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。     

地下滴灌灌水器负压吸泥影响因素试验研究

为了探究引起地下滴灌系统灌水器负压吸泥的影响因素,通过对比试验,研究分析了土壤类型、单次灌水量、灌溉次数、灌水器类型、保水剂和灌水间隔等6个因素对灌水器负压吸泥的影响规律。结果表明,1流量可调式灌水器出水孔外部及内部存在负压吸泥并引起堵塞情况。外部出水孔有3个被堵塞的所占比例最多,为26.7%;泥沙分布主要集中在灌水器出水孔的内侧附近,有极少部分泥沙甚至可以越过内凸边缘,进入灌水器内圈。2压力补偿式灌水器抗负压吸泥的能力强于流量可调式灌水器,压力补偿式灌水器外部出水口及内部未发现有泥沙,而流量可调式灌水器外部出水口及内部有泥沙;灌水器在红壤土中比黄沙土中更容易出现负压吸泥情况,灌水器在红壤土中的内部泥沙量是黄沙土中的1.12~1.76倍。3灌溉方式(单次灌水量、灌溉次数、灌水间隔)对灌水器负压吸泥的影响显著。单次灌水量小的灌水器内部泥沙量较多,灌水器单次灌水量为170 m L内部泥沙量是250 m L的1.61~2.94倍;灌溉次数与负压吸泥量成正比,灌溉次数为16次的内部泥沙量是8次的3.48~5.41倍;在同一灌溉次数的条件下,灌水间隔长度与负压吸泥量成正比。4保水剂能够有效阻隔泥沙进入灌水器内部,在添加了保水剂的灌水器中,其内部未出现负压吸泥的现象。     

黄土高原重力式地下滴灌水分运动模型与分区参数研究

建立了重力式地下滴灌条件下的土壤水分运动模型,分析地下滴灌土壤水分入渗规律.对黄土高原不同分区的4种典型土壤、不同灌水技术要素条件下的地下滴灌土壤湿润体形态、滴孔处出流量及土壤土水势进行数值模拟得出:榆林紧砂土土壤导水率较大,向下渗漏过多,不适宜地下滴灌;安塞砂壤土、洛川中壤土、武功重壤土在相同灌水量下,供水压力与滴孔孔径对地下滴灌湿润体形态影响微弱,但对滴孔出流量有较大影响,因此在地下滴灌工程设计时,只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力,并采用较小供水压力,降低供水水池高度,减小工程量;对武功重壤土,孔径和供水压力较大时地下滴灌滴孔处土壤易饱和板结,宜采用较小的孔径和供水压力.     

土壤质地对地下滴灌灌水器水力要素的影

为研究不同质地土壤中灌水器水力要素的变化规律及其差异,选取灌水器工作压力、土壤容重和土壤初始含水率为因素,分别在粘土、壤土和砂土中采用混合水平均匀设计安排试验.试验结果表明,不同土壤中的灌水器出流规律一致:即当工作压力不变时,灌水器流量在灌水初期略大,而后减小并趋于恒定,这个变化过程仅1～2min;在相同压力下,地下滴灌灌水器流量比地表滴灌小5%～20%,压力越大,二者越接近;灌水器流量随工作压力的增加而增大;土壤因素对灌水器流量有微弱的制约作用,使流量减小.相同条件下,土壤质地越轻,灌水器流量越大;但随着土壤容重和土壤初始含水率的增加,土壤质地越轻,流量减小程度越大.     

间歇和连续灌溉土壤水分运动的模拟研究

为探明间歇灌溉与连续灌溉过程中土壤水分运动和分布的异同,利用Hydrus-2D软件模拟了地下滴灌和微润灌灌水方式下土壤水分的运动状态。结果表明,在垂直距离滴灌带和微润带5cm处,湿润土壤含水率和水势均基本呈对称分布;灌水15.4h后,地下滴灌条件下垂直向下的土壤水分传输量大于垂直向上的,而微润灌条件下土壤含水率和水势仍呈对称分布;当灌水量相同时,微润灌的湿润面积略大于地下滴灌;地下滴灌饱和含水区域占湿润面积的比值为15.3%,大于微润灌饱和含水区域的占比(12.9%);微润灌湿润土壤水分分布均匀度达81%,大于地下滴灌。     

微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。     

高灌水均匀度防堵塞内镶贴片式地下灌水器设计研制及试验研究

从制约地下滴灌技术发展的地下灌水器(滴头)灌水均匀度差、滴头容易堵塞等问题出发,立足于地下滴灌急需解决的理论和技术问题,以减小滴头堵塞率为目标,以满足灌水均匀度为前提,以确定滴头设计工作压力为突破口,以滴头优化设计为手段,从地下灌水器灌水均匀度设计指标、滴头设计工作压力取值和结构优化设计3个方面进行了深入细致的研究试验,最终达到完善地下滴灌灌水器设计理论、实现结构设计优化、提高地下滴灌适用性的目标.     

基于分形理论的地下滴灌灌水器水力特性研究

为了研究滴头工作压力和土壤物理特性对地下滴灌灌水器流量的影响,采用分形理论分析各种级配土壤的分形特征;以土壤颗粒质量分形维数、灌水器工作压力、土壤容积密度、土壤初始含水率为试验因素,运用混合水平均匀设计方法进行试验。结果表明,粘粒含量大小是土壤分形维数的主要影响因素,土壤分形维数随着粘粒含量的增加而增大;PLASSIM公司地下滴灌灌水器流量随土壤分形维数的增大而减小,即土壤质地越细地下滴灌滴头流量就越小;通过试验所建立的包含有土壤分形维数因素的地下滴灌灌水器流量计算经验公式的普适性较高。     

地下滴灌对草坪土壤水分及根系分布的影响

以滴头、滴灌毛管二种地下滴灌灌水器为研究对象,通过田间对比试验,探讨了地下滴灌条件下的土壤含水率、草坪根系空间分布规律。结果表明,滴灌毛管在水平方向的土壤含水率差异显著,而滴头在垂直方向的土壤含水率差异显著。说明以滴头灌溉水平方向土壤含水率水平方向分布偏差小、灌溉均匀性高,而滴灌毛管则适合深层灌溉。在此基础上,结合草坪根系空间分布规律,初步确定了在滴头、滴灌毛管2种灌水器中,滴头灌溉更适合城市绿地草坪,也为草坪地下滴灌技术应用提供了参考依据。     

地下滴灌灌水器流量和压力关系的试验

压力和流量的关系是地下滴灌灌水器最重要的水力要素之一,通过地下滴灌灌水器试验装置,测量了流量和压力关系.试验结果表明:压力不变情况下,地下滴灌灌水器流量是恒定的;地下滴灌灌水器流量对压力变化的敏感程度高于地表滴灌.     

新型地下灌溉技术的试验研究

针对地下灌溉中容易出现的埋在地下的灌水器的堵塞现象和土壤含水率的分布问题,提出一种新型地下灌溉技术。新型地下灌溉技术将水(或水肥的混合液)和空气充分混合为一体,由埋于作物下方的灌水器以一定的压力输出水气二相流,由气相流带动水分在土壤中浸润、扩散,从而将水(或水肥的混合液)送达作物根部,是一种高效节水灌溉技术。用气相流带...     

痕灌带地埋下水力特性

为了获得痕灌带在田间应用的设计参数及其水力性能,通过室内与室外试验相结合的方法,针对流量规格为900 mL/h的痕灌带在自由出流时的制造偏差系数、流量与压力关系及其地埋后的水力特性以及痕灌毛管的地埋极限铺设距离进行了计算与评估.试验结果表明,试验痕灌带制造偏差系数为0.04,制造精度较高,且痕量灌水器压力-流量关系符合微灌灌水器幂函数关系式;痕量灌水器在地埋条件下,流量对压力变化的敏感性要高于自由出流.痕灌带(900 mL/h)在地埋后其流量减小幅度不明显,与室内自由出流相比,在额定工作压力条件下(10 m),地埋后痕量灌水器平均流量减少3%~8%;此外,在满足系统流量偏差系数(q_v)不大于20%条件下,并结合田间土壤含水率空间变异性的研究验证,试验痕灌带(900 mL/h)在平坡铺设、砂壤土中的地埋铺设极限距离为150 m左右.     

渗灌管首末端压力与茶树根区土壤水分运移关系

为探明渗灌条件下渗灌管首末端压力与土壤水分运移之间的关系,设置了3个试验小区进行不同灌水流量和灌水持续时间的试验.通过连续定点观测茶树根区(纵向30 cm深,横向30 cm宽)土壤含水率的变化和渗灌管首末端灌水压力,研究了渗灌管不同首末端压力下土壤水分运移的变化规律.研究表明:灌水前土壤含水率不仅影响土壤入渗能力,而且决定着土壤水分运移方向;渗灌管首末端压力累积值与灌水持续时间呈线性关系,当茶树根区土壤含水率达到田间持水量时,累积曲线斜率发生突变,可以利用累积曲线斜率发生突变时的灌水持续时间作为控制充分灌水(100%田间持水量)的临界值,避免土壤水分无效渗漏.该研究为渗灌系统控制灌水持续时间及研发智能化渗灌灌溉系统提供了一种参考方法.     

套管长度和灌水器流量对涌泉根灌入渗特性的影响

为确定黄土高原苹果涌泉根灌时的适宜应用参数(流量和套管长度),选用PP棉滤芯作为配套套管进行室内土箱试验,探究灌水器流量和套管长度对其入渗特性的影响.试验结果表明:大灌水器流量有利于土壤水分在垂直方向上的运移;流量越大,灌水结束时和土壤水分再分布后,湿润体的体积、湿润体内高含水区域范围以及含水率的最大值也随之增大.套管内积水可增大入渗面和入渗水势梯度,从而使土壤水分的运移速率明显增大.灌水器流量和套管长度的交互作用会直接影响土壤水分在水平和垂直方向上的运移,当灌水器流量为12 L/h、套管长度为40 cm时所形成湿润体的体积最大,湿润体内水分分布更均匀,最有利于土壤水分在水平和垂直方向上运移.     

Effect of flushing frequency on emitter clogging in microirrigation with effluents

Flushing is an important maintenance task that removes accumulated particles in microirrigation laterals that can help to reduce clogging problems. The effect of three dripline flushing frequency treatments (no flushing, one flushing at the end of each irrigation period, and a monthly flushing during the irrigation period) was studied in surface and subsurface drip irrigation systems that operated using a wastewater treatment plant effluent for three irrigation periods of 540 h each. The irrigation systems had two different emitters, one pressure compensating and the other not, both molded and welded onto the interior dripline wall, placed in laterals 87 m long. Dripline flow of the pressure compensating emitter increased 8% over time, while in the nonpressure compensating emitter, dripline flow increased 25% in the surface driplines and decreased 3% in the subsurface driplines by the emitter clogging. Emitter clogging was affected primarily by the interactions between emitter location, emitter type, and flushing frequency treatment. The number of completely clogged emitters was affected by the interaction between irrigation system and emitter type. There was an average of 3.7% less totally clogged emitters in flushed surface driplines with the pressure compensating emitter as compared to flushed subsurface laterals with the nonpressure compensating emitter.     

Emitter discharge variability of subsurface drip irrigation in uniform soils: effect on water-application uniformity

Emitter discharge of subsurface drip irrigation (SDI) decreases as a result of the overpressure in the soil water at the discharge orifice. In this paper, the variation in dripper discharge in SDI laterals is studied. First, the emitter coefficient of flow variation CV _q was measured in laboratory experiments with drippers of 2 and 4 L/h that were laid both on the soil and beneath it. Additionally, the soil pressure coefficient of variation CV _hs was measured in buried emitters. Then, the irrigation uniformity was simulated in SDI and surface irrigation laterals under the same operating conditions and uniform soils; sandy and loamy. CV _q was similar for the compensating models of both the surface and subsurface emitters. However, CV _q decreased for the 2-L/h non-compensating model in the loamy soil. This shows a possible self-regulation of non-compensating emitter discharge in SDI, due to the interaction between effects of emitter discharge and soil pressure. This resulted in the irrigation uniformity of SDI non-compensating emitters to be greater than surface drip irrigation. The uniformity with pressure-compensating emitters would be similar in both cases, provided the overpressures in SDI are less than or equal to the compensation range lower limit.     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。