混凝土衬砌渠道保温防冻胀技术研究

通过调研我国北方大型灌区渠道保温防冻胀技术应用现状,并进行理论分析,提出了混凝土衬砌渠道保温防冻胀最佳结构型式,并确定了其适用条件和范围。基于热传导理论和热阻等效原理建立了相应的保温板厚度计算公式,利用黑龙江蛤蟆通灌区试验数据确定了冻土等效导热系数计算方法,并对保温板厚度计算公式进行了验证。结果表明,计算值与最佳方案保温板厚度的最大误差为5.62%,说明该计算公式有较高精确度,可以在黑龙江及其相似地区推广应用。     

混凝土衬砌渠道置换防冻胀标准化技术模式

冻胀破坏是制约季节性冻土地区渠道衬砌与防渗工程建设的关键因素,采用非冻胀性材料置换渠道冻胀性土壤是有效防止渠道冻胀破坏的措施之一。针对北方寒冷地区渠道冻胀破坏的特点及置换防冻胀技术应用中存在的问题,提出了混凝土衬砌渠道置换防冻胀标准化结构形式,明确了其适用条件和范围,确定了置换层施工的技术要求,并基于热阻等效原理建立了置换层厚度的计算公式,根据工程实例数据确定了计算修正系数,并利用新疆冲乎尔灌区渠道置换防冻胀试验进行了验证,最终的置换层厚度计算值与最佳设计值之间最大误差仅为4.3%,表明该计算公式有较高精确度,对渠道置换防冻胀工程的设计建设可起到一定参考作用。     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式,采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法,以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道,分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响,与不设置保温措施的对比段进行比较,并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明,综合考虑工程安全性与经济性,黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm,渠底12 cm,与试验结果相一致;当梯形渠道保温板厚度取最优值时,梯形渠道最优边坡系数为2,此时渠道衬砌适应冻胀性能较好,工程造价也相对较低;研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

梯形渠道冻胀数值模拟与边坡系数优化

为了得到梯形衬砌渠道适宜的保温措施和渠道断面形式，采用考虑混凝土材料非线性特性及基土与衬砌间接触力学行为的梯形衬砌渠道冻胀破坏热力耦合数值模型的方法，以黑龙江蛤蟆通灌区总干渠为原型渠道，分析了3种不同保温措施对渠道冻胀量的影响，与不设置保温措施的对比段进行比较，并应用该模型分析了不同边坡系数对梯形渠道冻胀适应性能的影响。结果表明，综合考虑工程安全性与经济性，黑龙江省蛤蟆通灌区渠道最优保温板厚度为渠坡10 cm，渠底12 cm，与试验结果相一致；当梯形渠道保温板厚度取最优值时，梯形渠道最优边坡系数为2，此时渠道衬砌适应冻胀性能较好，工程造价也相对较低；研究结果可为黑龙江及其他北方地区梯形渠道提供参考。     

渠道防渗保温防冻胀标准化技术模式

渠道冻胀破坏是我国北方季节性冻土地区发展渠道衬砌与防渗工程技术的关键制约因素。本文在分析我国渠道保温防冻胀技术研究及应用的基础上,建立了渠道防渗保温防冻胀标准化结构型式,并确定了其适用条件和范围,总结了确定保温板厚度的经验法和基于热阻等效原理的计算法,提出了保温板铺设的技术要求和质量检验的控制标准,对季节性冻土地区渠道防渗保温防冻胀技术的进一步推广应用具有重要的指导意义。     

季节性冻土地区渠道防渗防冻胀技术与应用模式

在我国北方季节性冻土地区,混凝土衬砌防渗渠道的冻胀破坏比较广泛,对工程的危害程度最大。在灌区续建配套与节水改造中,目前常用的渠道防冻胀技术措施主要有保温措施、置换措施、隔水排水措施和结构措施等。根据北方16个大中型灌区调查资料,总结了不同条件下渠道防渗防冻胀技术的应用模式,认为在渠道防渗工程冻胀破坏严重的地区,应结合灌区的具体情况,采用防渗防冻胀复合结构形式,才能起到较好的防冻胀效果。     

玛纳斯河灌区渠道防渗改造的几点经验

简要介绍了玛纳斯河灌区及防渗渠道建设的基本情况,结合灌区改造工程实践,针对严寒地区渠道冻胀破坏问题和高流速渠道冲刷破坏问题,总结了采用各种砌石衬砌结构防渗、防冲的优越性;提出了在高地下水位区要解决防冲问题,应采用跌水控制土渠纵坡及流速或采用透水的干砌石衬砌结构,慎用混凝土村砌;提出了风积沙中的细颗粒含量为6％～9％时,仅具弱冻胀性,可以作为抗冻胀置换垫层的观点;认为在严寒地区应加强苯板保温防冻胀的原型观测和理论研究,以便科学合理地确定苯板的厚度,降低工程造价。     

东港灌区苯板保温渠道衬砌抗冻胀试验研究

冻胀量的大小直接关系着渠道衬砌工程的安全、稳定运行及输水效率.影响冻胀量大小的重要因素包括渠基土地温及冻深的变化情况.通过2010-2011年和2011-2012年2个冬季的试验观测,获得了有关东港灌区渠道衬砌地温、冻深及冻胀量变化情况的真实数据,并研究了采用不同厚度的苯板保温对渠道衬砌下渠基土的地温、冻深及冻胀量的影响规律,以此选取了适宜东港灌区的苯板保温厚度,为灌区渠道衬砌工程设计提供了参考依据.     

内蒙古临河地区渠道衬砌工程保温防冻胀试验研究

在我国北方的季节性冻土地区,防渗衬砌渠道的冻胀破坏对输水工程的危害最大.针对内蒙古临河地区南边分干渠冻胀破坏问题,提出了在渠道混凝土衬砌下铺设聚氨酯保温板新材料的措施.通过进行现场保温防冻胀试验,分析了各种保温措施下渠道基土的地温、冻深、含水率和冻胀量等影响冻胀变化因素的规律及其特征,总结了不同方案下的保温防冻胀效果,得出了适合该地区混凝土衬砌渠道中聚氨酯保温材料的防冻胀破坏方案:渠道阳坡上部使用3 cm厚的聚氨酯保温板,阳坡下部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡上部使用4 cm厚的聚氨酯保温板,阴坡下部使用5 cm厚的聚氨酯保温板就可以保证混凝土衬砌体不发生冻胀破坏,同时为后续刚性衬砌渠道中采用聚氨酯保温材料防冻胀提供了技术支持.     

模袋混凝土复合断面渠道糙率系数计算与试验研究

针对目前模袋混凝土复合断面衬砌渠道糙率系数仍然根据经验确定的问题,开展了模袋混凝土护坡、砂砾石护底的复合断面渠道糙率系数的研究.将“Z-method”复合断面分割法与渠道剪应力公式结合起来,从渠道受到剪应力入手,把复合衬砌渠道断面分割成3个独立的部分,并将湿周作为基本参数进行计算,推导出了模袋混凝土复合断面衬砌渠道糙率系数的计算公式.为了验证公式的合理性,在河套灌区什巴分干渠和建设二分干渠2个不同渠段进行了原型观测试验.观测结果表明,在不同水深、流量条件下,模袋混凝土复合断面衬砌渠道的糙率系数为0.024 5~0.026 5.利用试验资料,将推导公式的计算结果与试验观测结果进行比较,最大相对误差为6.87%,表明推导出的复合断面衬砌渠道糙率系数计算公式的计算结果精度较高,能够满足实际工程应用要求.     

西北寒旱灌区裸露地表粗糙度SAR反演建模方法研究

快速获取大范围土壤地表粗糙度的空间分布是一个急需解决的科学难题。以快速获取内蒙古河套灌区解放闸灌域土壤地表粗糙度为目的,研究了RADARSAT-2雷达影像数据的地表粗糙度信息提取技术,通过剖面板法实测地表粗糙度数据。利用BP(Back Propagation)人工神经网络和LMBP(Levenberg-Marquardt Back Propagation)人工神经网络模型2种方法建立了土壤地表粗糙度的定量反演模型,并对模型进行验证。结果表明,LMBP模型的反演效果优于BP模型,其决定系数R2分别为0.888 3、0.689 2。建立的雷达后向散射系数反演土壤地表粗糙度的人工智能模型,能够在一定程度上满足快速获取土壤地表粗糙度的需要,为微波遥感监测土壤墒情及土壤盐渍化提供重要基础参数。     

高关灌区中稻田间水利用系数试验研究

【目的】测算分析高关灌区灌溉水利用系数,提高水资源优化配置和实现最严格水资源管理决策。【方法】以高关灌区中稻试验田为样本,采用平均法、实测法、对比实测法分别测算了高关灌区中稻田间水利用系数。【结果】3种方法测算所得系数分别为0.903、0.941和0.921,相差不大,误差在5%以内,其中,实测法所得系数最大,平均法所得系数最小。高关灌区中稻田间水利用系数随灌水定额增大而减小,呈负相关关系;对比实测法与实测法相比,认为田面渗漏是稻田的有效耗水,田埂渗漏则是稻田的无效耗水,避免了中间测定造成的累积误差,适用于稻作区田间水利用系数的测定。【结论】对比实测法测算的高关灌区中稻田间水利用系数为0.921是合理的。     

Obtaining soil physical field data for simulating soil moisture regimes and associated potato growth

Soil moisture regimes under potatoes were monitored during two growing seasons in a sandy loam and a silty clay loam soil in The Netherlands. Measured moisture contents were used to validate those calculated using the simulation model SWATRE. The model requires hydraulic conductivity, moisture retention, rooting-depth and soil cover data, which were obtained in this study. Measured groundwater levels formed the lower boundary condition and precipitation and potential evapotranspiration the upper boundary condition of the model flow system. Calculated moisture contents agreed well with measured values, but only when in situ moisture retention curves were used and when the effects of cracking in the silty clay loam soil were expressed by modifying the ?-θ function. The moisture supply capacity of the sandy loam soil was highest, particularly in the first growing season and this was interpreted as a major reason for the corresponding higher yields. Simulation can be used for predicting the soil moisture supply capacity in the context of land evaluation, when soil-cover and rooting depth are standardized, for example by simulating growth of a grass crop.     

季节性冻融区地下水位预测方法研究

为预测河套灌区冻融区全年地下水位变化过程,采用统计学方法,研究了冻融期地下水位与地表气温间的关系,建立了二者间的线性模型,结合非冻融期水量均衡模型,建立了改进型水量均衡模型,通过优化求解方法确定模型参数。结果表明,模型计算埋深与实测埋深拟合效果较好,提出的改进型水量均衡模型可较好地预测冻融区全年地下水位变化过程,解决了冻融期间地下水模拟难题,方法简单精确,具有很好的实用性。     

基于水量恒定的渠道前馈控制时间分析

为了研究渠道运行控制中渠系建筑物的前馈控制时间,综合考虑上游调控及分水口调控对下游水量的影响,采用水量恒定方法,构建了渠道前馈控制时间计算模型,并将模型应用于山西省夹马口灌区.结果表明:模型所采用的流量拟合方程及参数对流量的拟合精度较高,能够有效表达下游流量在渠道调控下的变化情况,当采用该模型计算的调控时间进行控制时,可以基本保证流向下游的总水量恒定,水量偏差为0.8 m³.利用模型进一步分析了不同流量下的调控时间,发现随着流量的增大,分水口最优调控时间逐渐减小,在此基础上得到了流量-前馈控制时间、水深-前馈控制时间的线性拟合公式,为夹马口灌区渠道运行控制提供了参考.     

Salt movement,leaching efficiency,and leaching requirement

To study the salt movement in a soil profile, experiments were conducted on sandy loam and silty clay loam in tanks. The chloride concentration and electrical conductivity of the soil water were found from soil water samplers and salinity sensors. The standard deviation of the chloride concentration at each depth was small at the beginning of the percolation process when the soil was uniformly non-saline or highly saline; it increased strongly during the process and returned to its original value at the end. This points to a very heterogeneous water and salt movement through the soil profile. The chloride concentration, when increasing or decreasing rapidly, shows a large scattering. The effective mixing length in the tank experiments appears to be much greater than in laboratory soil columns. It varies between 10 and 15 cm in sandy loam and between 15 and 30 cm in silty clay loam. Irrigation water and soil moisture do not mix completely. An increasing part of the irrigation water moves through the soil without contributing to the leaching process. The results of the tank experiments agree with those of field experiments on similar soils. The consequences for the calculation of the leaching requirement in practice are discussed.     

双牌灌区灌溉用水有效利用系数计算分析

本文分析了测算双牌灌区灌溉用水有效利用系数的意义,系统阐述了灌溉用水有效利用系数的测算方法,探讨了影响灌溉用水有效利用系数的具体因素.研究成果可为灌区灌溉用水有效利用系数的测算和灌区的水管理提供理论依据.     

冻融土壤Philip入渗模型参数的非线性传输函数模型研究

为满足季节性冻土地区越冬期间储水灌溉管理的需求,基于山西省汾河灌区季节性冻土的冬季大田土壤水分入渗试验,得到了120组Philip入渗模型参数实测样本,借助MATLAB软件,建立了以土壤温度、有机质质量分数、土壤含水率、土壤体积质量、物理性黏粒量为输入因子、以Philip入渗模型参数吸渗率和稳渗率为输出因子的多元非线性传输函数模型,并用实测资料对该模型进行了精度检验。结果表明,预测参数的相对误差均小于11%,预报精度在可接受范围之内。     

多因子胁迫下的西藏高原青稞生长动力学模拟

【目的】探究耦合气象、土壤水分和氮素状态对青稞生长的影响机理,构建西藏地区青稞生长动力学模型。【方法】于2016─2017年在拉萨市墨达灌区开展了试验研究,测定了青稞生育期气象参数、土壤水分和氮素质量浓度变化过程。基于日光合作用和呼吸作用模拟日干物质增长量,提出了开关因子计算青稞由发育生长到生殖生长的临界时间,根据叶面积指数变化和干物质质量平衡,以及青稞生育期干物质分配和转化关系发展了干物质日增长量分配关系,基于动态平衡原理,提出了气象条件、土壤含水率和氮素影响下的干物质胁迫关系。基于2016年观测值率定模型参数,模拟2017年青稞生长。【结果】模型在本地参数下,模拟结果与实测结果符合良好,Nash-Sutcliffe系数和相对均方根误差分别为0.84和0.05;变化条件下,能够达到较好的模拟精度,Nash-Sutcliffe系数和相对均方根误差分别为0.67和0.11。【结论】所提出的模型能够描述多因子胁迫条件下的青稞生长动力学机制,具有完备的物理机制。     

节水灌溉条件下宁夏银北灌区地下

根据灌区引水、排水、降水及蒸发等长观资料，分析讨论了宁夏银北引黄灌区大气降水、地表水、地下水相互转化规律及其时空分布状况。采用有限元法，建立了银北灌区地下水动态数值模型。在此基础上，研究了采取节水灌溉措施后，灌区地下水动态。首先按照优化后的灌区作物种植结构及相应的灌溉定额，反推灌区灌溉引水量。然后，通过相关分析，得到与灌溉引水量相对应的沟排量。最后，用反推所得数据及典型年份的降水和蒸发资料，进行了地下水动态趋势分析和数值模拟计算，给出了模型的预测结果，并将预测结果绘制成相应的地下水等水位线图。