基于水量平衡的膜孔沟灌水流推进模型研究

【目的】研究建立膜孔沟灌水流推进模型,通过分析膜孔沟灌水流推进过程,准确、方便确定膜孔沟灌灌水技术要素、田间平均入渗率和糙率。【方法】通过引入地表储水形状系数、下渗水形状系数和膜孔沟灌入渗方程,建立基于水量平衡的膜孔沟灌水流推进模型,并通过田间试验对模型进行检验。【结果】模型检验表明,试验实测数据与模型计算值吻合较好;对田间膜孔沟灌试验验证模型计算误差绝对值均值的分析可知,试验中各灌水沟除个别组误差绝对值均值大于5%外,其余均在5%以下;多组灌水沟的误差绝对值均值小于4%,可以满足膜孔沟灌灌水技术指标确定的需要。【结论】所建模型具有较为严谨的物理基础,计算求解方便、精度较高,具有较强实用性。     

基于畦田双侧灌水条件下灌水参数优化研究

为减少畦灌灌水时长、设计合理的畦田规格、提高灌溉效率,采用田间畦块双侧灌水试验和WinSRFR5.1模型分析相结合的方法,模拟双侧地面灌溉的水流过程和灌水质量情况。以水流汇集处为界,将畦块双侧灌水试验分为两次坡度不同灌水试验,与WinSRFR5.1模型结合进行土壤入渗参数（入渗系数K和入渗指数α）率定和模拟灌水质量（灌水效率和灌水均匀度）等值线图,再对模拟结果进行对比分析。结果表明：畦块双侧灌水是可行的,相对于畦宽,畦长对灌水效率和灌水均匀度的影响更大。结合天津市武清区畦田现状,得到双侧灌水畦田的畦长、畦宽范围,即：单宽流量为2.96 L/（s·m）、畦宽为2.0～11.5 m、畦长为49～165 m,此时灌水效率和灌水均匀度均达到90%以上。     

民勤绿洲畦膜上灌对玉米灌水量及产量的影响

为了探讨畦膜上灌对玉米灌水量及产量的影响,在甘肃省水利科学研究院民勤试验站进行了畦膜上灌与畦灌的对比试验。结果表明,畦膜上灌与畦灌相比,全生育期灌水次数均为5次,全生育期灌水定额畦膜上灌较之畦灌减少10.3%;畦膜上灌与畦灌相比,其玉米籽粒性状的各项指标均具有优势;畦膜上灌的玉米产量显著高于畦灌,增加了30.0%;穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数和百粒重与玉米产量之间存在线性相关关系,其中穗长、穗粗、秃尖长为负相关,穗行数、行粒数和百粒重为正相关;畦膜上灌相比畦灌净效益和水分生产率都显著提高。     

由土壤物理性指标估算入渗参数的方法

针对土壤入渗参数不易获得、精度较低的现状,依据2011年南皮县育种农场得到的试验结果,基于土壤质地、干密度及初始含水率等物理性指标得到土壤入渗的Green-Ampt模型,进而提出估算Kostiakov模型入渗参数的方法。结果表明,由该方法得到的入渗参数精度较高,所得到的入渗过程与通过畦灌水量平衡法所得到的入渗过程之间吻合程度较好,累积入渗量相对误差平均值为6.26%,相关系数为0.999 9,模型效率为0.999 3。研究结果可在减小田间工作量的同时保证较高的计算精度。     

不同畦灌方式对冬小麦土壤水分和水分利用效率的影响

通过田间畦灌试验,研究了冬小麦主要生育阶段的需水规律,分析了不同畦灌方式对冬小麦土壤水分及水分利用效率的影响,评价不同畦灌处理下的灌水质量及节水效益。结果表明,冬小麦灌浆期对水分需求量最大;与漫灌(CK）处理相比,冬小麦畦灌小区30 m×3 m的灌水均匀度与灌溉效率最高,达到93.33%和84.46%,耗水量减少了5.96%,产量增加了25.30%,水分利用效率提高了33.24%,增收1561.61元·hm^-2。结合当地实际生产情况,推 广适宜的畦灌模式是入畦单宽流量5 L·m^-1·s^-1,畦宽3 m左右,畦长30 m左右为宜。     

辽西半干旱区褐土涌流畦灌的节水效果

研究了辽西半干旱区井灌条件下褐土涌流畦灌的节水效果。结果表明,与传统的连续灌方式相比,涌流畦灌节水率可达21％～35％,灌水有效率、储水效率和灌溉均匀度分别提高5．3％～7．2％,6．3％～7．8％和18．8％～24．9％。涌流畦灌的平均水流速度提高了30％～80％,最大灌水长度增加了22％～37％。在一定范围内,适当缩短周期灌水时间,增加灌水周期数会提高涌流畦灌的节水率。涌流畦灌的周期数依畦田长度而定,畦长短于200m以2～3个周期为宜,畦长200～400m则以3～4个周期为宜。     

辽西半干旱区褐土涌流畦灌的节水效果

研究了辽西半干旱区井灌条件下褐土涌流畦灌的节水效果.结果表明,与传统的连续灌方式相比,涌流畦灌节水率可达21%～35%,灌水有效率、储水效率和灌溉均匀度分别提高5.3%～7.2%,6.3%～7.8%和18.8%～24.9%.涌流畦灌的平均水流速度提高了30%～80%,最大灌水长度增加了22%～37%.在一定范围内,适当缩短周期灌水时间,增加灌水周期数会提高涌流畦灌的节水率.涌流畦灌的周期数依畦田长度而定,畦长短于200m以2～3个周期为宜,畦长200～400m则以3～4个周期为宜.     

微喷补灌对冬小麦旗叶衰老和光合特性及产量和水分利用效率的影响

【目的】探明微喷补灌对冬小麦开花后旗叶衰老和光合特性、籽粒灌浆速率、产量和水分利用效率的影响,为小麦节水高产提供重要技术支持。【方法】于2011-2013年冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,设置全生育期不灌水（W0）、微喷补灌（W1）和传统畦灌（W2）处理,研究小麦开花后旗叶水势、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）活性、叶绿素荧光参数、群体光合速率和籽粒灌浆速率等的差异。W1与W2处理的灌水时期一致,均于小麦拔节期和开花期各灌水1次。W1处理采用小麦专用微喷带（ZL201220356553.7）补充灌溉,灌水前测定土壤含水量。两年度小麦拔节期均设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量为70%,第一年和第二年小麦开花期设定0-140 cm土层土壤目标相对含水量分别为70%和65%,根据灌水定额公式计算所需补灌水量。W2处理采用传统畦灌方式灌溉,改口成数为90%,即当水流前锋到达畦长长度的90%位置时停止灌水,用水表计量实际灌水量。W1与W2处理试验小区的规格一致,畦宽（左侧畦梗中心线至右侧畦梗中心线的垂直距离）2 m,畦梗宽0.4 m,畦长60 m,面积120 m²。小区间设1.0 m保护行。每小区等行距种植8行小麦,实际行距22.9 cm。W1处理的每个试验小区在自边行向内数第4行与第5行小麦之间沿小麦种植行向（畦长方向）铺设一条专用微喷带。微喷带进水端装有压力表、水表和闸阀,进水端水压设为0.02 MPa。灌溉水水源为井水,从水源至微喷带和畦田进水端采用PVC水龙带输水。畦灌的单宽流量为4.6-5.2 L·m^-1·s^-1。【结果】两年度微喷补灌处理在小麦拔节期和开花期的补灌水量分别为21.3-96.0 mm和29.0-38.5 mm,灌水分布均匀系数达87.9%-97.0%,不低于传统畦灌处理,而全生育期总灌水量比传统畦灌处理减少33.2-70.8 mm,节水21.0%-54.2%。微喷补灌处理开花后旗叶水势、SOD和CAT活性、丙二醛含量、旗叶最大光化学效率、实际光化学效率,及群体光合速率和籽粒灌浆速率、籽粒产量均与全生育期灌2水的传统畦灌处理无显著差异,但水分利用效率提高2.1-2.9 kg·hm^-2·mm^-1,达21.6-23.2 kg·hm^-2·mm^-1。【结论】小麦拔节期和开花期微喷补灌可以根据灌水前的降水量和土壤含水量状况及时调节补灌水量,并实施精确、均匀灌溉,适量供给小麦高产生理需水,挖掘出小麦节水的更大潜力。     

土地平整程度对水平畦灌灌水过程和灌水质量的影响

本文通过水平畦灌田间试验,在裸地和春小麦两种条件下,将实测结果和模型计算结果进行了比较,初步分析了土地平整程度对水平畦田灌水过程和灌水质量的影响。     

节水高产灌溉新技术——麦棉套膜上灌

近年来,黄淮海平原大面积实行麦棉套种。这种种植方式解决了粮棉争地的矛盾,一年两熟,麦棉都有较好的收成。麦棉套种结合地膜覆盖是使棉花有显著增产效果的一项栽培措施,在不增加投入的前提下,利用塑料薄膜输水,通过放苗孔和专门设计的渗水孔渗水灌溉棉花和从膜侧过水灌溉小麦,一水两用,称做:麦棉套膜上灌。膜上灌是畦灌、沟灌局部渗水等灌水方法的总合,是在地膜栽培基础上经过培土形成以膜为底的浅宽式垄沟,利用其输水。这种灌水方法减少了畦灌的浇水不均匀,沟灌的有效利用率不高的状况,达到了节水的目的,同时膜上输     

树木大容量地下渗灌器的渗灌试验研究

以研究地下滴灌土壤水分运动为目的,根据城市道路绿化树木的特点,研制了一种地下渗灌器,并通过室内试验建立了渗灌湿润体的形状与灌水量的关系,这种渗灌器可通过增加水平渗透边界来增加水平湿润范围以适应树木根系的分布,提高灌溉水的利用率。     

地下滴灌条件下土壤水分运动研究

[目的]研究地下滴灌条件下土壤水分的运动规律。[方法]利用TDR测定土壤含水率,连续观测得到地下滴灌灌水过程中湿润锋的运移动态、灌水完毕时及24h后的土壤含水率分布情况。[结果]随着时间的延长,湿润锋的进展速度逐渐减小。灌水完毕时含水率等值线的整体分布近似为椭圆形,与壤土水分分布的一般特征相吻合。由于蒸发因素的存在,接近地表部分的土壤含水率为9.2%,小于土壤初始含水率,停止灌溉24h后,除土壤内部的含水率重新分布之外,土壤湿润体的形状和范围也有了较大的改变,水分达到了地表下70cm处,但湿润体在水平方向的运移却不很明显。[结论]该研究初步了解了地下滴灌条件下土壤水分入渗的特征。     

黄淮海平原水盐调控灌排一体化渠系规划与设计

针对黄淮海平原水土资源短缺和农田灌排系统不完善问题,根据水量平衡原理和灌排理论,结合不同典型区的灌溉排水特点,提出黄淮海平原明渠灌溉排水一体化渠系规划布置设计方案,编制了渠系布置参数计算软件,分析不同典型区渠道参数的主要影响因素和变化规律。结果表明:在灌溉排水控盐区以及灌溉排水并重区,渠道间距随地下水位埋深和排渍时间的增大而增大,但随排渍深度的增大而减小。渠道间距随着土壤质地由粘性到砂性的转变而逐渐增大。在灌溉排水补源区,渠道深度和渠底宽度随设计流量的增大而增大,但随渠底坡降的增大而减小。与传统渠系布置相比,在灌溉排水补源区的一体化渠系布置可减少渠系占地面积约55%,工程土方量70%。     

Capillary flow responses in a soil–plant system for modified subsurface precision irrigation

Water movement in a soil–plant system was evaluated based on capillary flow in a modified subsurface irrigation system that incorporates a plant-water measuring device. Water from a reservoir tank located underneath the plant pot was supplied to the root zone through a fibrous medium. Evapotranspiration was measured from the water uptake and evaluations were performed based on soil moisture distribution and mass balance. Potential evapotranspiration was used as a reference for the plant–water uptake. Data were obtained from a test plant provided with the modified subsurface irrigation system. The plant was grown in a phytotron under controlled air temperature and humidity, and a comparison was made for different levels of soil moisture condition. The experimental results confirmed the operational efficiency of the modified subsurface irrigation system for precision irrigation.     

基于HYDRUS-2D软件的土壤水力特征参数反演及间接地下滴灌的土壤水分运动模拟

间接地下滴灌是一种能有效减少地表蒸发、提高水分运输效率的新型滴灌方式。虽然土壤水分运动模拟已成为优化滴灌的重要工具,但由于土壤水力特征参数难以确定,模拟结果往往不够精确。为此,基于室内间接地下滴灌实验数据,利用HYDRUS-2D软件对土壤水力特征参数进行反演尝试,并探究边界均匀出水时,不同规格(直径、高度)的间接地下滴灌导水装置下形成的土壤水分分布差异。结果表明,HYDRUS-2D软件能有效地反演土壤水力特征参数,用反演参数模拟的土壤含水量和湿润距离与实测值吻合良好,基于3个反演参数和4个反演参数的模拟效果差异不大,计算模型的纳什效率系数分别为0.716和0.714。灌溉时不同直径、相同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响不大,而相同直径、不同透水边界高度的装置对侧边和底部的含水量分布影响较大。研究结果可为间接地下灌溉时导水装置规格的选取与农业水分精准管理提供科学依据。     

洪水河灌区灌溉预报研究——以板蓝根灌区为例

从节水灌溉的基本原理着手,运用农田水量平衡原理,以板蓝根灌区为例、洪水河灌区益民灌溉试验站多年试验资料为依据,作出适合当地板蓝根的灌溉预报。结果表明,板蓝根的灌溉定额为2 580 m3/hm2,夏灌1次水的灌水时间为6月中旬,灌水定额为1 290m3/hm2;夏灌2次水灌水时间为8月下旬,灌水定额为1 290 m3/hm2;与常规灌溉模式相比,节水1 200 m3/hm2,增产值5 755元/hm2,节水增产效益显著。     

基于冠层温度的夏玉米旱情指数理论模型和经验模型的比较

对水分胁迫指数(CWSI)的经验模型和理论模型在华北平原夏玉米中的应用进行了对比,分析了2种模型与土壤含水量以及叶水势之间的关系,对比了2种模型得到的CWSI的日际变化.结果表明,经验模型经常性地溢出0～1的范围,理论模型则很少出现溢出0～1的范围,经验模型的日际变化较理论模型大,理论模型1 d中得到的CWSI变化很小;2种CWSI模型与土壤含水量均显著相关,可用于指导作物灌溉时间;CWSI理论模型与夏玉米叶水势的相关性较好,更能反映作物本身的水分状况.     

灌溉方式对土壤中水分运动影响的模拟研究

在温室生产中,作物需要的水分主要依靠滴灌和喷灌方式供给,为了解在不同灌溉方式下土壤中水分运动的规律,以Navier-Stokes方程为框架、运用CFX流体动力学分析软件对滴灌和喷灌方式下水分运动情况进行了三维稳态模拟,模拟中设单位时间内供水量相同.模拟结果显示:灌溉方式对土壤中水分运动和分布有重要作用.在滴灌下,水分主要集中在作物根系区域,水分利用效率高.土壤水分呈近球状分布,随着灌溉时间的增加,球形边界逐渐模糊并向土壤深层延伸.在喷灌下,土壤水分一层层向下渗透,水分含量呈从上往下逐步递减,在每一层中的水分含量相对均一,在相同灌溉量下水分接触土壤量比滴灌时少.     

玉林市灌溉用水总量控制研究

玉林市农业灌溉用水占全市社会需水量的60%以上,灌溉用水管理在玉林市水资源优化配置中占有十分重要的地位。通过对玉林市灌溉用水现状和农业产业结构,分析了灌溉用水量和渠系水利用系数;对典型灌区用水量进行测定,并根据不同作物的用水定额和渠系水利用系数,制定各种灌溉用水方案,实现灌溉用水总量控制;预测了玉林市今后一定时期内的灌溉用水供需关系。结果表明,玉林市灌溉用水基本达到供需平衡。     

基于BP神经网络的灌区耗水量模拟预测模型

青铜峡灌区耗水量是一个复杂的非线性系统,受多种因素的影响,而农业耗水量是耗水大户.将影响灌区农业耗水量的主要因素:引水量、排水量、降雨量、蒸发量和地下水位埋深作为影响因子,建立青铜峡灌区灌溉耗水量的BP神经网络预测模型.结果表明,应用此网络,对2001-2003年灌区灌溉耗水量进行了预测,误差满足要求,精度较高,说明网络函数的选取和结构设计较为合理,该模型可用于灌区农业耗水量的预测.