波涌沟灌节水机理与效果的试验分析

根据大量的田间入渗及灌水试验资料,分析了波涌沟灌的节水机理并评价了其灌水效果。波涌沟灌的节水性主要是由于在波涌灌溉条件下土壤间歇积水入渗而引起的减渗性,及由此引起的沟道推进流量增大、间歇水流所引起的沟道糙率减小而最终导致推进速度加快。试验分析表明,波涌沟灌较连续沟灌总供水推进速度提高了９％～２２％,灌水均匀度提高了１８％～２３％,灌水定额减小了８．３％～１８．２％。     

PAM及波涌灌溉对水分入渗影响的微型水槽试验研究

波涌灌溉(Surge irrigation, 即间歇灌溉)是美国学者于70年代末提出的一种新型地面灌溉方式[1,2],曾被称为是地面灌溉的一次"革命".与传统地面连续灌溉相比,主要是供水的间歇性.在灌水间歇期湿润区地表易形成密实层,以减少第二次灌水时的入渗速度,增加行水速度,具有减少深层渗漏、提高灌水均匀度的作用.面对内蒙河套灌区5.667×105 hm2低效的地面灌溉耕地,提高地面灌水效率,是减少引黄量、降低地下水位、防止土壤次生盐碱化的根本途径.为此,在室内研究了波涌灌溉对当地典型土壤的作用效果.     

波涌灌溉土壤间歇入渗数学模型研究现状

波涌灌溉土壤间歇入渗数学模型是进行波涌灌溉田面水流运动数值模拟和灌水方案优 化设计的基础.本文介绍了国内外波涌灌溉土壤间歇入渗的几类主要数学模型:Richards模 型、权重函数模型、Kostiakov-Lewis模型或Kostiakov模型、周期-循环率模型、梯函数模 型和其它模型的应用现状,并进行了分析和评价.     

沟灌土壤侵蚀控制效应的室内模拟试验研究

灌溉地土壤侵蚀问题已经越来越引起人们的普通关注。该文采用微型水槽的室内模拟试验，对利用PAM及波涌灌溉等技术减少沟灌引起的土壤侵蚀效果进行了试验研究，分析了在不同坡度、不同流量条件下PAM及灌溉间歇时间对侵蚀的影响。结果表明：PAM可显著减少沟灌土壤侵蚀量，地面坡度是地面灌溉土壤侵蚀最主要影响因素，而流量及波涌灌间歇时间对它的影响较小。     

虹吸式波涌管道灌溉技术的初步研究

为解决波涌灌溉的关键技术问题,形成所需间歇水流,该文提出了一种新的适合井灌区的节水灌溉技术——虹吸式波涌管灌节水灌溉技术,其根据虹吸原理,利用一套间歇水流发生装置和调节池,可在低压配水管道出口自动形成波涌灌溉所需的间歇水流,实现波涌灌溉。这一技术将波涌灌和低压管道输水灌溉两种先进的节水灌溉技术有机融为一体,充分发挥各自的优势,以获得最佳的节水效果。该文介绍了虹吸式波涌灌溉系统组成和各部分的作用,分析了间歇水流形成原理,通过室内试验验证了这一节水灌溉技术的可行性,为进一步开展田间试验奠定了基础。     

波涌灌溉技术田间适应性分析

利用地面灌溉模型对波涌灌溉条件下地表水流及入渗过程进行模拟,在模拟结果与田间实测资料对比基础上,确定适宜的田间灌水参数,即土壤入渗强度、田块规格、田面坡度、入地流量、田间微地形等的变化范围,给出适合于波涌灌水方法应用的田间组合条件,提出波涌灌水技术对壤类土质的田间适应性,为制定波涌灌溉的田间实施方案提供科学的依据     

波涌灌土壤的粒度组成研究

本文通过对宝鸡峡灌区波涌灌和连续灌前后大量土壤取样的粒度组成分析认为,灌水对农田土壤粒度组成的时空分布的影响是长期效应。波流灌灌水技术参数,除入沟、畦流量外,放、停水时间及循环率对土壤的粒度组成没有明显的影响。灌水过程中入渗携带的极少细颗粒并不是波涌灌表层土壤导水率降低的原因。     

灌水定额对波涌灌溉土壤中硝态氮浓度的影响

为深入研究波涌灌灌水定额对地下水硝态氮运移的影响,通过肥液（硝酸钾溶液）室内入渗试验,模拟研究了地下水位埋深150 cm条件下,灌水定额对肥液间歇入渗地下水水质的影响规律。结果表明：不同灌水定额地下水中硝态氮浓度具有相似的变化规律,地下水位埋深越浅,地下水中硝态氮浓度的增加量越大,即浅层地下水易受硝态氮的污染;灌水结束时,进入地下水中的硝态氮量最大;在同一灌水定额条件下,地下水中硝态氮的浓度总体上随时间增加呈增大趋势;灌水定额越大,随下渗水分淋溶进入地下水中的硝态氮越多,对地下水造成的污染越严重。     

区域尺度内畦沟灌溉灌水技术要素组合的优化研究

以陕西省杨凌区进行的大田灌水试验为基础,采用SRFR软件对大田灌水试验的灌水质量进行模拟,将实测结果与模拟结果进行了对比。结果表明SRFR软件模拟畦灌和沟灌灌水质量可靠。以SRFR软件为基础,通过改变不同灌水技术要素组合,提出了研究区域内不同条件下畦灌和沟灌灌水技术要素的优化组合。该研究结果可提高现有畦灌和沟灌技术的灌水质量,达到常规地面灌溉的节水目的,同时也可为其它地区制定地面灌溉灌水方案提供方法借鉴。     

基于多目标模糊优化的土保护层塑膜铺衬防渗渠道设计

传统的土保护层塑膜防渗渠道设计仅从水利学的角度考虑单一水力条件下的可靠性,而忽视了经济上的实用性。该文根据多目标模糊优化设计思想,建立了以输水量大、经济性好为目标,满足多种约束条件的模糊优化设计数学模型,对土保护层塑膜铺衬防渗渠道的断面结构进行优化,给出了不同淹没度条件下渠道设计参数的模糊优化结果,仿真分析了渠道边坡角、渠底宽、覆土厚度和渠坡高度等设计参数对总体目标的影响规律。该研究结果为提高土保护层塑膜铺衬防渗渠道的综合设计水平提供了参考依据。     

沟灌管理参数优化策略比较与最优灌水时间估算

沟灌是中耕作物常采用的灌水技术,但灌水质量不高仍是目前存在的主要问题.为进一步提高沟灌灌水质量,该研究以在陕西省关中平原进行的45组沟灌试验为基础,结合数值模拟方法,量化比较了3种沟灌管理参数优化策略(策略1:仅对灌水时间优化;策略2:仅对入沟流量优化;策略3:同时对入沟流量与灌水时间优化)对灌水质量的提升效果,提出了...     

沟灌入渗湿润体运移距离预测模型

为进一步探明沟灌入渗湿润体的影响因素和其运移规律,该文通过黏壤土和砂土的室内沟灌入渗试验,重点研究了土壤容重、沟中水深和土壤初始含水率对沟灌入渗湿润体的影响。通过分析,发现湿润锋垂直和水平方向运移距离与时间的1/2次方呈线性函数关系,建立了包含土壤容重、沟中水深、土壤初始含水率等因素的湿润峰运移距离预测模型,并对模型进行验证,结果表明模型精度较高,用其模拟沟灌入渗湿润峰运移距离是可行的。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

基于IPARM方法估算沟灌土壤入渗参数

为提高沟灌土壤入渗参数的估算精度,缩小沟灌模拟误差。该文以水量平衡方程为基础,采用IPARM方法建立了沟灌Kostiakov-Lewis入渗方程中参数的估算方法,并根据一组田间实测沟灌资料对入渗参数进行了估算,利用WinSRFR1.1软件对沟灌水流运动进行了模拟。结果表明：用水流推进和径流数据比只用水流推进数据计算的入渗参数的精确度高,可以提高累积入渗量模拟的准确性,并可以将模拟时间延长;在模拟径流量时预测值和实测值的吻合较好,预测精度较高。用IPARM方法估算土壤入渗参数在沟灌模拟和管理中具有较高的可靠性。     

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型

该文针对望都灌溉试验站全年作物种植模式,分别建立冬小麦及夏玉米水分生产函数模型,运用粒子群优化算法(PSO)求解模型中的敏感指数,并以该模型为基础建立冬小麦-夏玉米全周期灌溉制度多目标优化模型,利用改进分组非支配排序遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得出全年不同可用灌溉水量情况下的灌水日期与灌水量。结果显示,随着可用总灌水量的增加,冬小麦和夏玉米的灌水量与产量均随之增加,但由于受到两种作物不同敏感指数的影响使得二者增加的趋势有所不同。当全年总灌水量为472mm时两种作物均接近充分灌溉,若继续增加灌溉水量,则灌水的边际效益逐渐减小。依据优化结果可在全年合理分配利用有限的水资源以获得较高的作物总产值。     

沟灌二维入渗影响因素实验研究

为进一步探明沟灌灌水沟的水分入渗规律,该文研究了沟灌中的灌水沟中水深、沟底宽、沟底导水率及土壤初始含水率等因素对沟灌二维入渗的影响,研究结果表明：减小灌水沟中水深和沟底导水率及增大土壤初始含水率都有利于灌水沟的水平侧向入渗,同时可相应减小垂向入渗;而灌水沟底宽不影响沟的侧向入渗,只影响垂向入渗,底宽减小时,垂向入渗减小。沟底导水率影响最大,计划灌水定额为45 mm,沟底导水率为0时垂向入渗深度较沟底裸露透水时减小41％,明显改善了沟灌入渗体的形状。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。     

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

棵间土壤蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分。该文采用两种规格的微型棵间蒸发皿(Micro-Lysimeter)分别测定沟灌夏玉米田沟、垄土面蒸发量,并对沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发与作物蒸腾变化规律进行了试验研究,分析了相对棵间土壤蒸发强度与土壤含水率的关系以及棵间土壤蒸发强度与作物叶面积指数的关系。结果表明,沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发量占全生育总耗水量的33.06%～34.35%,棵间土壤相对蒸发强度与表层土壤含水率和作物叶面积指数之间均呈现良好的指数函数关系,灌溉或降雨后2～3 d内土壤蒸发强度较大,受大气蒸发力影响明显。因此,在不影响作物蒸腾的条件下减少表层土壤的湿润面积和湿润次数是减少棵间土壤蒸发、提高作物水分利用效率的主要技术途径与措施。     

不同沟灌方式下玉米叶片气孔阻力差异

气孔调节在作物适应不同水分环境中起着重要作用,为了阐明作物在不同沟灌措施下的气孔活动规律,在大田分区试验中研究了交替非充分供水与常规沟灌下玉米叶片气孔阻力差异及气孔对水汽传导的贡献。结果表明,在叶片尺度上,玉米叶片气孔阻力自叶基至叶尖处梯度递减;在群体上,叶片气孔阻力自冠层上层向下层呈垂直递增趋势;群体上层叶片气孔阻力相对较小。玉米叶片正面气孔对CO2和水汽的传导贡献大于反面;除玉米苗期外,气孔对CO2和水汽传导贡献的80%以上来自于冠层上、中部叶片。在玉米营养生长阶段,不同叶序的叶片气孔阻力随叶龄的增大而增大,交替非充分供水加大了不同叶龄叶片之间的气孔阻力差异。在玉米生殖生长阶段,较为成熟的玉米叶片气孔阻力受叶龄的影响不明显。与常规沟灌比较,交替非充分供水增大了叶片反面气孔收缩程度,对水分亏缺反应更为敏感,冠层由顶叶至底叶的叶片气孔阻力呈垂直梯度递增,引起气孔导度快速衰减,从而提高了群体上层气孔对水汽的传导贡献。因此,玉米气孔阻力大小受到沟灌方式和土壤水分状况的调控,还与叶龄、叶面积指数等环境因素及气孔自身特性有关,其研究对控制灌溉及土壤—植物—大气连续体(Soil—plant—atmosphere continuum,SPAC)水汽循环研究具有理论意义。     

沟灌条件下土壤水热传输与转换研究进展

沟灌地表的不均匀结构使土壤水热运动具有空间性,地表水汽交换与光温条件随之改变。该文概述了近年来国内外沟灌土壤的水热传输与转换的研究进展,主要包括地-气界面的水汽交换、沟垄表面的光温分布和沟灌土壤的水热传输。深入阐明沟灌土壤的水热传输机制,是沟灌条件下土壤水热资源高效利用的基础。