地下滴灌土壤水运动和溶质运移的数学模型及验证

以非饱和土壤水运动理论和多孔介质中溶质运移的对流－弥散理论为基础，建立了地下滴灌条件下描述地埋点源土壤水运动和溶质运移的数学模型。模型中对滴头边界进行了简化，并对其可行性进行了检验。模拟计算结果得到室内试验资料验证。该模型可用来描述地下滴灌土壤水、肥运动和分布规律，以便为地下滴灌系统的合理设计提供理论依据。     

地下滴灌系统施肥灌溉均匀性的田间试验评估

该文对影响地下滴灌系统性能的两个重要因素施肥装置类型和滴灌带埋深进行了田间评估.施肥装置包括国内外常用的压差式施肥罐、文丘里施肥器和比例施肥泵三种类型,滴灌带埋深包括0、15和30 cm 3个水平.结果表明,滴灌带埋深与施肥装置类型对滴头流量和灌水量均匀性的影响均未达到显著性水平(a=0.05),而施肥装置类型对施肥量均匀性的影响达到极显著水平(a=0.01).对给定的毛管埋深而言,压差式施肥罐的施肥量变差系数高于比例施肥泵和文丘里施肥器.对不同施肥装置的施肥量变差系数与灌水量变差系数之间关系的回归分析结果指出,比例施肥泵和文丘里施肥器的施肥量变差系数与灌水量的变差系数相当,但压差式施肥罐的施肥量变差系数比灌水量变差系数大40%左右.因此在进行微灌系统设计时应将施肥装置类型和性能作为一个因素加以考虑,并宜优先选用输出肥液浓度恒定的施肥装置.     

滴灌技术参数对南疆棉花生长和土壤水盐的影响

为确定最适宜南疆棉花生长的滴灌技术参数,于2018和2019年4-10月在新疆库尔勒31团（86°56′58″E,40°53′03″N）开展大田试验,试验设置3个灌溉定额（W1：60%ETc,W2：80%ETc,W3：100%ETc,ETc为作物蒸发蒸腾量）和2个滴头流量（D1.8：1.8 L/h,D2.4：2.4 L/h）,研究不同灌溉定额和滴头流量对棉花株高、茎粗、叶面积指数、干物质累积量等生长指标、产量及其构成要素（有效铃数、百铃质量）和土壤水盐分布的影响。结果表明：1）同一滴头流量下,W3处理棉花生长指标、产量及其构成要素显著高于W1和W2处理;W1处理灌溉水分利用效率和水分利用效率显著高于其他灌水处理。2）同一灌溉定额下,D2.4处理棉花生长指标、产量及其构成要素、水分利用效率和灌溉水分利用效率显著高于D1.8处理。2018和2019年,W1、W2和W3处理下,D2.4处理的产量比D1.8分别增加4.81%、8.39%、4.69%和4.98%、7.23%、11.06%。D2.4处理土壤含水率均匀性高于D1.8处理;0～40 cm土壤含盐量随生育期推进呈上升趋势,随灌溉定额和滴头流量增加而降低。综合分析,灌溉定额为100%ETc、滴头流量为2.4 L/h时棉花生长较好,产量较高,2年最高产量分别为7 361.44和7 837.91 kg/hm2,是南疆棉花适宜的滴灌技术参数组合。研究结果可为指导该地区棉花节水控盐高效生产提供理论依据。     

地下滴灌专用滴头的研制及初步应用

介绍一种既具有防负压堵塞性能又具备较佳压力补偿性能的地下滴灌专用滴头的设计思路和结构，通过室内试验，对滴头的防负压性、出流均匀性及压力—流量补偿关系等进行测试，并在田间进行实际应用考核。结果表明，这种滴头的结构不仅可以有效地防止因系统负压引起的滴头流道堵塞，同时滴头自身还具有良好的水力学性能。与传统的枣树穴灌方法对比，采用地下滴灌技术可节水约42%，增产26%，节水增产效果显著。     

膜下滴灌条件下滴头流量和水质对水分运移及蒸散规律影响研究

通过土柱模拟试验,从不同滴头流量、滴水定额和滴灌水质三个方面,研究了不同滴头流量条件下水分运移规律以及不同滴头流量、水质对棉花蒸散特性的影响。研究表明,相同滴水定额条件下,大滴头流量有利于水分的水平运移,湿润锋曲线呈椭圆型,小滴头流量利于水分的垂直下渗,湿润锋更接近于圆形;苗期(6月份)和吐絮期(10月份)0.3 L h-1滴头流量处理蒸散量小于0.8 L h-1,只为后者的78.3%,而在7～9月份,小滴头流量滴灌蒸散量则明显大于大滴头流量。微咸水滴灌条件下,2.47 g L-1微咸水灌溉对蒸散量没有影响,3.50 g L-1咸水灌溉则有明显的抑制作用,整个生育期内咸水灌溉棉花蒸散总额比淡水和微咸水灌溉减少8.0%。     

水质及流量对盐碱土滴灌湿润锋运移影响的室内试验研究

采用15°扇柱体有机玻璃土槽，研究了不同水质和滴头流量对盐碱土湿润锋运动的影响。试验所采用水的钠吸附比(SAR)分别为2和20，水的含盐浓度(C)分别为80、20 mmol/L和蒸馏水，滴头流量分别为2、3.4和8 L/h。试验结果表明：不同时间的二维湿润锋边界形状近似半椭圆形；在相同水质情况下，水平湿润距离和垂直湿润距离均随滴头流量的增加而增加；相同灌水量的情况下，滴头流量的增加有利于水分水平方向的发展，不利于垂直方向的发展；用蒸馏水灌溉时，水平湿润距离明显高于其他含盐水灌溉的情况，垂直湿润距离明显小于其他含盐水灌溉的情况；不同浓度含盐水滴灌时对湿润锋的影响不明显；湿润锋的宽深比随着灌溉时间的持续而减小。     

地下滴灌技术的研究现状与发展

由于全球水资源短缺,节水灌溉已经越来越引起人们的重视。地下滴灌系统是很重要的一种节水灌溉系统,有其显著的优点,也存在许多缺点。该文对其发展历史、对作物产量的影响、目前研究热点、系统设计和管理、灌溉制度的拟定、施肥灌溉、环境及经济分析、系统的优缺点等进行了综述性讨论。它可为中国地下滴灌技术的发展提供借鉴     

膜下滴灌棉田土壤水盐运移简化模型

滴灌农田土壤盐分积累是关系到这一方式是否可持续的重要问题,数值模拟是研究这一问题的重要手段,然而目前缺乏针对这一问题的可用模型。该文构建了一个滴灌土壤水盐运移简化模型,通过将膜下滴灌土体划分为若干单元格,通过滴灌入渗饱和湿润体形成、毛管扩散运移2个过程实现滴灌土壤水盐运移模拟,该模型包含有降水再分配、根系吸水、土壤蒸发等水文过程。于2010年在新疆石河子大学灌溉试验站微咸水滴灌试验,对构建的模型进行校正和验证,结果显示,该模型较好地模拟了膜下滴灌土壤水分与盐分运移过程以及土壤盐分积累特征,研究结果可为膜下滴灌条件下棉田土壤盐分积累及其影响因子研究提供基础。     

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

再生水滴灌对滴头堵塞的影响

研究以再生水（二级处理出水）为灌溉水源时,3种滴头（单翼迷宫式滴头、内镶式滴头和压力补偿孔口式滴头）的流量、灌水均匀度和堵塞的变化过程及规律,并和自来水灌溉条件下的结果进行对比,分析了滴头堵塞的主要原因。研究结果显示：再生水灌溉条件下3种滴头的流量和灌水均匀度都要明显小于自来水条件下的结果,其中单翼迷宫式滴头的流量和灌水均匀度下降最大,而压力补偿孔口式滴头的变化最小。水质和滴头内沉淀物质的分析显示,化学沉淀（主要成分为CaCO3和MgCO3）是引起滴头堵塞的主要方式,滴头流量小、流道尺寸小和流态指数偏高也增加了滴头堵塞的风险。建议实际中利用再生水灌溉的滴灌系统,可选用压力补偿孔口式滴头。     

重力式地下滴灌点源入渗特征的数值模拟与验证

基于非饱和土壤水动力学理论，建立了重力式地下滴灌条件下土壤水分运动轴对称三维数值模拟模型，利用Galerkin有限元法进行了数值模拟。通过试验对比验证，表明所建模型可以用于分析地下滴灌土壤水分人渗规律，具有较高的精度。对不同灌水技术要素条件下的地下滴灌湿润特征及入渗规律进行了数值模拟。结果表明，在相同灌水量下，供水压力与滴孔孔径对湿润圈影响微弱，重力式地下滴灌管道设计时可以不考虑其影响，但它对滴孔出流量影响较大，而其它因素对滴孔出流量的影响微弱。因此在地下滴灌管道设计时，只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力，并可选择较小的供水压力；在相同灌水量情况下，管道埋深对湿润圈具有较明显的影响，应按田间实际进行合理选择，这些结论可为地下滴灌合理的设计及运行提供理论依据。     

土壤层状质地对小流量地下滴灌灌水器特性的影响

以均质壤土（L）、均质砂土（S）、上砂下壤（SL）和壤土中有砂土夹层（LSL）4种土壤质地结构为对象,利用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构对灌水器流量的影响,估算了灌水器出口正压值。试验选用10 m水头压力下额定流量为1.1 L/h的地下滴灌专用灌水器。土壤为层状结构时,上层土壤厚度为20 cm,砂土夹层的厚度为10 cm。L、S、SL试验的灌水器埋深为15 cm;为了探讨灌水器埋深与土壤质地变化相对位置对灌水器性能的影响,LSL的灌水器埋深设计为15、25和35 cm。试验采用的工作压力为2、3、6和10 m水头。结果表明：灌水开始后,出口正压的迅速增大致使灌水器流量迅速减少,而后逐渐趋于稳定。灌水器流量随时间的变化可近似用幂函数表示。灌水器在土壤中的流量比在空气中的自由出流流量有所减小,灌水器自由出流流量越小,减小幅度越大。土壤层状质地对灌水器流量影响明显,一定压力下,灌水器在层状土壤中的流量小于在均质土壤中的流量,尤其当灌水器位于LSL的砂土夹层中时,流量比在均质壤土中减少13%,比自由出流流量减少20%。利用试验结果建立了地下滴灌灌水器流量与土壤饱和导水率、层状土壤结构、灌水器工作压力的经验关系,对各影响因子的敏感性分析结果表明,对地下滴灌灌水器流量影响最明显的是灌水器工作压力,其次是层状土壤结构,饱和导水率的影响较小。     

层状土壤质地对地下滴灌水氮分布的影响

以均质砂土（S）、均质壤土（L）和上砂下壤层状土壤（SL）为对象,采用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构和地下滴灌灌水器流量对水分、硝态氮和铵态氮分布的影响。结果表明,SL层状土壤中,砂-壤界面增加了水分的横向扩散而限制了水分的垂向运动,致使界面下部形成水分和硝态氮积聚区。土壤硝态氮分布还受肥料溶液浓度和土壤初始硝态氮浓度影响,对试验采用的土壤初始硝态氮浓度较低而肥料溶液硝态氮浓度较高的情况而言,灌水器周围的硝态氮浓度与肥料溶液的硝态氮浓度相近,随着离开灌水器距离的增加,土壤硝态氮浓度减小。灌水器周围的土壤含水率和硝态氮浓度随灌水器流量的增大而增大。施肥灌溉使灌水器周围5～10 cm范围内的铵态氮浓度出现峰值,而土壤质地和灌水器流量对铵态氮浓度分布没有明显影响。因此地下滴灌水氮管理措施的制定应综合考虑土壤质地及其结构、初始土壤水氮状况、灌水器埋深及流量、灌水量、肥液浓度等因素。     

地下滴灌毛管水头偏差率特性及与土壤水分均匀度的关系

毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。     

土壤处理剂Guilspare在大豆地下滴灌中的应用研究

对土壤处理剂Guilspare进行室外大豆地下滴灌试验.土壤处理剂喷施浓度为1%,2%的处理在50%,100%灌水量下,平均土壤含水率分别较对照组高14.07%,7.46%;22.24%,12.80%,体现了较好的保水性能,就保水效果分析比较2%的处理>1%的处理;不同浓度土壤处理剂在一定灌水量下对大豆生长有明显的促进作用;土壤处理剂喷施浓度为1%,2%的处理在50%,100%灌水量下,其产量分别较对照组增产6.08%,9.39%;11.49%,16.02%,具有较好的增产功效.就增产效果分析比较2%的处理>1%的处理.最终分析比较得出土壤处理剂喷施浓度2%的处理在50%灌水量下灌溉水利用效率(WUEI)最高,为1.06 kg/m3,其节水增产综合效果最为显著.     

Effects of municipal wastewater on soil chemical properties in cultivating turfgrass using subsurface drip irrigation

Knowing the concentrations of the nutrient elements in soils is important due to their toxic effect on humans and the environment. The aims of this study were to assess the effects of water quality, depths, and distances of lateral installation on soil chemical properties during turfgrass cultivation. A field experiment was conducted using a Split-Split-Plot design based on the randomized complete block (RCB) design with two treatments (well water and wastewater) and eight sub-treatments (45 and 60 cm distance of the laterals and 15, 20, 25, and 30 cm depths of laterals) in three replicates on a sandy loam soil, in Shahrekord, Iran. Soil samples were collected from 0 to 30 and 30 to 60 cm depth for measuring nitrate (NO₃^?), electrical conductivity (EC), and pH at the end of the experiment. During the experiment, fecal coliform was also measured at the soil surface. Results indicated that by increasing lateral distance, NO₃^? level increased in both layers. With installing laterals in deeper levels, NO₃^? concentration decreased at the beginning, then increased in the first layer, whereas in the second layer, NO₃^? concentration decreased. In addition, installing laterals in deeper depth caused an increase in soil EC in the top layer, but a decrease in the lower layer. However, the results showed that there was no significant effect of the treatments (well water and wastewater) and the sub-treatments (distance and depths of laterals) on soil pH. The results also show that with increasing laterals depth, fecal coliform level decreased at the soil surface.     

微孔管渗灌时土壤水分运动的有限元模拟及其应用

为了深入了解新型微孔渗灌管的灌水性能，提供推广应用渗灌的科学理论和技术依据，建立了含有第3类边界条件的二维微孔管渗灌土壤水分运动的数学模型，采用有限单元法进行了模拟。检验结果表明模型具有较高的精度。模型的仿真应用结果表明：供水水压力、土壤初始含水率、渗管的渗水速率等对渗灌效果都有明显影响。供水压力增大渗灌后土壤湿润范围内的平均含水率增大。初始含水率越高，湿润锋越不明显，总渗水量越小。随着渗管渗水速率的增大，渗管周围将出现饱和区，并存在渗水速率临界值，该值与土壤初始含水率有关。增加渗管的渗水速率可以提高渗灌的灌水效果。