基于土壤入渗变异性的畦灌单宽流量优化

农田土壤入渗变异性给畦灌系统的设计和管理带来了困难.为进一步提高畦灌灌水质量,该研究利用已有考虑土壤变异条件下的畦灌灌水质量计算模型,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,扩展了模型的使用范围,并结合畦灌试验资料对其进行了验证;在此基础上分析了土壤入渗变异性对畦灌灌水质量的影响,提出了考虑农田土壤入渗变异条件下入畦单宽流量的确定方法.结果表明,文中扩展后的模型可用于计算异质土壤和均质土壤情景模式下的畦灌灌水质量指标,其计算值与田间实测值和WinSRFR软件模拟值一致性较好,相对误差均值分别为10％;土壤入渗变异对畦灌灌水质量的影响显著,贡献度高达56.71％～95.68％,其对灌水均匀度的影响最为敏感,其次为灌水效率和储水效率;基于均质土壤入渗条件下优化的入畦单宽流量,可用于异质土壤畦灌灌水流量设计,两者符合1∶1的线性关系.研究结果可为考虑农田土壤变异性的畦灌系统设计和管理提供理论依据和技术支撑.     

畦灌地表储水形状系数的变化规律

为了提高水量平衡模型模拟水流运动过程的精度。以水量平衡原理为基础,结合动力波（KW）模型,通过对其无量纲化,研究了畦灌过程中的地表储水形状系数变化规律并提出了估算其值的经验计算式。研究表明同一次畦灌过程中地表储水形状系数并非恒定值,而是随灌水时间和水流推进距离等因素变化的。结合已有文献资料验证,结果表明采用水量平衡模型模拟畦灌水流运动过程,考虑动态的地表储水形状系数取值,可有效提高模型的计算精度23.32%。同时也表明采用该文所建经验计算式估算畦灌地表储水形状系数值是可靠的。     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

基于土壤入渗参数空间变异性的畦灌灌水质量评价

畦灌灌水质量的客观评价是制定合理灌水方案的重要基础。该文假定土壤空间变异性主要体现在入渗系数的变化上,以在杨凌区一级阶地和三级阶地上进行的大田畦灌试验为例,分析土壤空间变异性对畦灌灌水质量的影响,并揭示畦灌灌水质量变化规律。结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率随入渗系数的变异系数增大均呈现下降趋势,其中灌水效率和储水效率下降幅度较小,而灌水均匀度下降幅度较大。由此说明土壤入渗系数的变异性对灌水均匀度影响最大,而对灌水效率和储水效率影响相对较小。该文的研究方法对畦灌灌水质量评价结果可更好地反映客观实际,从而为制定合理的灌水方案提供依据和技术支持。     

冬小麦膜缝畦灌综合技术参数的确定

通过对冬小麦膜缝灌水技术试验的资料分析,确定出灌水效率、灌水均匀度、储水效率均较高的膜缝畦灌的最佳技术参数组合,为冬小麦膜缝畦灌提供技术指导。     

基于畦面糙率各向异性的畦灌地表水流运动模型及其验证

选取合理的畦面糙率模型,对于利用畦灌水流数值模型准确地评价和优化畦灌系统性能具有重要的理论与现实意义。该文利用二维全水动力学畦灌模型,采用张量逆运算等数学处理方法,在源项糙率矢量中构建畦面糙率各向异性模型,构建起基于畦面糙率各向异性的二维畦灌地表水流运动模型。基于典型畦灌试验结果对比分析糙率各向异性与各向同性畦灌模型的模拟效果。结果表明,与各向同性相比,所有实例各向异性糙率值下的水流推进过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小3.08～6.83百分点,水流消退过程实测与模拟值之间的平均相对误差值减小2.5～6.81百分点。采用各向异性糙率描述畦灌地表水流运动过程,可明显改善畦灌模拟效果,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了实用可靠的数值模拟工具。     

基于稳健设计理论的畦灌质量敏感性分析

针对畦灌系统运行管理水平和灌水质量较低的问题,该文应用稳健设计的基本理论,结合地面灌溉SRFR模拟模型,评价了畦田的灌水质量,模拟了单宽流量和入渗参数对灌水质量的影响,分析了灌水质量对各因素的敏感性。结果表明,对某一固定的畦田,单宽流量并非越大越好,单宽流量在4～7 L/(s·m)时,畦灌可以获得较高的灌水效率和灌水均匀度。灌水均匀度对入渗参数的敏感程度要大于灌水效率,灌水质量对入渗指数的敏感性大于入渗系数,增加单宽流量能够降低灌水质量对入渗参数的敏感程度。对灌水质量影响较大的因素依次为单宽流量、入渗指数     

基于SIRMOD模型的畦灌入渗参数估算及灌溉模拟

土壤入渗参数是地面灌溉中制定灌溉制度、评价灌水质量的重要指标。针对现有估算方法存在计算工作量较大、精度不高的现状,根据田间实测资料,利用SIRMOD模型,对小麦畦灌条件下田间土壤入渗参数进行了估算。与用Maheshwari法计算结果较为接近,差异均在2.0%以内。根据估算的土壤入渗参数,应用SIRMOD模型进行了多组合灌溉模拟,在保证灌水质量较高的条件下,得出了在不同亏缺水量时的适宜灌水量和灌水流量,通过田间实例验证表明模拟效果较好。     

基于混合数值解法的一维全水动力学畦灌模型

数值模拟畦（沟）灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。该文采用时-空混合数值解法构建起一维全水动力学畦灌模型,并基于典型畦灌试验结果,对比分析采用混合数值解法和Roe有限体积法数值求解一维畦灌全水动力学模型在数值计算稳定性与收敛性、计算精度与效率间的差异,验证基于混合数值解法的模型模拟效果。结果表明,混合数值解法要比Roe有限体积法表现出更佳的数值计算稳定性和收敛性,形成的水平衡误差和平均相对误差相对较低,相同度量环境下的计算效率提高2倍以上。基于混合数值解法的一维畦灌全水动力学数值模拟方法可明显增强数值计算的稳定性和收敛性,有效提高了计算精度和效率,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了可靠的数值模拟手段。     

田面平整精度对畦灌系统性能影响的模拟分析

利用不同田面平整精度处理下获得的田间畦灌试验资料完成对地面灌溉模型SRFR的验证，在此基础上，针对不同的灌水时间条件设置，模拟3种典型地面平整状况下的水流推进与消退过程和畦田水分入渗分布状况，分析讨论田面平整精度对畦灌系统性能的影响。模拟结果表明，随着田面平整精度的改善，畦灌系统性能评价指标显著提高。与田面粗平状况相比，激光控制精细平地条件下的灌溉效率可提高34%，灌水均匀度可提高28%。     

沟灌管理参数优化策略比较与最优灌水时间估算

沟灌是中耕作物常采用的灌水技术,但灌水质量不高仍是目前存在的主要问题.为进一步提高沟灌灌水质量,该研究以在陕西省关中平原进行的45组沟灌试验为基础,结合数值模拟方法,量化比较了3种沟灌管理参数优化策略(策略1:仅对灌水时间优化;策略2:仅对入沟流量优化;策略3:同时对入沟流量与灌水时间优化)对灌水质量的提升效果,提出了...     

根据水流推进过程预测Horton入渗公式参数和田面平均糙率系数

通过分析畦田水流特征,结合Horton入渗公式,在满宁公式的基础上,根据水量平衡原理建立了利用水流推进过程确定土壤入渗参数和田面糙率系数的方法。同时,利用实验资料对所提出的方法进行了检验,结果表明利用该方法所推求的入渗参数和糙率系数,零惯量模型预测的推进过程和消退过程与实测数据相一致。     

基于主成分分析的畦灌质量评价

针对畦灌灌水质量影响因素和评价指标较多造成分析和评价困难的问题,基于大田灌水试验数据,使用主成分分析方法将各评价指标的加权和作为灌水质量综合主成分指标,并利用该指标评价和分析灌水质量。结果表明,灌水质量综合主成分可以代表96.74%的灌水质量变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性与客观性,可用于畦灌灌水质量的评价。利用灌水质量综合主成分作为指标分析表明,畦长和改水成数对灌水质量有显著的影响,各因子对灌水质量的影响从大到小依次为改水成数、畦长、坡度、单宽流量、灌水定额、入渗系数、粗糙系数和入渗指数,并且影响灌水质量的因子之间存在相互拮抗作用或相互协同的作用。     

区域尺度内畦沟灌溉灌水技术要素组合的优化研究

以陕西省杨凌区进行的大田灌水试验为基础,采用SRFR软件对大田灌水试验的灌水质量进行模拟,将实测结果与模拟结果进行了对比。结果表明SRFR软件模拟畦灌和沟灌灌水质量可靠。以SRFR软件为基础,通过改变不同灌水技术要素组合,提出了研究区域内不同条件下畦灌和沟灌灌水技术要素的优化组合。该研究结果可提高现有畦灌和沟灌技术的灌水质量,达到常规地面灌溉的节水目的,同时也可为其它地区制定地面灌溉灌水方案提供方法借鉴。     

基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型研究

畦灌水流推进过程计算模型对确定灌水技术要素、田间平均入渗率和糙率有十分重要的作用。该文依据水量平衡模型，分析畦灌下渗水形状系数、地表储水形状系数的变化规律，结果表明下渗水形状系数受地表水推进过程中的推进距离和时间的幂指数影响很小，可用一个稳定值代替，由此建立了基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型。结合已有文献资料和田间试验对模型进行检验，表明该模型具有计算求解方便、精度较高的优点，可用于畦灌合理灌水技术指标的确定。     

畦灌液施方式对夏玉米灌溉质量和水分利用率的影响

通过田间夏玉米畦灌试验,分析畦灌液施方式对作物生长和土壤水氮的影响,评价不同处理下的灌溉施肥质量和水分利用效率,探究适宜的畦灌液施方式。在畦田试验中选择不同畦宽、施肥时机和改水成数,采用正交设计选取最优的液施组合。结果表明,不同畦灌处理对土壤水氮存储效率影响不显著,但对水氮均匀度产生显著影响,土壤水分存储效率(59%～63%)略低于氮素存储效率(61%～64%),而均匀度(95%～99%)略高于氮素均匀度(85%～94%)。畦宽、施肥时机和改水成数显著影响夏玉米产量和水分利用效率。综合各项指标考虑,畦宽为1.5m、改水成数为95%和灌溉到畦长1/2时施肥的畦灌灌水施肥方式下具有较高的土壤水氮储存效率(63.36%和64.01%)和均匀度(98.71%和94.42%),为作物高效吸收利用提供较为均匀的土壤状态,从而获得较高产量(9 886.1kg/hm2)和水分利用效率(2.62kg/(hm2·mm))。     

基于WinSRFR模拟灌溉农田土壤入渗参数年变化规律

土壤入渗参数是确定地面灌溉灌水技术参数的主要依据之一,而农田土壤入渗特性随着灌水与耕作存在着周期性变化。为了探究这种周期性变化规律,在冬小麦-夏玉米轮作体系下,基于泾惠渠灌区2012-2015年不同灌水时期的灌水资料,利用Win SRFR4.1软件与拟合度检验相结合的方法对考斯加科夫土壤入渗模型参数值进行模拟反推得出最佳优化结果,结果表明模拟与实测的水流推进及水流消退过程的均方根误差分别为0.15~2.1和2.5~7.8 min,决定系数均在0.7以上(P0.05)。在此基础上,根据影响土壤水分入渗的主导因素土壤容重及土壤质量含水率,建立考斯加科夫土壤水分入渗模型2参数值与影响因素间的定量关系,分析土壤入渗参数在年内的变化规律,结果表明:在冬小麦-夏玉米轮作体系下,不同灌水时期的土壤入渗系数和入渗指数变化明显,变化范围分别在95.0~210.0 mm/h和0.42~0.67之间,土壤水分入渗模型两参数值与土壤含水率及土壤表层容重之间存在较好地复合对数关系,决定系数分别为0.846和0.741(P0.05)。研究结果可为年内不同灌水时期确定农田地面灌水技术参数提供依据。