膜下滴灌条件下绿洲棉田土壤水分运动数值模拟

应用非饱和土壤水运动理论,建立膜下滴灌条件下土壤水分运动二维数值模拟模型,研究了田间层状土壤在膜下滴灌条件下土壤水分运动特征.应用不同小区不同灌水处理的实测值与模拟值进行对比,同时对模型做了精度分析,结果表明符合精度要求,这说明所建立的模型能客观地反映实际土壤条件下的水分运动情况.研究结果表明:土壤剖面30～40 cm粘土层使土壤水分运动具有很大的差异,0～30 cm变化明显,而40 cm以下土壤水分运动的变化较小. 膜下滴灌应该采取灌水量小,频度大的灌溉模式.     

棉花苗期滴灌水盐运移数值模拟及试验验证

利用Hydrus 2D软件对棉花苗期咸水滴灌水盐运移数学模型进行求解,并由田间实测数据对模拟结果进行了验证。结果表明,土壤水分与盐分浓度的模拟值与实测值吻合良好,在模型建立正确,土壤水分与盐分运动参数选取合理的情况下,Hydrus 2D对于水分与盐分运移的模拟精度均可以满足滴灌系统设计与运行参数选取的要求。在灌水总量相同时,低频灌溉有使表层土体内的盐分积累减少的趋势。     

设施茄子滴灌土壤水分运动数值模拟及验证分析

基于非饱和土壤水动力学理论及根系吸水模型,建立地面滴灌土壤水分运动数学模型,应用HYDRUS-2D模型模拟全生育期不同灌水处理条件下设施茄子滴灌土壤水分动态变化,结果表明：土壤含水量模拟值与实测值之间具有较好的一致性,所建地面滴灌土壤水分运动数学模型能较好地反映滴灌条件下茄子土壤水分运动规律。     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

多点源滴灌条件下红壤水分溶质运移试验与数值模拟

为了掌握红壤多点源滴灌条件下水分溶质运移规律,为红壤丘陵地区脐橙滴灌灌溉设计和管理提供参考,建立了5个不同红壤容重下滴灌水分和硝态氮运移的数学模型。借助Hydrus-3D模型模拟了不同红壤容重、同一滴头流量和施氮量时土壤水分溶质分布特征和湿润锋推移和交汇过程。模拟结果与试验对比表明:模拟的湿润锋运移交汇过程、湿润体内土壤含水率以及NO_3~--N含量与实测值之间的偏差均在9.5%以内;模拟值和实测值具有很好的一致性,并显示在湿润锋交汇处土壤含水率和NO_3~--N含量低于同一深度滴头下方的土壤,另外高容重红壤阻碍湿润锋的推进速度。总体而言,Hydrus-3D可以用于红壤滴灌施肥灌溉条件下湿润体范围以及水分和氮素运移和分布的模拟。     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

地表积水条件下滴灌入渗特性研究

大流量供水条件下滴灌入渗地表积水区域不断变大,直到通过积水区域的水分渗透能力和滴头的供水强度达到平衡。不同滴头流量条件下水平和垂向湿润锋的推进速率和入渗时间存在极显著的幂函数关系。滴头流量对湿润体水平和垂向湿润距离的比值有显著的影响,滴头流量越大该值也越大,并且该值随着入渗时间的增加而逐渐变小。滴灌积水入渗的稳定渗透通量Jo大于垂直一维入渗的稳渗率,并且Jo随滴头流量的增加而减小,Jo和地表积水半径的倒数呈显著的线性关系,根据Wooding入渗方程可推导出该直线的截距代表了一维入渗条件下土壤的饱和导水率。     

内蒙古河套灌区冻融周期内渠道水热耦合数值模拟

为了研究季节性冻土区温度对渠道水分场的影响以及变化规律,在一个冻融周期内对河套灌区南边分渠地温和含水率进行了现场测试,并基于Harlan模型和Darcy定律,建立了二维水热耦合模型,利用有限元软件对渠道的水分场和温度场进行了数值模拟。结果表明,随着渠道边坡表面温度的降低,冻结锋面逐渐向下发展,水分在温度梯度的影响下不断向渠道表面聚集,对渠道衬砌产生冻胀破坏,渠道边坡中下部水分迁移量大,冻胀破坏严重,低温与水分迁移量之间存在时间上的滞后。模拟值与现场测试结果相符,验证了水热耦合数值计算模型的正确性。     

地下滴灌土壤水分运动数值模拟

基于土壤水动力学原理,建立了针对地下滴灌(SDI)具体条件下土壤水分运动的数学模型。对建立的特定模型进行了ADI交替隐式差分求解。模拟计算结果得到了室内试验的验证。     

葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律模拟研究

为探讨葡萄组合式滴灌条件下土壤水分运移规律,为葡萄的滴灌灌溉制度提供理论依据,利用HYDRUS-2D软件模拟了该条件下土壤纵剖面水分分布,并与实测值进行了对比。结果表明,滴头正下方各深度处体积含水率均方根误差(RMSE)在1.82%~2.76%间,模拟具有较高精度,模型参数可靠。再结合模型验证后参数,分别模拟了滴头流量为2.4 L/h时,灌溉8、10、12 h后水分再分布24 h时土壤水分运移规律。结果表明,滴灌12 h时,土体湿润体面积范围较广,有效含水率深度与葡萄根系发育规律较匹配,满足葡萄架下与架外根系生长对土壤水分要求。     

滴灌条件下沙地土壤水分分布与运移规律

通过对不同流量的滴头,不同灌水历时条件下沙地土壤滴灌湿润体的大小与形状的观测观察,以及对滴灌停止后不同间隔时间的土壤湿润锋运移,湿润体的发展,土壤水分的分布与再分布测量分析,使之对滴灌条件下土壤湿润体的大小及发展、土壤水分的分布与再分布规律等有了比较清楚的认识。本文不进行理论上的土壤水分分布模拟,仅从众多的实测资料分析着手,揭示土壤水分分布与运移规律,旨在为砂壤地玉米滴灌的参数确定（滴头间距、流量、灌水历时等）提供基本依据。通过土壤水分与湿润体实测资料分析认为,滴灌玉米的滴头流量在２．０ｌ／ｈ左右,灌水历时２～３ｈ,滴头间距为５０ｃｍ左右为宜。过长的灌水历时（大于３ｈ）即可能导致灌溉水的无为损失,造成先进的节水灌溉技术条件下新的水浪费问题。滴头间距过密,会加大不必要的工程投资。     

玉米地下滴灌适宜出苗灌水定额试验研究

为探索解决地下滴灌玉米出苗难的问题,通过土箱试验,对内蒙古自治区具有典型代表性的3种土壤,开展了毛管铺设参数(滴头流量、埋深)和灌水定额对地下滴灌湿润半径的影响规律试验,结合玉米播种深度、水分向上及向下运移的距离及种子周围土壤含水量,研究了玉米适宜出苗灌水定额,以提高出苗率,指导实际生产.结果表明:按显著性水平0.05检验,土壤类型和灌水定额均对土壤湿润半径影响具有统计学意义,而滴头流量和埋深对湿润半径影响不具有统计学意义.在黏壤土中,玉米出苗灌水定额37.5~52.5 mm基本可满足毛管埋深25~35 cm的出苗要求;在壤土中,玉米出苗灌水定额37.5 mm左右基本可满足毛管埋深25~30 cm的出苗要求,灌水定额52.5 mm左右基本可满足埋深30~35 cm的出苗要求;在砂壤土中,灌水定额22.5~37.5 mm基本可满足毛管埋深约25 cm的玉米出苗要求,灌水定额52.5 mm基本可满足毛管埋深25~35 cm的玉米出苗要求.     

Design logic for deficit drip irrigation of coconut trees

This paper demonstrates the potential productive and economic advantages of designing for deficit (or under-) irrigation of selected crops in water short areas. The example presented is for the supplemental irrigation of rainfed coconut trees in the state of Kerala, India. In particular, the productive and economic advantages of designing drip systems for deficit irrigation as compared to standard drip systems designed for full irrigation to meet potential evapotranspiration is demonstrated.Paper developed in conjunction with the Transfer Course on Drip and Sprinkler Irrigation System Design and Layout, 7–25 January, 1991, at the Center for Water Resources Development and Management, Calicut, Kerala, India. This is a sub-activity of USAID's Indo-US Project, carried out by Louis Berger Intl. Inc. and Water and Power Consultancy Services Ltd.     

单翼迷宫灌水器进口流场数值模拟与结构优化

针对单翼迷宫式滴灌灌水器工程应用中,大多数堵塞都发生在灌水器进口及其邻近区域的问题,对单翼迷宫式滴灌灌水器进口结构特性和水力性能进行分析,并对内部流场的计算流体进行动力学（CFD）数值模拟研究,发现目前广泛使用的单翼迷宫式滴灌灌水器的进口在实现灌水器多进口安全保障、过滤、抗堵塞等功能方面的设计存在不足之处.应用CAD-CFD技术改进单翼迷宫式滴灌灌水器进口的结构,优化其水力性能.改进后的灌水器5个进口流量基本相同,流速分布也较为均匀.不存在超低流速区,能有效减少灌水器进口的沉积和堵塞,提高灌水器的抗堵塞能力,实现了多进口的安全保障功能.     

滴灌水氮耦合对水氮利用及冬小麦产量的影响

以华北地区冬小麦为试验对象,参考直径20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量E,通过2 a的大田试验(2012—2013),研究了大田地表滴灌条件下水氮耦合制度对作物耗水量、作物生理指标、产量、氮残留及水氮利用效率的影响,结果表明,冬小麦生育期内的耗水量、叶面积指数及产量受灌水定额的影响更为显著(P<0.05);滴灌条件下,当施氮量在120~290 kg/hm²时,水氮耦合效应对冬小麦耗水量的影响不具有统计学意义;在滴灌灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm²的水氮耦合模式下,冬小麦的产量较高,土壤硝态氮的当季残留较少,且进一步显著增加灌水定额和氮肥投入量将导致产量的明显下降;综合考虑冬小麦水氮利用效率和对地下水的潜在淋失风险,华北典型区滴灌水氮耦合的优化组合范围宜为灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm².     

覆膜滴灌对玉米田间水热传输及耗水的影响

基于充分滴灌条件下,定量分析了东北典型区玉米膜下滴灌与不覆膜滴灌下太阳净辐射、土壤热通量、土壤温度和作物耗水量的差异.结果表明:在晴天覆膜使得净辐射峰值时间滞后约1 h,在阴天覆膜处理土壤热通量能够为玉米生长提供更多的能量;全生育覆膜与不覆膜处理,冠层上方获得净辐射分别为133.25和135.42 W/m²,覆膜处理获得的可供能量低于不覆膜处理的,但在玉米生长中后期,覆膜处理提高了2%的净辐射;全生育期覆膜提高了0~80 cm土层平均地温1.13 ℃和土壤积温149.68 ℃;覆膜滴灌下玉米生长初期和后期的耗水量显著低于不覆膜滴灌处理下的,全生育期耗水量显著减少10.21%,生育期内平均作物系数K_c显著降低7.42%.     

绿洲灌区膜下滴灌调亏对辣椒品质及产量的影响

为揭示滴灌水分亏缺对辣椒营养品质及产量的影响,以"陇椒6号"为对象,在辣椒苗期分别施加轻度(65％～75％田间持水量)、中度(55％～65％田间持水量)和重度水分调亏(45％～55％田间持水量),在盛果期和后果期分别施加轻度水分亏缺,以全生育期充分供水(75％～85％田间持水量)为对照,分别测定各水分处理辣椒青果营养品...     

滴灌灌水器三角形迷宫流道优化设计

为了研究三角形迷宫流道滴灌灌水器的水力特性,将其结构作为研究单元,以流道转角、流道宽度和齿高3个结构参数为因素,采用均匀设计方法设计出10个结构参数组合方案.对于每个参数方案,通过AutoCAD对灌水器流道进行三维造型设计,采用计算流体动力学软件Fluent 6.2对流道内部流体的流动状态进行数值模拟,并且模拟分析灌水器内部流道的水力性能和流场特性,得到流道内部流场可视化图像,同时计算不同压力对应的流量值,通过回归分析建立压力与流量之间的量化关系和回归曲线图,并获得其流态指数.在此基础上,根据10个组合方案数据,通过多元回归计算,建立流态指数与结构参数之间的数学关系.以流态指数最小为目标,采用遗传算法,获得结构参数优化设计方案,得到一种流道内速度均匀分布、压力变化均匀递减、流量大小控制在滴灌允许范围之内、水力性能优良的三角形迷宫流道灌水器,可为三角形迷宫流道灌水器的参数化结构设计、制造中的精度控制以及最终的研发提供理论依据.     

Numerical simulations of water movement in a subsurface drip irrigation system under field and laboratory conditions using HYDRUS-2D

Due to the decreasing availability of water resources and the increasing competition for water between residential, industrial, and agricultural users, increasing irrigation efficiency, by methods like subsurface drip irrigation (SDI) systems, is a pressing concern for agricultural authorities. To properly manage SDI systems, and increase the efficiency of the water/fertilizer use while reducing water losses due to evaporation, the precise distribution of water around the emitters must be known. In this paper, the Windows-based computer software package HYDRUS-2D, which numerically simulates water, heat, and/or solute movement in two-dimensional, variably-saturated porous media, was used to evaluate the distribution of water around the emitter in a clay loam soil. The simulation results were compared with two sets of laboratory and field experiments involving SDI with emitters installed at different depths, and were evaluated using the root-mean-square-error (RMSE). The RMSE at different locations varied between 0.011 and 0.045 for volumetric water contents, and between 0.98 and 4.36 cm for wetting dimensions. Based on these values, it can be concluded that the correspondence between simulations and observations was very good.     

膜下滴灌马铃薯对水肥调控的响应研究进展

马铃薯作为保证国家粮食安全的全球第四大粮食作物,对水肥需求量较大,水肥成为制约马铃薯可持续发展的重要因素。膜下滴灌水肥调控技术可通过合理的水肥配施达到节水节肥和水肥高效利用目的,在实现马铃薯高产优质的同时,提高作物根层土壤酶活性,稳定土壤肥力。本文综述了膜下滴灌水肥调控对马铃薯产量、品质、水肥利用和根层土壤酶活性的影响,旨在为马铃薯水肥调控技术的推广和应用提供重要借鉴和参考。