌规范中的要求。最后,提出副喷嘴改进后15PY,20PY,30PY摇臂式喷头的最佳组合间距分别为1.2R,1.3R,1.1R,计算出组合均匀性系数值分别为85.6%,86.3%,85.3%。改进后的副喷嘴对喷洒均匀性有较好的改善作用。     

喷灌均匀系数对冬小麦需水规律的影响

利用田间试验研究了不同喷灌均匀系数条件下的冬小麦耗水规律及喷灌蒸发漂移损失。试验设置低、中、高喷灌均匀系数处理,喷灌均匀系数的变化范围为62%～82%。试验结果表明,在北京地区冬小麦生育期内,喷洒水利用系数的变化范围为0.64～0.86,利用系数随喷灌均匀系数的增大而增大,随风速的增大而降低。低均匀系数处理的冬小麦耗水量高于高均匀系数处理。试验结果还表明,在所研究的喷灌均匀系数范围内,均匀系数对产量的影响不明显。     

仿形喷洒变量施水精确灌溉技术研究进展

仿形喷洒变量施水技术的概念是作者提出用来表示根据被灌溉地块或区域形状变化的要求实现变量施水的一种精确灌溉技术,具有提高灌溉质量和效率,降低灌溉系统成本的潜在优点.该文分类介绍了这种技术的实现原理、优缺点和适用范围,给出了仿形喷洒变量施水喷头流量射程调节器的一般组成和实现方式.指出了今后这种技术的研究重点应集中在以下3个方面:加强仿形喷洒变量施水喷头关键部件结构尺寸对其性能参数影响的理论和试验研究,为喷头优化设计提供依据;尽快开发应用于园林景观喷灌的地埋式仿形喷洒变量施水喷头产品;积极开展应用于大田喷灌的高均匀度仿形喷洒变量施水喷头组合喷灌技术的研究,以降低现有喷灌工程中喷头和管道的布置密度.     

考虑滴头堵塞位置的灌水均匀系数模型优化

为准确评价堵塞对滴灌工程灌水均匀性的影响,从确定采样点布置方式入手,利用HYDRUS-2D模拟不同堵塞情况下的土壤水分状况,首先分析灌水均匀性与土壤水分分布均匀性之间的关系,然后以土壤水分分布均匀系数为依据,在考虑滴头堵塞位置的基础上对灌水均匀系数模型进行优化,最后通过温室灌溉试验进行验证。结果表明,取样点布置方式对土壤水分分布均匀系数影响显著,适宜的取样间距和深度分别为60 cm及地表下20 cm。土壤水分分布均匀系数与不同灌水均匀系数之间存在良好的线性关系,且随着堵塞滴头数量的增加,堵塞滴头位置分布情况对土壤水分分布均匀性的影响增大。小区灌溉试验结果表明,当堵塞滴头数量较多时,土壤水分分布均匀系数与考虑滴头堵塞位置的优化灌水均匀系数具有较高的相关性,优于原指标,可较好反映由堵塞滴头位置改变引起的土壤水分分布均匀性变化,故在评价滴灌系统灌水均匀性时宜使用优化均匀系数。     

地下滴灌系统施肥灌溉均匀性的田间试验评估

该文对影响地下滴灌系统性能的两个重要因素施肥装置类型和滴灌带埋深进行了田间评估.施肥装置包括国内外常用的压差式施肥罐、文丘里施肥器和比例施肥泵三种类型,滴灌带埋深包括0、15和30 cm 3个水平.结果表明,滴灌带埋深与施肥装置类型对滴头流量和灌水量均匀性的影响均未达到显著性水平(a=0.05),而施肥装置类型对施肥量均匀性的影响达到极显著水平(a=0.01).对给定的毛管埋深而言,压差式施肥罐的施肥量变差系数高于比例施肥泵和文丘里施肥器.对不同施肥装置的施肥量变差系数与灌水量变差系数之间关系的回归分析结果指出,比例施肥泵和文丘里施肥器的施肥量变差系数与灌水量的变差系数相当,但压差式施肥罐的施肥量变差系数比灌水量变差系数大40%左右.因此在进行微灌系统设计时应将施肥装置类型和性能作为一个因素加以考虑,并宜优先选用输出肥液浓度恒定的施肥装置.     

滴灌压差施肥系统灌水与施肥均匀性综合评价

为优化滴灌压差施肥系统的设计与运行,通过田间试验综合评价了施肥罐两端压差(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 MPa)和管道布置方式(纵向一端、纵向中间、横向一端和横向中间供水)对系统灌水与施肥均匀性的影响。结果表明,施肥罐两端压差与管网布置方式对灌水均匀性的影响均不显著,但管道布置方式对灌水均匀性的影响强于施肥罐两端压差。对于纵向一端和纵向中间供水,施肥罐两端压差对施肥均匀性的影响达到显著水平(P0.05),而横向一段和横向中间供水时施肥罐两端压差对施肥均匀性影响不显著。总体而言,滴灌压差施肥系统灌水均匀性优于施肥均匀性,横向供水方式均匀性高于纵向供水方式。为了同时保证滴灌压差施肥系统灌水与施肥的均匀性,建议优先采用横向供水管道布置方式,同时尽量降低施肥罐两端差压,延长系统施肥时间。     

喷灌均匀性和灌水量对冬小麦冠层下水量分配的影响

为研究冬小麦冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨不同灌水量下喷灌均匀性对土壤含水率空间分布、冬小麦生长状况及产量的影响,该研究于2020-2021年在常州市金坛区开展了冬小麦田间喷灌试验。该试验依据作物需水量设置3个灌水量（充分灌溉、2/3需水量、1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（高：75%、低：55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测量喷灌水量分布,并对喷灌后的土壤含水率（Soil Water Content,SWC）、冬小麦生长状况及产量的空间分布进行了监测。结果表明,冠层上喷灌均匀性比冠层下高约1.5%。喷灌水经冬小麦冠层再分配后所形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%。冠下穿透流率和茎秆流率与冬小麦的冠层特征（叶面积指数、株高）极显著相关（P<0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。喷灌后24 h,0～20 cm深度土壤水分的变化与冬小麦产量及产量变异系数显著相关（P<0.05）。低喷灌均匀性会导致区域性缺水（SWC<65%田间持水量）,引发小范围减产,产量变异系数增大,减少灌水量则会加剧这一现象,冬小麦显著减产,灌水量对产量的影响占主导作用。研究结果可为冬小麦的喷灌设计提供理论依据。     

大型灌区节水水平评价指标体系构建与实证

灌区是中国农业节水的主战场,对灌区节水水平进行评价可为灌区现代化改造提供借鉴与指导,合理适用的评价指标体系是进行灌区节水水平评价的核心内容。针对当前灌区评价指标选取存在的冗余、不完备的问题,为构建满足简洁性与完备性的反映灌区节水水平的评价指标体系,该研究从工程节水、田间节水、用水管理、水资源保护及用水效益5个方面初步建立了大型灌区节水水平评价指标体系,利用筛选模型从70个指标中优选出了23个灌区节水评价指标,表达了86.42%的信息,使最终的指标体系兼具简洁性与完备性,并对河南省沿黄渠村灌区、彭楼灌区、广利灌区、大功灌区4处大型灌区进行了节水水平实证研究。结果表明,4处灌区相应的节水评价指数分别为0.666、0.730、0.657、0.616,其中彭楼灌区由于具有较高的骨干渠系配套程度和明显的工程节水优势使其整体节水水平较高,渠村灌区和广利灌区的节水水平次之,大功灌区的节水水平相对较低;受益于大型灌区续建配套与节水改造项目4处灌区在工程节水方面表现相对较好,评价结果与实际情况相符,表明该研究构建的节水水平评价指标体系科学合理;为进一步提升灌区的节水水平,4处灌区需加强用水管理水平、增加用水效益以及注重水资源保护建设。研究成果为科学评估大型灌区节水建设提供了一种有效的方法,并对推进农业节水化进程具有积极的指导作用。     

变量喷头实现均匀喷灌的研究

研究了为保证均匀喷灌,变量喷头各水力性能参数之间应具有的理论关系。采用极限理论和二重积分的数学方法推导了描述变量喷头转速、流量和射程之间瞬时变化关系的工作方程。结果表明,变量喷头的流量与射程平方和转速的乘积成正比。以方形喷洒域变量喷头为例,推导了方形喷洒域变量喷头射程随转角变化的理论方程,然后应用变量喷头工作方程推导了方形喷洒域变量喷头理论流量和转速方程。该文的研究结果为变量喷头及方形喷洒域变量喷头的设计提供了理论依据。     

全补偿微灌系统灌水均匀度参数之间的关系分析

该文采用数理统计学方差估计理论，针对全补偿微灌系统的灌水均匀度系数进行了研究分析，从理论上推导出全补偿微灌系统均匀度系数与流量偏差系数之间基本关系式，同时采用传统的随机数字模拟方式对导出的公式进行了验证和分析，并且探讨了均匀度系数和流量偏差率之间的关系规律，最后通过实例说明了上述公式的运用价值。该研究成果为全补偿微灌系统的设计、工程灌水均匀度评价和补偿式灌水器制造偏差控制等提供了参考依据。