微润管出流特性和流量预报方法研究

为探明影响微润管流量的主要因素,确定微润管压力与流量关系,通过田间试验,研究不同土壤初始质量含水率(13.83%、15.49%、16.27%、17.72%)和不同土壤容重(1.18、1.21、1.24、1.26 g/cm~3)条件下不同压力水头(0、0.1、0.3、0.7、1.1、2.1 m)对微润管流量的影响。结果表明:微润管流量随土壤质量含水率变化有一定的自我调节作用,但微润管流量受土壤质量含水率变化影响较小,自我调节时间约为44 h。随着灌水时间增加,微润管流量呈先快速增加再减小后趋于稳定平缓的趋势,灌水后约48 h趋于稳定状态。工作压力、土壤容重和初始质量含水率均对微润管流量有显著影响,在一定工作压力范围内(0~2.1 m水头),压力与流量呈显著性线性关系(P0.05),模型决定系数R~2大于0.85,随土壤初始质量含水率与容重增加,微润管流量呈减小趋势,微润管流量变化对工作压力的敏感度逐渐下降;在压力与流量线性回归模型中微润管的流量系数和压力为零的流量b均非单纯由产品自身特性决定,土壤初始质量含水率和容重与流量系数呈显著负相关关系(P0.05),容重与压力为零的流量均存在显著负相关关系(P0.05),可用土壤初始质量含水率和容重确定流量系数和压力为零时的流量值,最终实现微润灌出流预报。通过灰色关联分析发现,压力是影响微润管流量的最主要因素,土壤容重次之,土壤初始质量含水率对微润管流量影响最小。     

不同加气和粒径条件下浑水滴灌滴头堵塞特性研究

为探明浑水滴灌过程中水中加气对滴头堵塞的影响,以齿形迷宫流道滴头为研究对象,采用周期性间歇灌水测试方法,用最大粒径小于0.1mm的泥沙配置了5种不同的浑水,运用激光粒度分析仪和场发射扫描电镜等方法研究了滴头堵塞状况。结果表明：加气和泥沙颗粒级配对滴头堵塞具有极显著影响（P<0.01);加气提升了毛管内泥沙输移能力、促进大泥沙颗粒排出,减小淤积泥沙中值粒径,且泥沙最大粒径越小,加气对泥沙运移的影响越小,毛管淤积物质量、淤积泥沙中值粒径较未加气处理减少8.75%～31.92%、8.59%～35.64%;泥沙粒径为0.075～0.100mm时,滴头流量下降最快,泥沙为粒径0～0100mm时,滴头流量下降最慢;加气增大了水流紊动程度,促进浑水中大颗粒泥沙在流道内的输移;加气加剧了浑水中小颗粒泥沙在流道入口处黏附,加速了流道入口堵塞,滴头Dra和Cu比未加气处理低9.0～18.7个百分点和16.2～36.4个百分点,这是造成加气加速滴头堵塞的主要原因。建议进行毛管冲洗,降低流道入口堵塞风险,以提高加气滴灌滴头的抗堵塞性。     

加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响,配置5种浓度的高岭土悬浊液（1、3、5、7和10 g/L）和4种肥料质量分数（0、0.2%、0.5%、1.0%）的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径。结果表明：加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥沙的絮凝沉降（P<0.05）,且促进作用随泥沙浓度的增加而增强。与未加气处理相比,冬、夏季加气处理后泥沙中值沉速分别提高48.67%～70.98%和33.04%～57.52%,沉降泥沙中值粒径增大7.62%～13.95%和6.83%～13.24%。加气促进黏性泥沙絮凝沉降的作用与浑水中施加的肥料类型及浓度有关,促进作用随肥料浓度的增加而减小。对于肥料质量分数为0.2%～1.0%的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水,加气处理后泥沙中值沉速分别提高20.00%～32.12%、18.71%～130.40%和91.19%～170.21%。施加硫酸钾肥加气后泥沙中值沉速最大,为0.399～0.450 mm/s,施加复合肥加气后泥沙中值沉速最小,为0.288～0.330 mm/s。加气、肥料类型、肥料浓度分别单独或交互均极显著影响泥沙沉降（P<0.01）。研究结果对于明确水肥气一体化灌溉管网系统泥沙淤积规律具有重要意义。     

滴灌灌水器迷宫流道的内部流体数值模拟与流动分析

【目的】研究滴灌灌水器的结构参数对其水力性能的影响。【方法】提取齿形迷宫流道灌水器齿宽、齿底距、齿高为结构控制参数,在CAD几何建模的基础上,应用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的流体分析软件FLUENT,对灌水器迷宫流道内流体的流动进行数值模拟,得到流量压力关系以及流场可视化图,由此分析了各参数对灌水器性能的影响,以及流道内水流的速度矢量分布规律。【结果】当齿高保持恒定时,齿宽和齿底距均与流量、流态指数呈正相关关系,且齿宽对流量、流态指数的影响较齿底距更显著;而齿宽和齿底距保持不变时,齿高与流量、流态指数呈负相关关系。【结论】齿宽相对越小,灌水器消能效果与抗堵塞性能越好。因此,可以通过适当减小齿宽和齿底距、增大齿高等措施改善灌水器的水力性能。     

含沙水磁化处理减缓滴头堵塞机理研究

为探究含沙水磁化处理对悬浮泥沙在滴灌管网中沉降的影响,揭示含沙水磁化处理对滴头堵塞的减缓机理,以内镶贴片式迷宫流道滴头为研究对象,设置4种磁化强度(0、0.2、0.4、0.6 T)和4种粒径级配(0～0.100 mm、0.075～0.100 mm、0.038～0.075 mm、0～0.038 mm)的泥沙,泥沙质量浓度...     

小流量微压滴灌条件下作物生长试验研究

通过盆栽线辣椒试验,研究了不同的滴头流量、灌水定额及灌水周期对线辣椒的株高、茎粗、叶绿素的相对含量、光合作用、产量及水分利用效率的影响,结果表明,小流量滴灌能提高线辣椒的叶绿素含量,促进光合作用,增加坐果数,并能提高其产量和水分利用效率;采用小灌水定额高频率灌溉对于抑制地表无效蒸发作用显著,节水效果明显,建议在小流量微压滴灌条件下,采用小定额高频率灌溉制度。     

Philip模型与修正的Green-Ampt模型互推参数的特性分析

通过室内试验方法利用Philip和Green-Ampt入渗模型对3种土壤水平一维入渗进行了分析,对Green-Ampt入渗模型的含水率分布进行了修正从而改进二模型参数的互推公式,根据互推参数分别计算累积入渗量,并与实测值进行比较。结果表明,修正模型能很好地反应土壤入渗性能,随着土壤粘性的增加,Philip模型参数吸湿率S和Green-Ampt模型参数kssf都逐渐减小,用Philip模型推求修正的Green-Ampt模型参数k′ss′f具有较高的精度,且对于不同质地土壤的入渗表现出不同程度的正效应,此互推公式可应用于不同土壤水平入渗的试验研究。     

灌水下限与毛管埋深对温室番茄生长的影响

为探明番茄根系生长与水分分布之间的互反馈机制,通过日光温室地下滴灌试验,设置了4种毛管埋深(0 cm、10 cm、20 cm和30 cm)和3种灌水下限(保持土壤含水量为50%、60%和75%田间持水量),研究了不同灌水下限与毛管埋深对番茄根系生长及干物质分配的影响。研究结果表明,轻度、中轻度水分亏缺(灌水下限为75%和60%田间持水量)时,毛管埋深对番茄耗水量有显著影响,10~20 cm毛管埋深提高番茄耗水量。毛管埋深增加会减少0~20 cm土层根系分布,促进20~60 cm土层根系生长;毛管埋深对0~10 cm、20~30 cm、30~40 cm土层根系生长影响显著,对50~60 cm土层根系生长无显著影响。灌水下限对细根(d1 mm)、粗根(d1mm)的根长与根表面积影响显著,毛管埋深对细根的根长与根表面积有显著影响;轻度水分亏缺及20 cm毛管埋深有利于细根根长和根表面积生长,减少粗根比例。本研究结果表明,轻度水分亏缺及毛管埋深为20 cm更有利于全株干物质积累,灌水下限为75%田间持水量能够增加根系干物质分配比例,而20 cm毛管埋深则能促进干物质向茎叶转移且减少根系干物质的分配比例。     

加气灌溉水氮互作对温室芹菜地N2O排放的影响

为揭示加气条件下不同灌溉和施氮量对设施菜地N2O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,该研究以温室芹菜为例,设置充分灌溉(1.0 Ep,I1;Ep为2次灌水间隔内φ20 cm标准蒸发皿的累计蒸发量)和亏缺灌溉(0.75 Ep,I2)2个灌溉水平和0 (N0)、150 (N150)、200 (N200)、250 kg/hm2 (N250)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对各处理土壤N2O的排放进行监测,并分析不同灌溉和氮肥水平下土壤温度、湿度、矿质氮(NH4+-N和NO3--N)、硝化细菌和反硝化细菌的变化,以及对土壤N2O排放的影响.结果表明:充分灌水温室芹菜地N2O排放显著(P＜0.05)高于亏缺灌溉;施氮显著(P＜0.05)增加了土壤N2O排放,N150、N200和N250处理的N2O累积排放量分别是N0处理的2.30、4.14和7.15倍.设施芹菜地N2O排放与土壤温度、湿度和硝态氮含量呈指数相关关系(P＜0.01),与硝化细菌和反硝化细菌数量呈线性相关关系(P＜0.01),而与土壤铵态氮没有显著相关关系.灌水和施氮提高芹菜产量的同时,显著增强了土壤N2O排放.综合考虑产量和温室效应,施氮量150 kg/hm2、亏缺灌溉为较佳的管理模式.该研究为设施菜地N2O减排及确定合理的水氮投入量提供参考.     

中国北方地区不同滴灌方式节水增产效应的Meta分析

为了探明中国北方地区地下滴灌（subsurface drip irrigation,SSDI）与地表滴灌（surface drip irrigation,SDI）节水增产效应的差异,该研究以SDI作为对照,采用Meta分析定量分析了不同条件下SSDI对作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,与SDI相比,SSDI可使作物总体增产6.66%（P<0.05）,水分利用效率提高9.34%（P<0.05）,净效益增加6.94%（P<0.05）;SSDI在西北和华北地区均能提高作物产量和水分利用效率;当年均降雨量不大于400 mm时,SSDI能显著提高作物产量;当土壤容重大于1.5 g/cm³,灌水施肥频率大于6次,滴灌带埋深为15～25 cm,滴头流量介于1.5～2.5 L/h时,更有利于发挥SSDI优势,节水增产效果显著。研究可为中国北方地区SSDI的推广应用提供理论参考。