微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比

以微孔陶瓷灌水器为研究对象,在0 m工作水头下进行土壤水分运移特性试验,并以10 m额定工作水头下工作的地下滴灌灌水器作为对照。通过对比分析2种灌溉方式下累计入渗量、流量、湿润体特征和土壤含水率变化,结果表明:相同灌溉时间下微孔陶瓷渗灌的累计入渗量、湿润锋运移距离、湿润体截面面积均明显小于地下滴灌。微孔陶瓷渗灌的流量随时间逐渐减小,直至接近于零;试验后期,微孔陶瓷渗灌湿润体内整体土壤含水率变化较小;由于微孔陶瓷渗灌为无压连续灌溉,因此在其工作过程中可为作物提供一个恒定的水分环境。而地下滴灌的流量则会维持稳定,使得土壤含水率一直增大,停止灌溉后由于土壤水分再分布而减小。地下滴灌为被动恒压灌溉,因此其灌溉条件下作物生长的水分环境处于干湿交替的循环变化状态。     

几种微灌灌水器均匀度试验研究

对国产的2种压力补偿式滴头、3种稳流器、1种内镶式滴灌管和1种发丝滴头进行了水力性能测试,分析灌水器不同工作压力区间内的流态指数,并以制造偏差和流态指数为主要影响因素,对灌水器进行了水力性能评价。结果表明:压力补偿式灌水器存在最优压力区间,在此区间内灌水器流态指数较小、水力特征曲线平滑;非压力补偿式灌水器在整个压力区间内流态指数稳定、水力特征曲线稳定连续;供试的5种压力补偿式灌水器制造偏差系数较大,为0.14~0.30,而2种非补偿式灌水器制造偏差系数较小(0.02左右)。通过灌水器流态指数、制造偏差系数对综合流量偏差系数的影响的分析表明:灌水器制造偏差对系统灌水均匀度的影响很大,在进行微灌工程水力设计时,应给予高度重视。     

不同地形部位土壤水分的年变化分析

 通过测定飞马河流域阴坡、阳坡、半阴半阳坡、川地不同部位0-180cm土壤的储水量,分析土壤水分空间、时间变异性,以及不同植被在不同部位土壤水分亏缺程度。结果表明:梯田宽度不同,土壤水分分布不同,在0-180cm土层,窄式梯田水分分布较均匀,宽式梯田土壤水分由内侧向外侧递减;坡向、坡位不同,土壤水分变异很大,阴坡土壤年平均储水量远比阳坡高111.9mm;在坡地上修建水平阶后,沿坡长土壤水分趋于均匀。土壤水分年变化总体看来,可分3个阶段:11月初至翌年6月底,土壤水分变化很缓慢;7月初至8月底,急剧变化;9-10月缓慢变化,阴坡土壤水分变化比阳坡缓慢。在不同立地条件上生长的作物,水分满足程度差异很大,阴坡生长的次生林,坡中部和坡下部水分基本不亏缺,坡上部水分亏缺较严重,玉米地和果园,自5月开始水分出现亏缺,玉米地4-10月平均水分满足程度为74.4％,果园4-10月平均水分满足程度为83％。     

Teejet雾化喷头的水力性能试验及工作参数优选

为探究Teejet雾化喷头工作参数对单喷头及组合喷洒水力性能的影响,进而得到雾化喷头的较优配置工况,该研究通过试验分析、理论计算和综合评价相结合的方法,探究等效直径、安装高度、工作压力对雾化喷头水力性能的影响规律;定量分析得到安装高度、工作压力、等效直径、组合间距与组合均匀性系数之间的关系;构建综合评价指标体系,采用主成分分析法确定雾化喷头最优配置方案。结果表明：1）随着工作压力的升高,喷头喷灌强度峰值逐渐增长;随着安装高度的升高,喷头的喷洒范围增大,水量分布更加均匀;相同安装高度和工作压力条件下,喷嘴的喷灌强度峰值与等效直径呈正比。2)3种等效直径喷头组合均匀性系数随工作压力和组合间距的变化趋势基本一致,组合间距对组合均匀系数的影响最为明显,随着喷头组合间距的增加,喷头的组合均匀系数大多呈先减小后增加再减小趋势。3）雾化喷头最优配置工况为喷嘴等效直径1.81 mm、安装高度0.6 m、组合间距0.2 m、工作压力400 kPa。该研究可为适用于温室的移动式微喷灌机组的参数配置提供依据,并为该机组在全国范围内的推广应用提供理论支撑。     

网式过滤器水头损失动态变化规律

网式过滤器是微灌系统的关键部件之一,对过滤杂质,减缓滴头堵塞起到重要作用,但过滤器水头损失往往随拦截杂质的增多而增大,导致滤网破损或系统被迫停机。为明晰过滤器水头损失变化规律,该研究采用文献数据归纳分析和试验相结合的方法,对7种网式过滤器水头损失数据开展聚类分析;以Y型网式过滤器为例,测试不同流量、泥沙浓度和沙粒级配对过滤器水头损失的影响,以减少水头损失激增、提高拦沙效果为主要目标开展综合评价,优选过滤器适宜的运行工况。结果表明：1）不同类型网式过滤器水头损失随时间变化可分为平稳增加阶段和突然增加阶段,突然增加阶段的水头损失增长速率更大,堵塞均匀度均大于1。2）相同流量和浓度下,以>100~125 μm泥沙为主的Ⅲ级配和以>125~150 μm泥沙为主Ⅳ级配含沙水较以>54~75 μm泥沙为主Ⅰ级配和以>100~125 μm泥沙为主Ⅱ级配含沙水更容易产生水头损失激增。相同流量下,高浓度工况更容易出现水头损失激增;相同浓度下,流量为3.5 m³/h时最容易使过滤器水头损失激增。3）CRITIC-TOPSIS 综合评价结果表明排名前3的分别是流量2.5 m³/h、泥沙浓度60 mg/L工况下Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ级配含沙水,综合得分指数分别为0.726、0.712和0.711;低泥沙浓度、大颗粒级配和高泥沙浓度、小颗粒级配在流量2.5 m³/h时综合性能好,高泥沙浓度、大颗粒级配在流量4.5 m³/h综合性能好,低泥沙浓度、小颗粒级配在3种流量下综合性能差异不大。研究可为减少过滤器水头损失和增加运行时长提供参考。     

滴灌系统叠片过滤器结构参数优化

针对不同级配含沙水和灌水器类型的叠片过滤器结构选型问题,该研究选取常用叠片过滤器,通过组合不同叠片数量改变相邻叠片间孔径,设计了多种不同泥沙处理能力的过滤器。对5种泥沙粒径级配条件下5种孔径叠片过滤器的性能开展试验研究,根据不同工况下叠片过滤器运行周期内的水头损失、堵塞时段水头损失增长速率、过滤器的堵塞均匀度以及灌水器流量偏差率等指标,采用模糊数学综合评价方法,构建综合考虑灌溉含沙水、叠片过滤器和滴灌灌水器的多目标评价模型。结果表明：基于叠片孔径可调的过滤器可以实现拦截不同粒径范围泥沙的目标,5种孔径过滤器拦截泥沙粒径(拦截率大于90%的沙粒段中最小粒径级配的中值粒径)分别为49、82、100、127和150 μm;随着过滤器孔径减小,粒径越细小的含沙水对水头损失增大作用越显著。不同级配含沙水和灌水器类型条件下叠片过滤器性能综合评价结果与试验结果相符,通过对综合评价指标值排序,筛选出灌溉含沙水、过滤器、灌水器三者最优的匹配方式,能够同时实现灌水器堵塞程度轻微和过滤器性能稳定。提出的叠片过滤器结构参数配置决策方案,可为叠片过滤器的合理配置和使用提供参考。     

滴头制造偏差对灌水均匀度及毛管造价的影响

为了阐明滴头制造偏差系数、灌水均匀度、毛管直径及毛管造价的内在联系,降低滴灌系统造价、提高灌水均匀度,通过理论推导结合实证计算的方法,系统分析了不同均匀度条件下滴头制造偏差系数极限值,以及滴头制造偏差系数、毛管直径、允许均匀度等三者的关系,并推导出毛管造价计算公式.结果表明:对于长度为100 m的毛管,当Keller均匀系数( EEU)为0.80时,制造偏差系数从0.05增大到0.07和0.11时,毛管造价分别增大8.7％和37.1％;当滴头制造偏差系数为0.03, EEU由0.80增大到0.85,0.90和0.95时,毛管直径分别增大20％,23.5％和56.5％,毛管造价也相应增大20％,53.8％和207.7％;当滴头制造偏差系数为0.05, EEU由0.80增大到0.85和0.90时,毛管直径则分别增大19.3％和32.8％,毛管造价也分别增大17.1％和71.4％;对于 EEU为0.95时,毛管允许最小流量大于平均流量,管径计算无解.在限定值范围内,滴头制造偏差系数和Keller均匀系数的微小增大将直接导致毛管直径和造价急剧增大;滴灌系统设计应选择制造偏差系数小的滴头及合理的灌水均匀度,以达到降低工程造价的目的.     

涌泉根灌灌水器外壳材料对水力性能的影响

对使用ABS、纯HDPE、HDPE+20%EVA、LDPE+20%EVA以及40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA这5种不同外壳材料制造的涌泉根灌灌水器,从外壳材料的收缩率、弹性模量、拉伸应变特点等方面研究了外壳材料对涌泉根灌灌水器出流特性的影响.结果表明,外壳材料对涌泉根灌灌水器的水力性能影响明显:外壳材料的模塑收缩率越大,灌水器外壳与内芯流道贴合越紧密,流量就越小;灌水器外壳的刚性越强,即材料的弹性模量越大,不同压力作用下灌水器的流量相差越小;相同制造工艺下,外壳材料的自然回弹率影响灌水器的制造偏差,材料的回弹性越好,得到的灌水器流量偏差越小.因此,为了得到制造偏差小、水力性能良好的涌泉根灌灌水器,对外壳材料的选配应平衡刚性及自然回弹性.推荐使用混合材料40%HDPE+40%LDPE+10%LLDPE+10%EVA用以制备涌泉根灌灌水器外壳.     

灌溉对中国西北地区冬小麦产量及水分利用效率影响的Meta分析

灌溉对冬小麦产量及水分利用效率影响的研究一般为定点小区试验,研究结果受时空差异、降水量等条件的限制,难以反映出不同地区与降雨水平下灌溉对冬小麦产量及水分利用效率影响的一般规律。以冬小麦为研究对象,对已发表的相关田间试验数据进行检索与整合,基于Meta分析方法定量研究灌溉对我国西北地区冬小麦产量与水分利用效率的影响。研究结果表明:在我国西北地区,灌溉条件下冬小麦产量较不灌溉平均提高27.9%(95%置信区间23.1%～32.8%),水分利用效率提高6.1%(置信区间0.1%～12.7%)。灌溉的累积平均增产率随灌溉定额逐渐增大,随灌溉定额的增加,累积增产率高达32.1%,累积相对水分利用效率变化率却减小至4.1%。不同降雨年型的亚组分析表明,灌溉条件下的冬小麦产量均得到显著提高,丰水年和枯水年的灌溉可提高冬小麦水分利用效率,但平水年内的灌溉使冬小麦水分利用效率降低。该研究结果可为我国西北地区冬小麦不同降雨年型下灌溉方案的科学制定提供参考依据。     

多点源滴灌条件下土壤水分运移模拟试验研究

为了指导密植作物的滴灌系统合理设计,通过室内物理试验模拟了多点源滴灌条件下土壤水分运移过程,重点研究了不同滴头流量下交汇湿润体内的土壤水分时空动态分布规律．多点源滴灌条件下土壤水分运动遵循先点源入渗、再湿润锋交汇和最后形成湿润带的规律．灌水结束时,土壤水分分布呈现湿润体上部复杂、下部相对简单的特征．湿润体上部,在滴头下方存在土壤含水率相对较高的区域,2个滴头之间近地表处存在土壤含水率相对较低的区域;湿润体下部同一深度土层上的含水率有趋于一致的趋势．灌水结束后,由于土壤水分再分布,同一深度土层上含水率差异逐渐减小．灌水量相同条件下,灌水结束时,滴头流量小的入渗深度较大,湿润体内土壤平均含水率较低;灌水结束后,受土壤水分再分配的作用,不同滴头流量下入渗深度的差异较灌水结束时有所减小．