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％。     

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。     

覆膜灌溉的灌水技术方案优化

覆膜灌溉是在覆膜种植基础上进行灌溉的一种新型地面灌溉技术,具有显著的节水、增产效果。由于地膜覆盖对田面水流运动规律有着显著的影响,所以为了提高灌水均匀度和灌水效率,需要对覆膜灌溉的灌水技术参数进行专门研究。该文结合对灌溉地表水流运动的数值模拟,以灌水均匀度最高为目标函数,考虑灌水定额、田面水深、单宽流量、地膜开孔率等约束条件,建立了覆膜灌溉的灌水技术要素优化模型,并利用在新疆乌兰乌苏棉花田所进行的试验结果,通过计算得到了覆膜灌溉的最优灌水技术方案。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

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...     

低定额畦灌技术参数研究

基于有限水资源的农田补充灌溉,以寻求不产生深层渗漏的节水型地面畦灌灌水定额为目标,在陕西省杨陵区中壤土玉米地,开展了畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度影响的田间试验.通过水流推进、消退过程、土壤水分变化的测定,利用地面灌溉水流运动曲线拟合对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了分析.结果表明:畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响.对于试验田块,田面坡度为1.5‰时,入畦单宽流量控制在3～6 L/(m·s)范围内,畦宽2～3 m,畦长50 m左右,可达到较高灌水效率(Eα>80%)和灌水均匀度(DU>80%),并能将灌水定额控制在设计范围之内,实现畦田的小定额灌溉.     

内蒙古中部牧区青贮玉米与苜蓿立体种植灌溉制度优化

灌溉制度设计与作物种植模式紧密联系,随着现代农业的发展,作物种植模式日益多元化,各种间作、混作和立体种植模式的出现,给优化灌溉制度的制定提出了新的挑战.本文在田间灌溉试验的基础上,引入模拟灌溉制度的ISAREG模型研究立体种植模式下的灌溉制度,对青贮玉米与苜蓿立体种植实际灌溉制度的评价表明,其灌水定额和灌水时间均存在不适宜的问题,需要进行优化设计;在验证模型和参数率定的基础上模拟多种灌水方案,得出了青贮玉米与苜蓿立体种植模式下的优化灌溉制度.     

新疆干旱区成龄核桃滴灌制度优化

科学合理的灌溉制度是提高灌水利用效率的主要因素。该研究采用HYDRUS-2D模型结合寻优模型相结合的方法,研究新疆核桃滴灌优化制度。利用2018年和2019年定点观测土壤水分数据进行模型率定与验证;利用模型设定128种情景进行模拟研究,分析南疆干旱区滴灌成龄核桃不同灌溉制度下的深层渗漏和水分胁迫。应用模型结合灌溉制度寻优函数探求滴灌条件下成龄核桃各灌溉制度土壤水分通量。结果表明:HYDRUS-2D模型模拟土壤含水率精度较高,R2为83.03%～83.73%,均方根误差在0.016～0.017cm~3/cm~3范围。根据模型模拟结果,推荐新疆干旱区核桃滴灌制度为灌水定额35 mm,灌溉11次,灌水周期9 d,灌溉定额385 mm或者灌水定额50 mm,灌溉7次,灌水周期14 d,灌溉定额350 mm,在以上滴灌制度下,可最大限度减少农田水分损失和提高灌水利用效率。该研究可为制定南疆滴灌条件下成龄核桃适宜灌溉制度提供参考。     

基于水资源高效利用的农业种植结构及灌溉制度优化——以民勤灌区为例

在非充分灌溉条件下,为解决灌区内作物之间和单作物生育期内不同生育阶段的灌水配置问题,依据大系统递阶分析原理,建立了一个能同时优化作物灌溉制度、种植结构和灌溉定额的双层模型。模型第一层以作物相对产量最大为目标,采用动态规划,优化了作物灌溉制度;第二层以灌区内农业净效益最大为目标,采用非线性优化,优化了作物种植结构和灌溉定额。该模型应用范围较广,既能为政府部门提供宏观决策,又能为农民提供具体的灌水办法。以民勤灌区为例,优化结果表明,在75%保证率下比现状节水1.29亿m³,农业生产总值和净效益分别增加5.99,4.25亿元。     

基于AquaCrop模型的有机稻灌溉制度优化

随着人们对提高农业生产效率方法的不断探索,水稻生产模式正发生很大变化,并由化肥农药高投入的传统农业向生态环保的有机农业转变,但有机稻需耗水特性及其适宜的灌溉制度研究较少。为揭示有机稻耗水规律及不同降水年型下的灌水与产量关系,2015-2016年在湖北省漳河灌区开展了有机稻灌溉试验研究,统计分析了有机稻与普通稻的需耗水差异,获得了有机稻耗水及其产量特性,提出了基于Aqua Crop模型与熵值法耦合的有机稻灌溉制度多目标多情景优化方法。结果表明:1)有机稻与普通稻需水量无显著差异,但前者的排水量显著高于后者,且前者排水中的氮磷浓度均显著降低。有机稻产量为普通稻产量的84%,但单方灌水产值高28.5%(P0.05),具有显著的经济效益。2)优化后中国南方灌区有机稻适宜的优化灌溉制度为:枯水年,108%(以RAW计,下同)的土壤含水率控制下限、30 mm的灌水定额、灌水8~9次,平水年113.85%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水6~7次;丰水年,116.92%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水3~4次。该文为选择节水、高产的有机稻灌溉方案提供参考。     

虾稻共作灌溉定额确定方法研究

近年来,中国长江中下游流域大面积发展了虾稻共作适水农业,该种养模式改变了田块结构及用水模式,其灌溉定额计算有别于普通农作物且具有一定复杂性,目前还未见相关研究报道。该文在实地调研的基础上,根据虾稻共作田块结构与用水特点,将1个周年划分为水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段3个阶段,基于水量平衡原理,提出虾稻共作灌溉定额确定方法。以湖北省潜江市为例,通过资料搜集和计算参数确定,采用该文提出的计算方法对虾稻共作灌溉定额进行了计算,虾稻共作灌溉定额多年平均12 945 m3/hm2。该研究成果为虾稻共作灌溉定额提供了理论依据,对指导虾稻共作灌溉用水及水资源管理具有重要意义。     

嵌入地下水动力模型的井灌区机井布局耦合优化模型

为探索井灌区适宜的机井布局方法,降低井灌区提水能耗,构建了以取水费用最小为目标的机井布局优化模型并把地下水动力模型(Modflow-2000)嵌入其中,通过2模型中的公共参数进行数据交换,从而形成机井布局耦合模型。利用实测资料对模型中相关参数进行率定,最后以通辽井灌区为研究对象,采用黄金分割搜索法对灌区机井位置进行寻优。应用结果表明,利用该耦合模型可以精准模拟灌区地下水位,模拟值与观测值的相对误差绝对值的平均值为0.88%,RMSE值为0.135 3 m;与灌区目前机井布局方式相比,优化后的机井布局方式可以有效减小区域机井水位降深,单次提水灌区井群地下水位累积降深值可减少5.96 m(降深平均值减少0.134 m);构建的耦合模型在确保模拟精度的前提下寻优速度快(单次运行时间仅需40 s)。为基于灌区地下水采补协调的机井空间布局优化提供了新的思路。     

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     

微咸水灌溉对土壤环境效应的预测研究

利用识别后的SWAP模型,探讨了微咸水灌溉条件下土壤水盐及其均衡要素的转化关系和土壤的积盐趋势预测。结果显示,两种灌溉定额下土壤盐分都有所增加,但淋洗灌溉定额下比正常灌溉定额下小麦、葵花和玉米模型土壤盐分分别降低了6.5%、0.7%、4%;小麦、葵花和玉米的相对减产率分别比正常灌溉定额下降低了1%、2%、6%。微咸水灌溉后在灌溉定额和灌溉水浓度不变的前提下,土壤盐分的积累随着时间的推移而呈递减趋势,大约在10a后盐分达到进出平衡状态,此时土壤的含盐量达到0.1852mg·cm^-3,比微咸水灌溉前增加0.0822mg·cm^-3。但仍属于轻度盐渍土（土壤含盐量0.126%）,不会对土壤水土环境产生较大的影响。     

污水灌溉对土壤浸提液元素浓度变化影响的田间试验研究

土壤化学元素的变化趋势关系到污水灌溉农业的可持续性。该文通过田间试验,研究了冬小麦和夏玉米轮作条件下2种灌溉水质和3种灌水量对土壤浸提液元素浓度变化的影响。试验结果表明：在自然降雨条件下,大水量污灌增加土壤盐分而中、小水量污灌则降低土壤盐分。试验用污水不会导致土壤的次生碱化。土壤中的Ca、Mg、Fe和Zn含量在试验期间增加而P、Mn、Cu、Cd和Ni减小。大水量污灌增加土壤中的Na和B含量而小水量污灌则降低其含量;K的变化趋势与其相反。污灌可补充土壤中的作物营养元素K和P,但降低污水灌水定额可有效抑制盐分、B和Zn在土壤以及重金属元素在作物中的累积。     

滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题,明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定额对土壤水分、盐分分布以及翌年棉花生长及产量的影响,采用大田试验方法,以未冬灌大田作为对照(CK),设置滴灌和漫灌2种灌水方式下4个梯度的灌水定额(1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2)共9个处理进行冬灌试验,分析了冬灌灌水后到播种前0~300 cm土层的水分、盐分的动态变化以及翌年各处理棉花的出苗率、群体生理指标(群体光合势、群体净同化率、叶面积指数)和产量数据。结果表明,冬灌对次年播前土壤水盐分布及含量的大小均具有一定的影响,无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌,随灌水定额增加土壤水分和盐分的影响深度也随之加深,灌水定额达到3 000和3 600 m3/hm2时,冬灌对土壤水盐影响深度可达300 cm。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态,有效淋洗并降低上层土壤盐分含量;相对漫灌方式而言,滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响,冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著,灌水定额3 000 m3/hm2滴灌冬灌处理的次年棉花群体光合势与叶面积指数较未冬灌处理分别提升34.30%和42.60%;冬灌有利于次年棉花产量的提高,滴灌冬灌灌水定额3 000、3 600 m3/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响,研究认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜,既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处,亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。     

基于主成分分析的畦灌质量评价

针对畦灌灌水质量影响因素和评价指标较多造成分析和评价困难的问题,基于大田灌水试验数据,使用主成分分析方法将各评价指标的加权和作为灌水质量综合主成分指标,并利用该指标评价和分析灌水质量。结果表明,灌水质量综合主成分可以代表96.74%的灌水质量变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性与客观性,可用于畦灌灌水质量的评价。利用灌水质量综合主成分作为指标分析表明,畦长和改水成数对灌水质量有显著的影响,各因子对灌水质量的影响从大到小依次为改水成数、畦长、坡度、单宽流量、灌水定额、入渗系数、粗糙系数和入渗指数,并且影响灌水质量的因子之间存在相互拮抗作用或相互协同的作用。     

基于随机降水的冬小麦灌溉制度制定

为了确定合理的冬小麦灌溉制度,该文在分析广利灌区30 a降水分布规律的基础上,应用蒙特卡罗方法对其进行模拟出长系列（500 a）的旬降水,结合试验所得到的冬小麦耗水的基本参数,制定出了每个模拟年份冬小麦最优灌溉制度,并对灌水规律进行统计分析,得到不同灌溉定额条件下,各生育期灌水定额的的概率分布以及不同灌水定额的高产概率。结果表明：以30 mm为灌水定额的变化步长情况下,灌溉定额为60 mm时,越冬和拔节期各应该灌30 mm,高产概率为1%;灌溉定额为120 mm时,越冬和返青期灌30 mm,拔节期灌60 mm,高产概率为12%;灌溉定额为 180 mm时,越冬和灌浆期灌30 mm,返青和拔节期灌60 mm,高产概率为62.8%;灌溉定额为240 mm时,拔节期和抽穗期灌60 mm,其他生育期灌30 mm,高产概率为98.8%。该文丰富了灌溉制度的研究方法,为冬小麦的科学灌水提供了有力的技术支持。     

灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析

针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型--DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉（定额为9 600 m3/hm2,合水深960 mm）和常规排水（排水沟深0.6 m,等效间距50 m）模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1 162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施（年均灌溉量320 mm）可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度（2.85 mg/L）高于地下排水（其浓度为1.80 mg/L）,地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。