滴头流量对土壤湿润体的影响研究

滴头流量的变化对湿润体的大小和形状影响很大，进而影响作物根系生长和产量。但工程设计中滴头流量的选择缺少科学依据，使得设计湿润深度和湿润比不能同时保证。本研究通过对重壤土、中壤土、砂壤土进行不同流量的滴水试验发现：滴头流量对湿润锋水平运移的影响比对垂直运移的影响大；滴灌设计中，设计湿润比或湿润宽度是选择滴头流量的主要依据。     

地表滴灌条件下滴头流量对土壤水分入渗过程的影响

在新疆林业科学院枣树示范基地进行原状土的滴灌入渗试验,研究砂壤土在不同滴头流量条件下地表滴灌湿润体特征值的变化规律。结果表明：地表滴灌条件下,当滴头流量增加时,湿润体的形状大小会随着滴头流量的增大而增大,水平、垂直方向上湿润锋的运移距离随着滴头流量的增加而不断增大;湿润锋的运移速率、入渗距离比值与水分入渗时间符合幂函数关系;湿润锋水平方向的运移速率比垂直方向上的要大,但是持续的运移时间没有垂直方向上的长;土壤含水率的变化随着滴头流量的增加而增加,距离滴头距离越近含水率变化幅度也越大,当q≥8 L·h^-1时,滴头正下方约40 cm左右的土层含水率达到最大值。     

滴头流量和间距的优化选择

探讨了滴灌滴头流量、间距的选择,研究了滴头流量、间距与土壤湿润比、一次灌水时间、轮灌组数、小区设计流量及管网设计流量、田间灌水量的关系.结果表明,滴头流量首先应满足湿润比的要求,在满足湿润比的前提下,尽量选择小流量滴头;滴头间距不应大于理想滴头间距,在满足理想滴头间距的条件下,尽量选择大间距,并通过调整滴头间距取得合理的轮灌工作制度.     

不同土壤中滴灌水分分布与设计参数的确定

在不同滴头流量和灌水量条件下对 2种不同质地土壤中的滴灌水分分布进行试验研究 ,通过对土壤湿润峰运移的测定 ,分析最大横向、纵向湿润直径与滴头流量、灌水量的关系模型 ,从而确定滴灌设计的滴头间距、流量、灌水历时等参数。结果发现 :果园滴灌中 ,粉质粘土滴水流量以 5L/h为宜 ,灌水历时 6～ 8h,滴头间距为 90 cm左右 ;重粉质壤土滴水流量以 3L/h为宜 ,灌水历时 7～ 9h,滴头间距为 70 cm左右。     

不同土壤中滴灌水分分布与设计参数的确定

在不同滴头流量和灌水量条件下对2种不同质地土壤中的滴灌水分分布进行试验研究,通过对土壤湿润峰运移的测定,分析最大横向、纵向湿润直径与滴头流量、灌水量的关系模型,从而确定滴灌设计的滴头间距、流量、灌水历时等参数。结果发现：果园滴灌中,粉质粘土滴水流量为5L／h为宜,灌水历时6－8h,滴头间距为90cm左右;重粉质壤土滴水流量为3L/h为宜,灌水历时7－9h,滴头间距为70cm左右。     

单点滴灌模式干旱区枣园土壤水分运移特征分析

在阿克苏佳木试验站枣树果园进行了单点滴灌灌水方式12,16,20L/h滴头流量和4,6,8h滴水时间共9种灌水模式试验,采用土壤含水量连续监测系统(AV-EC5、EM50/R)监测并分析了土壤水分时空运移特征。结果表明,单点滴灌灌水方式下湿润体内土壤含水量的分布从中心向外逐渐减小,土壤水分按点源三维入渗方式运移,湿润层呈扇形剖面;供水停止后土壤水分再分布过程中,土壤湿润峰面不断向外部推移,湿润层土壤含水量开始有所增加,后期湿润体内的土壤含水量普遍降低,高含水区逐渐下移,最后达到相对稳定;滴头流量越大,灌溉时间越长湿润层能达到的深度越深,水平方向水分运移也越远;深层土壤水分持续增加时间也与滴头流量和灌溉时间成正比;试验地土壤水分水平运移速度比垂直运移速度快;当地枣树果园滴灌模式选择16L/h流量8h灌溉模式为宜。     

涌泉根灌双点源交汇入渗湿润体试验研究

【目的】探求涌泉根灌土壤水分运移及分布特性,为涌泉根灌理论研究及技术要素确定提供参考。【方法】在20L的灌水量和160~300min的灌水历时条件下,以滴头流量(4,6,8L/h)、滴头间距(30,50cm)为变量,通过变化其中的一个量进行双点源交汇入渗条件下的涌泉根灌试验,测定并分析湿润体水平剖面和垂直剖面湿润锋运移和水分分布的变化规律。【结果】涌泉根灌双点源交汇入渗不同布置方式对水平、垂直剖面湿润锋运移及水分分布有一定影响,不同流量(4,6,8L/h)入渗结束后24h,水平和垂直方向湿润锋分别相差1.5,4.0cm;4.2,2.8cm和6.7,6.8cm。不同滴头间距(30,50cm)入渗结束后24h,水平剖面水平方向和交汇界面湿润锋分别增加24.5,11.3cm和17.7,20.3cm,垂直剖面水平方向和交汇界面湿润锋分别增加26.0,30.2cm和22.1,36.6cm。灌水量和滴头间距相同条件下,灌水结束时大滴头流量湿润体表层土壤的含水量较高,但深层土壤含水量较小滴头流量低。【结论】在灌水量20L和灌水历时160~300min条件下,涌泉根灌滴头流量和滴头间距对湿润体的运移、交汇时间、土壤含水量均有影响。     

间接地下滴灌土壤水分运移试验

采用塔里木灌区沙壤土,利用室内土柱法对间接地下滴灌在不同透水边界高度、不透水边界高度、滴头流量及土壤初始含水率条件下土壤水分运移规律进行了研究.结果表明:在不同透水边界高度下灌水,透水边界相当于线源入渗,对横向最大湿润距离的影响较小,其湿润体形状呈椭球体;不透水边界高度对垂向最大湿润距离影响较大,并对表层土壤含水率的影响明显,不透水边界高度越小,水分越易于运移至土壤表层;随着滴头流量的增大,土壤湿润体在水平和垂直方向上最大湿润距离均呈减小趋势;随着初始含水率的增大,湿润锋在水平和垂直方向上的运移速度较明显地增加.     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选,结果表明,内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌,在低压运行时,孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3/5,基本可以满足地下滴灌的要求;在较高供水压力时,所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌.通过对湿润锋的观测,发现出流量较大的滴头,其湿润锋向上运移速度较快.因此,为防止地下滴灌产生深层渗漏,应选取出流量较大的滴头.     

滴头间距对双点源交汇入渗影响的模拟研究

【目的】研究滴头间距对双点源滴灌土壤水分入渗的影响。【方法】应用HYDRUS 3D软件,在滴头间距分别为10,20,30和40 cm时,对湿润峰交汇时间、交汇面土壤含水量、湿润峰运移速率和湿润体的形状变化进行模拟研究,并进行试验验证。【结果】湿润峰交汇时间随着滴头间距的增大呈指数级增加,湿润峰运移速率与滴头间距之间呈幂函数关系;随着滴头间距的增加,湿润体形状依次从1个近似半球体向近似半药囊形、半花生壳形及2个分离的近似半球体转变,湿润体内高含水量区域也从2个逐渐转化为1个。以土壤剖面含水量、湿润峰运移距离及总入渗量为指标进行验证试验,结果表明,土壤含水量、湿润峰运移距离及总入渗量的模拟值与实测值均具有较好的一致性。【结论】滴头间距对双点源滴灌土壤水分入渗影响显著,土壤水分三维数值模拟模型能较准确地反映双点源入渗条件下粘壤土的水分运动规律。     

滴灌条件下砂壤土枣林的水分入渗及再分布过程

本文研究了水分在砂壤土中入渗和再分布的规律特征,为枣树的合理灌溉及有效节水提供依据。以各径级枣树根系在沙壤土中的分布为依据,运用Decagon公司生产的ECH20土壤水分传感器与48通道的自动数据采集器动态测量其合理的布置,得到灌水期及灌水结束后水分分布的特征值。根据被采集数据的特征值对水分的运移距离、运移时间、运移速率在水平和垂直方向上进行比较,了解土壤水分运移及含水率的变化,绘出灌水结束及水分再分布湿润体模型。结果表明,(1)在灌水初期,不同滴头流量的水分运移距离,运移速率水平方向均大于垂直方向;(2)水分再分布湿润体大于灌水结束时湿润体,而在相同位置灌水结束时湿润体含水率大于再分布湿润体含水率;(3)砂壤土中水分特征值及湿润体分布范围为枣树的灌溉制度提供依据,达到节水目的。     

单点源入渗土壤水分运移室内试验

通过室内滴灌试验对滴灌情况下土壤中的水分运移情况进行观察和含水率变化测定。结果表明,在同一滴头流量下,滴灌所得水平湿润锋X与Y方向上的运移速率一致,且水平湿润锋形状呈圆形分布;在不同滴头流量下,其水平湿润锋在同一方向上的运移速率随着流量的增加而增大,灌溉结束后的湿润锋距离也随着流量的增大而增大,且湿润锋的距离与时间呈幂函数关系;在垂直方向上,滴灌入渗深度随着流量的增大而增大,不同深度土壤的含水率变化前期与时间呈对数函数关系,随着水分再扩散过程的进行,含水率整体下降且最终趋于稳定。     

温室滴灌条件下土壤水盐特性的研究

滴灌是一种局部灌溉,高频次的滴灌与施肥必然引起湿润体微域内水盐运移的变化,并影响作物生理生态响应。对温室滴灌条件下土壤水盐特性进行了研究,结果表明,水分的浸润特性与盐分的运移受灌水量的多少、灌水间隔的时间、滴头的流量、滴头的特性影响较大。     

插入式地下滴灌对土壤入渗和水盐分布的影响

【目的】研究插入式地下滴灌对盐碱土壤入渗与水盐分布的影响。【方法】采用室内土柱试验,以阿拉尔灌区春季返盐的盐碱土土壤为研究对象,比较分析不同滴头流量与滴头埋深,对土壤湿润峰运移和湿润体内部水分及盐分的影响规律。【结果】相同入渗时间和滴头流量条件下,地下滴灌比地表滴灌湿润峰深度、湿润面积、湿润体内土壤平均含水量和脱盐深度增加。与CK处理相比较,T₁处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加20.89%和18.01%;T₂处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加45.78%和19.06%。T₁和T₂处理土壤湿润体内含水量平均值分别增加2.48%和1.37%。土壤脱盐深度由10 cm增加至25 cm。增加滴头埋深和流量,能够增加土壤持水效率,T₁～T₄处理0～25 cm土层土壤持水效率分别为2.56%、3.82%、9.81%和13.35%。滴头流量较小,随滴头埋深增加,土壤盐分表聚。T₂处理0～5 cm土层深度土壤积盐率为67.98%。若增加...     

地下滴灌灌水器的筛选试验研究

通过对现有滴灌灌水器类型的分析及试验筛选，结果表明，内镶式滴灌管最适宜应用于地下滴灌，在低压运行时，孔口式滴头在土壤中稳定出流量为空气中的3／5，基本可以满足地下滴灌的要求；在较高供水压力时，所选取的几种滴头基本上都可以用于地下滴灌。通过对湿润锋的观测，发现出流量较大的滴头，其湿润锋向上运移速度较快。因此，为防止地下滴灌产生深层渗漏，应选取出流量较大的滴头。     

用有理设计方法优选地表滴灌滴头流量合理性分析

针对地表滴灌单个滴头下土壤水分入渗过程中地表湿润半径r和垂直入渗深度h的随时间变化问题,采用室内土柱试验方法和有理设计方法,运用试验数据对r和h与入渗时间T的幂函数方程进行参数估算,并检验参数间相互约束条件。以粉砂壤土为试验材料,试验研究不同土壤容重(1.3、1.4、1.5 g/cm~3)和滴头流量(1、2、4、8 L/h)条件下,单个滴头灌水时r及h随时间变化的规律。结果表明:1)随着土壤容重的增大,土壤饱和容积含水量降低,r几乎没有变化,垂直入渗深度h减小;2)采用有理设计方法对入渗参数A、B及幂指数C、D进行估算并检验,参数间满足相互约束条件,误差较小,表明可以根据参数A、B、C、D估算值,及r和h与入渗时间T的幂函数方程,计算r和h随时间的推进过程;3)给定灌水量2 L时,滴头流量为1 L/h,垂直入渗深度较大,用有理设计方法计算表明一次灌水持续时间较长,不能满足田间轮灌的要求,且易产生深层渗漏;滴头流量为8 L/h时,地表湿润半径过大,滴头附近地表产生积水。粉砂壤土采用滴灌时,4种滴头流量里,滴头流量为2～4 L/h时最为适宜。用有理设计方法计算r和h为滴灌系统优化设计提供了理论参考。     

砾土质戈壁滴灌湿润模型研究

[目的]通过对砾土质戈壁进行滴灌试验,研究不同灌溉时间和滴头流量对土壤湿润体特征的影响,为滴灌系统的科学设计和水分精确管理制度提供理论依据.[方法]以砾土戈壁土质为研究对象,设计不同灌溉时间(4、6和8 h)与不同滴头流量(4.0、6.0和8.0 L/h)的双因素试验,观测土壤湿润体水平扩散距离和垂直入渗深度.[结果]砾土戈壁滴灌湿润体近似旋转抛物体,随着灌溉时间和滴头流量的增加,土壤湿润体水平扩散距离和垂直入渗深度均呈现增加的趋势;并得出湿润模型的非线性回归方程D=( 17.353+0.788q)Q0.512 (R =0.954,P＜0.001)和H=(56.887+1.541q)Q0.271(R=0.966,P＜0.001),根据经验公式计算出滴头流量为5.0 L/h为宜,灌水时间以6～8h为宜,不宜超过8h,滴头间距为100 cm左右.[结论]初步探索出砾土质戈壁滴灌湿润模型,为滴灌设计参数和滴灌灌溉制度的确定提供一定理论依据.     

不同滴头流量下土壤水分分布特性研究

[目的]通过进行原状土的滴灌入渗试验,研究了不同流量、不同灌水历时条件下,地表滴灌湿润体的变化规律及滴灌结束时的水分分布规律.[方法]采用湿润锋观测、suffer软件绘等值线.[结果]在滴头处和距滴头10 cm处垂直滴灌带方向水平湿润锋在0～180min内呈现幂指数增长关系,在180 ～600 min与时间呈直线关系;在竖直湿润锋方面,随着滴头流量的增大,滴头处和距滴头10 cm处水平湿润锋运移距离增大的幅度比竖直方向湿润锋运移距离增大的幅度要大,并且都呈对数函数趋势;灌水结束24h时水分再分布过程中,竖直方向湿润锋增大的幅度较水平方向湿润锋增大的幅度要大.[结论]不同流量、不同灌水历时条件下都会影响湿润体形态.     

滴灌施肥条件下土壤水分和硝态氮的分布规律

用硝态氮含量为258 mg/L的肥料溶液在土上进行滴灌施肥试验,研究不同滴头流量(2,4,6L/h)、不同灌水施肥量(8,16,24 L)条件下,水分和硝态氮在土中的运移分布规律。结果表明,灌水施肥量为8 L时,随滴头流量增大,滴头周围地表积水区半径增大,水分径向运移距离增大、竖向入渗水量减小;当滴头流量为2 L/h时,随灌水施肥量增大,水分径向和竖向运移距离增大,径向运移距离增大幅度较竖向明显。滴灌施肥条件下硝态氮在土壤中的运移受对流作用控制;湿润体内土壤硝态氮含量随距滴头径向距离增大而减小,随距滴头竖向距离增大而增大,在竖向湿润锋附近有硝态氮累积现象;随滴头流量增大,硝态氮在土壤中的径向运移距离增大,0~25 cm土层滴头径向25 cm范围土壤硝态氮平均含量增大;随灌水施肥量增大,滴头径向15 cm范围0~15 cm土层土壤硝态氮含量增大1、7.5~30 cm土层硝态氮含量减小,过度增大灌水施肥量会导致土壤湿润锋附近硝态氮淋溶下渗。     

土壤水分垂直运移建模与优化

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。依据滴灌条件下土壤水分垂直运移的观测数据,建立滴头流量与水分垂直运移距离的传递函数模型,利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分垂直运移模型的动态变化,验证了土壤水分垂直运移传递函数模型在不同流量下的有效性,为实现作物根系所需水分垂直运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小水资源浪费创造了条件。