地形坡度下滴灌毛管铺设长度及灌水小区进口压力分析

地形坡度是影响滴灌系统灌水均匀度的重要因素。计算不同地形坡度条件下滴灌毛管铺设长度时,要分析地形坡度对铺设长度的影响。根据滴灌系统灌区实际布置,计算灌水小区水头损失,推导流量偏差率公式,进而计算灌水小区进口压力。结果表明:地形坡度对毛管铺设长度影响明显,地形坡度0.05时,逆坡毛管铺设长度减少一半,顺坡增加1倍。而采用灌水小区进口压力新的计算方法,灌区小区压力计算结果与实际更吻合。     

U形渠道圆头量水柱的数值模拟

为进一步研究U形渠道圆头量水柱过流特性及测流精度,利用Flow-3D软件对U形渠道圆头量水柱水力特性进行数值模拟,将渠道水流流态及水面线的实测值与模拟值进行对比,同时研究不同规格的圆头量水柱流量与驻点水深的关系及水头损失情况,并拟合出其流量公式。结果表明:模拟值与实测值的相对误差10%,两者具有较好的一致性,数值模拟结果可为圆头量水柱的结构优化提供依据。流量与驻点水深有很好的线性相关关系,相关系数0.98;水头损失随收缩比的减小而增大,相比量水槽水头损失较小,但顺流长度过大,水头损失反而增大;根据数据拟合出的流量公式,最大相对误差为9.74%,平均误差为2.66%,满足精度要求。     

低压灌溉滴头流量及毛管铺设对玉米生长及产量的影响

研究了毛管不同铺设方式下,滴头流量对田间灌水均匀度、玉米出苗率、产量、水分利用效率、经济效益等指标的影响。结果表明,滴头流量越小,灌水均匀度越好,作物出苗率越高,水分利用效率相对较高,对作物生长及产量形成有积极作用。一膜两管(滴灌带间距60cm)较一膜三管(滴灌带间距40 cm)可节约滴灌带材料30%以上。低压滴灌在适当滴头流量(2.0 L/h)及毛管铺设模式(毛管间距60 cm)下不仅能提高产量,而且净收入也明显提高。     

机采棉滴灌带布置方式的选择

[目的]研究在机采棉种植模式下不同滴灌布的布置方式,对棉花生长的影响.[方法]采用大田试验法,分别选取3个灌水小区,以机采棉种植模式下滴灌系统中的滴头作为研究对象,各灌水小区内布设相同滴头设计流量下的两种不同滴灌布置方式.滴头设计流量分别为1.8、2.6和3.0 L/h;支管管径分别为75和90 mm,3种滴灌带的管径均为16 mm,滴头距均为30 cm.从毛管进口处开始依次为A、B、C、D、E分别计算出5点处的毛管水头,计算出管道系统压力,从而筛选出最适合机采棉种植模式下的最佳滴灌带布置方式.[结果]不同滴头设计流量和不同滴灌带布置方式下,毛管上的工作水头和系统工作压力存在明显差异.认为在设计条件下最佳模式应为1膜2管布置方式,滴头流量为2.6 L/h.[结论]在此种布置方式下棉花对水分的利用率达到最高,可以起到节水、增产的效果.     

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.     

国内外常用滴(渗)管滴头供水规律试验研究

本文选择国内外普遍使用的以色列内螺纹式和国内利用其技术制造的管上式、内镶式滴灌管、软滴灌带及针孔式渗灌管 (运城模式 )为研究对象 ,对它们的出流量及均匀性进行了大量试验 ,并对针孔式进行了改变孔径试验 ,得出如下结论 :(1 )滴头出流量与压力的关系曲线 ;(2 )内螺纹式、内镶式、管上式出流均匀性最好 (>98% ) ,软滴灌带次之 (≈ 91 % ) ,针孔式最差 (<87% ) ;(3)针孔式均匀性随滴头孔径增大而大幅下降 ,针孔式 ( 2mm)基本不能满足生产使用     

低压滴灌灌水均匀度试验研究

【目的】通过对灌水均匀度的研究,寻求改进和提高低压灌溉系统灌水均匀度的途径和方法。【方法】通过试验研究了低压条件下毛管进口压力、铺设长度、铺设坡度及管径等参数对灌水均匀度的影响,并用SPSS统计分析软件对试验数据进行了处理。【结果】在其他条件不变时,灌水均匀度随着毛管管径的增大而增大,随着毛管铺设长度的增大而减小,逆坡时,随着坡度的增大而减小,顺坡时,随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势;毛管进口压力对灌水均匀度影响不显著,毛管铺设长度、管径及铺设坡度对灌水均匀度影响显著,其中毛管铺设长度影响最大,毛管管径次之,毛管铺设坡度最小。【结论】可以通过适当增大毛管管径、减小灌水器设计流量及对地形适当分区等措施,提高低压滴灌系统的灌水均匀度,保证系统的灌水质量。     

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30cm、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/hm~2,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。     

新型高效内镶贴片式滴头研制

针对内镶贴片式滴灌带生产过程中在生产线选盘中滴头易反片、倒片,造成产品合格率低的问题,研究以提高滴灌带产出合格率为目标,创新设计了集正反面流道、中心打孔框和正反流道同一梳型进水口的滴头结构,并研制出高效内镶贴片式滴头.生产的内镶贴片滴灌带达到美国工程师协会(ASAE)和国际标准组织(ISO)中A类产品标准,水力性能好,产出合格率提高了2.97％,有效地解决了滴灌带生产过程中滴头反片、倒片的问题,提高了产品合格率.     

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。     

地下滴灌田间管网水力计算数值模拟

针对目前我国地下滴灌田间管网水力计算和水力特性研究较少,不能满足实际工程计算要求的问题,在前期试验和地下滴灌毛管水力计算数学模型的基础上,采用数值模拟方法,建立了地下滴灌田间管网水力计算数学模型。利用该模型可求解均匀坡、均匀土质、支管与毛管管径不变及均匀出流条件下的地下滴灌田间管网水力特征值。实例计算结果表明,该模型计算偏差小于1/1 000,精度满足实际工程计算要求。     

膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及产量的影响

【目的】明确等灌溉量膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长、产量及水分利用效率的影响。【方法】以郑单958为研究对象,于2015—2021年进行田间试验,通过管式水分仪测定窄行、根区和宽行下0—50 cm土层水分含量,研究膜下滴灌与细流沟灌对土壤水分分布状况及其对玉米株高、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、产量、水分利用效率等的影响。【结果】膜下滴灌优先补充窄行和根区的土壤水分,而细流沟灌优先补充宽行表层的土壤水分。而玉米耗水主要集中在0—30 cm土层范围内,膜下滴灌的窄行和根区0—30 cm土层水分含量均高于细流沟灌;随着土层深度增加灌溉对土壤含水量的影响减小,40—50 cm土层水分动态受灌溉方式影响较小。膜下滴灌较细流沟灌可显著促进玉米在开花期和成熟期的生长,提高叶面积指数。开花期膜下滴灌玉米的株高和叶面积指数较细流沟灌平均增加4.3%和8.3%,成熟期平均增加4.9%和15.1%。开花期和成熟期玉米总生物量均为膜下滴灌>细流沟灌处理,开花期增加12.2%,成熟期增加11.5%。膜下滴灌处理的玉米干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对籽粒贡献率均显著高于细流沟灌处理,分别增加17...     

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.     

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析

采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。     

单点源滴灌条件下土壤渗流规律研究

针对单点源滴灌条件下的渗流过程,考虑土壤及水的压缩性影响,建立了弹性不稳定渗流数学模型。根据此模型可得到不同滴头流量条件下的润湿锋距离随时间变化规律及不同时刻土壤水头分布规律。计算结果表明:润湿锋距离增加的幅度随着灌溉时间的延长而减小,土壤压降漏斗前缘随着时间延长而不断向外扩展。     

Control of individual microsprinklers and fault detection strategies

Based on yield variability in orchards, it is evident that many trees receive too much or too little water and fertilizer under uniform management. Optimizing water and nutrient management based on the demand of individual trees could result in improved yield and environmental quality. A microsprinkler sensor and control system was developed to provide spatially variable delivery of water and fertilizer, and a prototype was installed in a nectarine orchard. Fifty individually addressable microsprinkler nodes, one located at every tree, each contained control circuitry and a valve. A drip line controller stored the irrigation schedule and issued commands to each node. Pressure sensors connected to some of the nodes provided lateral line pressure feedback. The system was programmed to irrigate individual trees for specific durations or to apply a specific volume of water at each tree. Time scheduled irrigation demonstrated the ability to provide microsprinkler control at individual trees, but also showed variation in discharge because of pressure differences between laterals. Volume scheduled irrigation used water pressure feedback to control the volume applied by individual microsprinklers more precisely, and the average error in application volume was 3.7%. Fault detection was used to check for damaged drip lines and clogged or damaged emitters. A pressure monitoring routine automatically logged errors and turned off the microsprinklers when drip line breaks and perforations caused pressure loss. Emitter diagnosis routines correctly identified clogged and damaged microsprinkler emitters in 359 of 366 observations. Irrigation control at the individual tree level has many useful features and should be explored further to characterize fully the benefits or disadvantages for orchard management.     

Three-dimensional numerical simulation of flow in trapezoidal cutthroat flumes based on FLOW-3D

To solve the common problem of flumes flow-measurement accuracy without sacrificing water head, a new type of trapezoidal cutthroat flume to measure the discharge in terminal trapezoidal channels is presented. Using the computational fluid dynamic method, three-dimensional flow fields in trapezoidal cutthroat flumes were simulated using the RNG k-ε three-dimensional turbulence model along with the TruVOF technique. Simulations were performed for 12 working conditions, with discharges up to 0.075 m³·s⁻¹ to determine hydraulic performance. Experimental data for the trapezoidal cutthroat flume in terminal trapezoidal channel were also obtained to validate the simulation results. Velocity distribution of the flume obtained from simulation analyses were compared with observed results based on time-averaged flow field and comparison yielded a solid agreement between results from the two methods, with relative error below 10%. The results indicated that the Froude number and the longitudinal average velocity increased along the convergence section and decreased in the divergent section. In the upper throat, the Froude number was less than 0.5, which meets the water measurement requirement, and the critical flow appeared near the throat section. The maximum water head loss of the trapezoidal cutthroat flume was less than 9% of the total head, compared to the rectangular cutthroat flume, and head loss of trapezoidal cutthroat flume was significantly less. Regression models developed for upstream depth versus discharge under different working conditions were satisfactory, with a relative error of less than 2.06%, which meets the common requirements of flow measurement in irrigation areas. It was concluded that trapezoidal cutthroat flumes can improve flow-measurement accuracy without sacrificing water head.     

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。     

不同滴灌毛管布置模式棉花水氮耦合效应

 【目的】研究施肥量和灌水量对不同滴灌模式棉花产量、氮素利用效率（NUE）、水分利用效率（WUE）的水氮耦合效应的影响。【方法】试验设置1带4行、2带4行、2带6行3种滴灌模式,灌水量和施氮量采用二次通用旋转组合设计,进行大田小区棉花膜下滴灌试验。【结果】棉花产量的水氮耦合效应：灌水量和施氮量对棉花产量的影响,1带4行为灌水量＞施氮量,2带4行和2带6行为施氮量＞灌水量。在灌水量65.1～284.9 mm的范围内,3种滴灌模式棉花产量与灌水量呈显著正相关。棉花产量与施肥量,1带4行施氮量16.2～94.2 kg?hm-2呈显著的正相关,2带4行在施氮量为16.2～69.0 kg?hm-2呈负相关,施氮量为69.0～94.2 kg?hm-2呈正相关。2带6行施氮量为16.2～55.2 kg?hm-2呈正相关,施氮量为55.2～94.2 kg?hm-2呈负相关。棉花NUE的水氮耦合效应：灌水量和施氮量对棉花NUE的影响,3种模式均为施氮量＞灌水量。氮素利用效率与施氮量的关系,1带4行施氮量16.2～82.2 kg?hm-2,施氮量与NUE呈显著负相关,当施氮量为82.2～94.2 kg?hm-2呈显著正相关。2带4行施氮量16.2～69.0 kg?hm-2呈显著负相关,当施氮量为69.0～94.2 kg?hm-2呈显著正相关。2带6行在施氮量16.2～94.2 kg?hm-2呈负相关。在灌水量65.1～284.9 mm的范围内,3种滴灌模式氮素利用效率与灌水量呈正相关。棉花WUE的水氮耦合效应：灌水量和施氮量对棉花WUE的影响,1带4行和2带4行灌水量＞施氮量,2带6行为施氮量＞灌水量。施氮量与水分利用效率,1带4行呈正相关,2带4行施氮量为16.2～41.4 kg?hm-2呈负相关,施氮量为44.2～94.2 kg?hm-2呈正相关。2带6行在施氮量为16.2～55.2 kg?hm-2呈正相关,施氮量为55.2～94.2 kg?hm-2呈负相关。在灌水量65.1～284.9 mm范围内,3种滴灌模式棉花水分利用效率与灌水量均呈负相关。【结论】根据不同滴灌模式对水氮耦合效应,建立以棉花产量、NUE、WUE为目标的不同滴灌模式水氮管理策略,得出2带4行棉花滴灌模式为最能够促进水氮耦合效应发挥、有利于膜下滴灌棉花生长的田间水氮管理模式。