地下滴灌毛管水头偏差率特性及与土壤水分均匀度的关系

毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。     

地下滴灌毛管水力要素试验

地下滴灌毛管滴头的压力和流量分布是其主要的水力要素,研究这一问题对地下滴灌工程的设计和运行管理具有重要的意义。该文提出了地下滴灌毛管水力要素的试验方案,可用较短毛管获得其压力流量测试数据和分布规律。针对提出的试验方案,结合地下滴灌单滴头的水力特性研究成果,建立了描述地下滴灌毛管压力、滴头流量和局部水头损失系数之间关系的非线性方程组。将这一非线性方程组计算转化为一个函数优化问题,建立其求解的优化数学模型,采用遗传算法求解。用试验数据验证了计算结果,表明用此非线性方程组可反映地下滴灌毛管压力流量分布规律,求解方法具有较高的计算精度。该方法为进一步研究地下滴灌毛管的水力要素奠定了基础。     

棉花膜下滴灌毛管布置方式的试验研究

根据2000年5～8月在新疆石河子121团土壤改良实验站进行了大田棉花膜下滴灌毛管布置形式的试验研究,毛管间距110cm基本能满足外行棉花对水分的需求。通过对3种不同毛管间距条件下棉花株高、叶面积、根长、产量和品质的比较,毛管间距110cm,一条毛管灌溉4行棉花的布置方式较好。它比常规布置方式可节省毛管用量1/3左右,可以大幅度降低膜下滴灌系统的投资     

地埋式滴灌毛管埋深和间距对玉米产量的影响

研究了地埋式滴灌毛管埋深及间距对大田玉米产量的影响。结果表明,苗期毛管埋深30 cm时耗水较高,有利于玉米苗期和前期的生长;拔节期到大喇叭口期,毛管间距80 cm时耗水量较低;在灌浆期,间距60 cm时耗水最大,说明在玉米灌浆期,由于灌水补充和降水的增多,各处理耗水量达到最大值。毛管埋深30 cm、间距为60 cm时,滴头流量为1.2 L/h、1.6 L/h处理的产量均达最高,分别为11 670、15 375 kg/hm2,因此毛管埋深为30 cm、间距为60 cm为大田玉米地埋式滴灌最优组合模式。同一毛管铺设方式下,在灌水定额和灌水时间一致的情况下,滴头流量为1.6 L/h时的产量显著高于滴头流量为1.2 L/h的处理。     

低压地下与地表滴灌滴灌带水力性能对比试验

为研究低压条件下地下毛管的水力性能与灌水均匀度的变化规律,以新疆大田地下滴灌系统作为研究对象,支管入口压力在1.4~6.55 m之间,在支管的首部、中部和尾部分别对地下和地表毛管进行测试,比较流量、工作压力和总水头损失等参数间的关系。结果表明:1)可以通过压力与流量判断毛管工作是否正常。2)地下毛管在土壤基质势驱动滴头出流时,大于地表毛管流量,相对地表毛管流量增加0.12~0.9,并且增加比例随压力降低而增大。3)90%的正常地下毛管的工作压力要小于地表毛管,压力折减系数在(-10%,0)的概率是70%。4)用总水头损失、勃拉休斯公式及多口系数推求毛管考虑局部水头损失的加大系数,地表毛管平均值在1.32~5.94之间,地下毛管平均值在1.37~2.18之间,二者均随压力降低而增大;土壤基质势作用使地下毛管流量增大,导致地下毛管的加大系数比地表毛管小。5)地表管网的灌水均匀度随压力降低而降低;土壤基质势的作用提高了地下管网的均匀度,压力偏差率比地表管网低0.62%~3.44%,流量偏差率比地表管网低8.15%~22.4%。该研究可为低压地下滴灌系统的设计与管理提供科学依据。     

滴灌毛管首部射流脉冲三通水力特性试验研究

该文研究毛管射流脉冲三通水力特性并提出毛管脉冲三通水力设计方法。在脉冲三通2个出口端,安装6组不同长度的毛管(30、40、50、60、70、80 m),在5种压力条件下(5、6、8、10、12 m水头),分别测试6组不同长度毛管的脉冲水力特性,建立描述射流脉冲三通的脉冲水力特性和水头损失的非线性方程,以及脉冲特性和灌水均匀系数的非线性方程,经验证,拟合公式计算值与试验值相对误差不大于1.5%,表明得到的非线性方程可反映脉冲三通的水力特性与水头损失及灌水均匀系数的变化规律。以此为基础,提出设计情况下脉冲三通进口压力计算步骤,通过设计实例表明,基于水头振幅和脉冲频率获得的灌水均匀系数分别为98.13%和98%,绝对误差仅0.13%,可以简便快速地确定不同需水作物条件下毛管脉冲三通的进口压力,预测毛管的灌水均匀系数。该研究结果为射流脉冲三通滴灌系统水力设计提供计算方法。     

毛管埋深和层状质地对番茄滴灌水氮利用效率的影响

为了确定不同质地土壤中地下滴灌的适宜毛管埋深,通过两年日光温室滴灌施肥灌溉试验,研究了毛管埋深、土壤层状质地和施氮量对番茄产量、品质及水分利用效率（WUE）、氮肥表观利用率（AFUE）和氮肥偏生产力（PFP）的影响。研究结果表明,均质壤土中,毛管埋深、施氮量及其交互作用对番茄产量和WUE影响不显著,地下滴灌番茄Vc含量比地表滴灌低;番茄AFUE随毛管埋深增加而降低,施氮量由150 kg/hm2增加到225 kg/hm2时,番茄PFP显著降低。对均质壤土,建议毛管埋深15 cm、施氮量150 kg/hm2,以获得较高的PFP。土壤的层状质地结构明显降低番茄的产量、WUE和PFP,与均质壤土处理相比,上砂下壤和砂土夹层处理WUE分别低32%和11%,产量和PFP分别低33%和12%,从提高水氮利用效率的角度出发,建议在上粗下细（上砂下壤）的层状土壤中慎重使用地下滴灌。     

滴灌系统滴头设计水头的取值依据

滴头设计水头是滴灌系统中的重要技术参数,为解决其取值缺乏理论指导的问题,研究了滴头设计水头的取值实质、提出了评判灌区田面状况对系统灌水质量影响的指标——高差流量偏差率及其算式;用此指标对不同田面状况下现行滴灌系统进行评判,结果表明：滴头设计水头采用习惯取值,常使滴灌系统对地形的适应能力过高,造成投资和运行费用的浪费,是滴灌系统一项可以挖掘的潜力;进而按滴灌系统适应地形的能力与灌区田面状况相匹配的原则,导出了滴头设计水头的计算式。     

滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系分析

滴灌系统设计水头是影响滴灌工程投资与运行费用最为关键的因素,输配水管网是滴灌工程投资的主体,涉及到庞大的能耗与运行管理费用。该文从滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系等方面进行了分析。结果表明：在管径一定的条件下系统设计水头与工程输配水管网投资基本成正比例关系,并与年运行电费成正比例关系,对流态指数大于0.571的滴灌灌水器,降低设计水头有利于延长毛管铺设长度或减小流量偏差率提高灌水均匀度,降低系统运行电费,减少轮灌组数,提高管道利用率。该研究可供滴灌产品研发、工程设计与运行管理者参考。     

玉米地埋式滴灌土壤水分迁移规律研究

在地埋式滴灌条件下,对不同毛管埋深及间距对大田玉米土壤水分迁移规律进行了研究。结果表明,毛管在同一埋设深度时,随着铺设间距的增大,肉眼观察到的横向湿润锋交汇深度也加深。毛管埋设深度为30 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的土层深度分别为0～10、10～20、15～20 cm;毛管埋设深度为35 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的深度土层分别为0～10、30～35、30～35 cm;毛管埋设深度为40 cm、间距为60、70、80 cm时,其湿润锋交汇的土层深度分别为10～20、20～30、25～30 cm。     

基于流量偏差率的滴灌毛管管径简易设计

满足灌水均匀度设计标准与额定流量的滴灌毛管管径优化设计是滴灌毛管水力设计的重要内容。该文以流量偏差率为灌水均匀度设计标准,提出一种简易的滴灌毛管管径水力设计方法。通过改变单向和双向滴灌毛管流量偏差率解析公式的形式,提出一个新的管径设计参数。基于能坡线法,建立参数与坡降比参数的关系,并绘制和构建相关图形和计算公式。结果表明：当流量指数分别取值为1.75、1.69和1.00时,单向毛管管径的设计参数取值分别为?1～≤2.801,?1～≤2.859和?1～≤4;双向毛管管径的设计参数取值分别为0～≤3.143,0～≤3.183和0～≤4。满足流量偏差率设计标准和灌水器额定流量时,单向毛管管径将有1或2个设计值,双向毛管管径将有1、2或多个设计值。根据参数的取值范围,以坡降比参数为设计变量,推导了均匀坡下单向和双向毛管管径的计算公式。此外,进一步简化了滴灌毛管进口工作水头的计算公式。当已知设计流量,流量偏差率设计标准,毛管管长等参数时,可以按照设计步骤直接计算滴灌毛管管径和进口工作水头,无需进行任何复杂的试算。设计案例1表明在多数地形条件下,利用该文方法设计单向毛管的结果与传统方法设计结果的相对误差不超过4%;设计案例2表明该文方法设计双向毛管的结果与其他2种常用方法设计结果的最大相对误差为4%。因此,从工程实践角度,利用该方法设计的滴灌毛管管径和进口工作水头与其他传统方法设计结果非常接近。相比于传统设计方法,该方法简便实用,可以直接应用于滴灌工程设计。该研究可为改进滴灌毛管优化设计提供理论依据。     

土壤物理特性对地下滴灌毛管灌水质量的影响

压力水头偏差率和滴头流量偏差率是评价微灌灌水质量的重要指标。该文建立了地下滴灌毛管水力计算数学模型,利用该模型,分析了土壤物理特性对地下滴灌毛管水力特性分布规律和灌水质量的影响。结果表明,由于土壤物理特性对地下滴灌毛管滴头流量的制约作用,致使地下滴灌毛管压力水头与滴头流量偏差率比地表滴灌的要小;土壤物理特性对毛管灌水质量指标的影响不显著,但土质较重、土壤体积质量和初始含水率较大时,毛管压力水头与滴头流量偏差率较小,灌水质量较好。说明地下滴灌毛管灌水质量优于地表滴灌,土壤物理特性有利于毛管灌水质量的提高。计算与分析结果可为进一步研究地下滴灌田间管网水力特性及地下滴灌技术应用提供参考。     

滴灌系统设计供水比对滴灌费用的影响

滴灌供水比是滴灌系统一个重要的设计参数。其取值的大小直接影响工程的投资和运行费用,也影响作物的供水状况,最终影响工程的效益。设计滴灌供水比对滴灌费用的影响一般主要表现于对田间管网费用的影响。该文通过对单位面积支、毛管PE塑料管材用量和田间管网年费用与设计滴灌供水比关系的分析估计设计滴灌供水比对滴灌费用的影响,为合理选择设计滴灌供水比提供依据和参考。     

减缓滴头堵塞风险的毛管首次冲洗时间及周期的确定

为探究引黄滴灌区水肥一体化灌溉过程中毛管冲洗周期对滴头堵塞风险的影响,该研究分别对浑水和浑水+尿素滴灌后不同毛管冲洗周期（3、5、7、10 d）对滴灌滴头堵塞的控制效果进行了研究。结果表明：毛管冲洗周期对滴头相对流量有极显著影响,在浑水滴灌条件下,毛管冲洗处理的相对流量比未冲洗的对照处理高14.29%～47.77%（P<0.05）,在浑水+尿素滴灌条件下,毛管冲洗处理的相对流量比未冲洗的对照处理高12.89%～126.67%（P<0.05）。按照毛管冲洗对滴头流量的保持能力可将滴灌系统运行为3个阶段：冲洗钝感期、冲洗敏感期和冲洗无效期,首次冲洗应在冲洗钝感期结束前进行。宁夏中卫段黄河水浑水滴灌和浑水+尿素滴灌后的首次冲洗应该分别在第2灌水和第9次灌水后进行,适宜的毛管冲洗周期分别为5和7 d。研究结果可为宁夏中卫段黄河水滴灌区采取适宜的抗堵塞措施提供参考。     

加氯及毛管冲洗控制再生水滴灌系统灌水器堵塞

再生水滴灌系统中灌水器生物堵塞与其内部堵塞物质-附生生物膜的形成、生长有着密切关系,加氯配合毛管冲洗既可以借助加氯杀菌抑制微生物生长,又可以利用毛管冲洗的剪切力作用而促进毛管内部堵塞物质的脱落而冲出系统外部,有望成为一种控制灌水器内部生物膜形成与堵塞的有效措施。为此,借助周期循环式活性污泥法(cyclic activated sludge system,CASS)工艺污水处理厂现场再生水滴灌系统灌水器堵塞试验,研究毛管冲洗、加氯、加氯配合毛管冲洗3种模式对再生水滴灌系统灌水器堵塞控制效果。研究发现加氯配合毛管冲洗可有效降低灌水器内附生生物膜中微生物的数量,较单独的毛管冲洗、加氯以及未进行任何处理条件下微生物磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acids,PLFAs)含量分别降低了52.2%、44.2%、73.2%,微生物分泌的黏性胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)含量也分别降低了约28.0%、22.9%、63.9%,在微生物及其分泌的黏性多聚物的共同作用下,使得灌水器内部堵塞物质总量分别降低了47.4%、43.1%、69.1%,进而使得灌水器相对平均流量和灌水均匀度最高分别提升了40.0%、53.0%,灌水均匀度(coefficient of uniformity,CU)达到了70%以上。同时表明在推迟加氯起始时间后(即灌水器相对平均流量(discharge ratio variation,Dra)降至80%开始加氯),加氯仍可以达到满意的堵塞控制效果。但加氯配合毛管冲洗也会显著增加微生物活性,分别提升了36.5%、29.0%、15.7%,这也使得对灌水器堵塞的恢复效果逐渐降低。     

地下滴灌灌水器水力性能试验研究

地下滴灌与地表滴灌的最大差异在于地下滴灌的灌水器出水口被土壤包围，其出流受到土壤的限制。在室内将灌水器埋入土槽中，模拟研究了灌水器类型、自由出流时的流量、工作压力、土壤初始含水率等因素，对地下滴灌条件下灌水器水力性能的影响。试验结果表明：灌水器埋入土壤后，流量是其自由出流时流量的1/2～1/4。方差分析表明，影响地下滴灌灌水器水力性能的主要因素是自由出流时的水力特性和土壤特性。针对测试土壤，建立了地下滴灌灌水器流量计算的修正关系式。     

滴灌树状管网水力计算的有限元法

大型滴灌系统的水力计算必须借助计算机用管网分析技术来解决,若使用普通微机,占用的内存的数目可能成为主要的障碍。本文提出一种节省内存,计算方法简便的有限元法,使3000～6500高阶矩阵问题能在普通个人计算机上求解。作者对有限元法中的单元离散、非线性问题的线性化、总体方程构造、元素储存以及求解等一系列问题都提出了新的见解。     

双向对冲流滴灌灌水器水力性能与消能效果

双向对冲流滴灌灌水器是1种可形成急转流、正反双向流、以及对冲混掺流等加大能量耗散效果的新型灌水器。为研究灌水器的水力性能以及流道几何参数对水力特性的影响,取灌水器几何参数作为因素,采用正交设计安排25组试验方案,开展水力性能测试,计算流道的局部损失系数,同时对正交试验结果进行直观和方差分析,建立几何参数与流态指数的回归模型。结果表明,灌水器流态指数为0.432～0.464,其水力性能良好。单元流道的局部损失系数为6.698～19.130,显示优越的消能效果。挡水件与分水件最大过水通道宽度对流态指数的影响最大。建立的几何参数与流态指数之间的回归模型R2=0.94,且验证表明其估算值与试验值相对误差小于5%,可可靠地估算流态指数。研究可为双向对冲流滴灌灌水器水力性能预研和评估、结构优化提供参考。     

滴灌湿润比的有机理设计方法及应用

由滴头下水平、铅直湿润距离与时间关系及湿润土体的形状，首次提出并验证了湿润宽度与时间关系函数主其经验常数间应满足的约束条件, 次提出了据此进行湿润比有理设计的方法，可用于计算显润范围不超过计算湿润深度时湿润比的计算方法、湿润范围超出计划湿润深度时湿润比及渗泼湿润土体，渗漏水量的计算方法。由滴头湿润锋的实验结果，求出了湿润距离与时间关系表达式的系数，并给出了不同条件下进行湿润比有理设计的实例。