畦灌关口时间优化改善灌水质量分析

灌溉关口时间是灌溉管理中的重要要素之一,合理关口时间的确定能有效改善田间灌水质量。该文在提出畦灌控制指标R和畦灌关口时间优化方法的基础上,将畦灌模拟模型与关口时间优化方法相结合,对土质、畦长、坡度、田面平整精度和入流量不同的106 176个灌溉事件进行灌溉模拟及关口时间寻优分析,提出了不同灌溉条件下畦灌关口控制模式。畦长小于70 m下R值不宜小于1,若同时坡度大于3‰且田面平整精度很好则R值不宜小于1.1;畦长大于70 m下坡度小于1‰时,R的范围为0.8~1;坡度大于1‰时,R的范围为0.75~0.95。研究结果对畦灌关口控制依据具有重要的指导意义,实际灌溉中R准确取值可参考表2给出的建议值。     

冬小麦不同畦灌施肥模式水氮分布田间试验

基于冬小麦生长期间施用尿素获得的试验观测结果,分析不同畦灌施肥模式下沿畦长土壤水氮空间分布差异,开展畦灌施肥模式田间试验评价,探讨适宜的畦灌施肥运行方式。研究结果表明,畦灌施肥模式差异对有效贮存在作物根系层的土壤水分和土壤硝态氮占0～80 cm土层相应值的比重以及土壤水分空间分布均匀性不产生显著影响,但对沿畦长土壤硝态氮空间分布均匀性的影响却较为明显。基于入畦单宽流量4 L/(s·m)和灌溉全程均匀施肥的畦灌施肥运行方式,可在冬小麦生长期返青水和扬花水灌后2 d的作物有效根系层内,形成相对较高的土壤水氮空间分布均匀性,适合当地生产实践中采用。     

基于混合数值解法的一维全水动力学畦灌模型

数值模拟畦（沟）灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。该文采用时-空混合数值解法构建起一维全水动力学畦灌模型,并基于典型畦灌试验结果,对比分析采用混合数值解法和Roe有限体积法数值求解一维畦灌全水动力学模型在数值计算稳定性与收敛性、计算精度与效率间的差异,验证基于混合数值解法的模型模拟效果。结果表明,混合数值解法要比Roe有限体积法表现出更佳的数值计算稳定性和收敛性,形成的水平衡误差和平均相对误差相对较低,相同度量环境下的计算效率提高2倍以上。基于混合数值解法的一维畦灌全水动力学数值模拟方法可明显增强数值计算的稳定性和收敛性,有效提高了计算精度和效率,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了可靠的数值模拟手段。     

欧拉法融合拉格朗日法高效模拟灌溉二维地表水运动规律

大规模现代化农业灌溉管理下,为实现快速高效地获知灌溉水运动及其分布的目的,该文基于二维浅水方程组的欧拉-拉格朗日混合型表达形式,提出了一种高效简洁的欧拉-拉格朗日混合解法。该解法的基本物理变量被严格地定义在欧拉型非结构化三角形有限体积单元格上,且变量在单元格之间呈现出阶梯分布状态,以精准地捕捉各类地表浅水波动并有效地保持质量守恒性;由于控制方程中不存在水运动的对流梯度项（或位置加速度项）,仅通过拉格朗日迹线追踪的形式获得未知与已知时间步之间的变量关系,故与广泛应用的欧拉解法相比,离散格式表达式极为简洁易用;在地表水运动的干湿边界处,地表水位梯度项被做了修正,以严格地保证各物理量之间的数值平衡,进而能高精度的模拟整个畦田内的地表水流推进/消退全过程。为验证模型的模拟性能,选取一种高效的欧拉解法（非迭代型全隐式标量耗散有限体积法）求解二维浅水方程组做为对比模型,基于3个典型畦灌试验的实测数据,从模拟精度、质量守恒性和计算效率3个方面,对比分析了2种数值解法的性能。结果表明,2种解法在模拟精度方面相差无几,且欧拉-拉格朗日混合解法比欧拉解法具有更好的质量守恒性;在计算效率方面,欧拉-拉格朗日混合解法比欧拉解法的效率提高了约5.3倍。故该文提出的二维浅水方程组的欧拉-拉格朗日混合解法,更适用于二维灌溉地表水运动的模拟分析。     

蔬菜水肥一体化研究进展分析北大核心

蔬菜属于需水、需肥较多的作物,合适的水肥协同配合可达到节水高产、增质的目的。为此,从水肥一体化对蔬菜生长、产量、品质、水分和养分利用效率等方面,就国内外已有研究成果进行了分析总结,基于目前的研究现状,提出我国有关蔬菜水肥一体化的研究一方面应向湿润地区发展,另一方面应向建立适合蔬菜的通用机理型模型、水肥一体化条件下需水需肥规律及区域蔬菜种植结构优化等方面深入研究和发展,并建议结合相关专业领域利用先进的技术手段建立水肥高效利用管理信息平台,以此来指导区域农业生产,这将会大大促进区域农业生产向高产、优质和高效方向发展。     

农业水管理面临的问题及发展策略

当今农业水管理所面临的问题和挑战与50年前有着显著差别。当前发展农业水管理的目的是在水资源稀缺状况下,在满足全球不断增长的食物需求的同时,达到增加农民收入、发展农村经济、减少贫困、应对气候变化、保护生态环境等。为此,应从跨学科、跨部门的角度出发,审视和改善与农业水管理发展相关的策略与对策,其中包括加快发展节水农业、维系生态系统服务功能、加大灌溉投入、提升雨养农业、提高农业水分生产率、减少农业贫困人口、减轻或预防土地和水环境质量下降、降低废水灌溉风险、加强政策和制度建设等。改善农业水管理、增加农业生产力的各     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

畦灌施肥条件下地表水流溶质运移模型研究

以零惯性量模型作为畦灌施肥水流模型,一维的对流扩散方程ADE作为地表溶质运移方程,分别采用隐式格式有限差和特征线法分别进行数值求解,建立了畦灌施肥地表溶质运移模型,并利用田间试验数据对模型进行了试验验证,以期为实现畦灌施肥技术参数优化组合提供合理可行的模型工具.研究结果显示:建立的畦灌施肥地表溶质运移模型是合理可行的,可作为畦灌施肥技术要素优化组合的模拟工具.     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型：Ⅰ建模

基于二维畦灌全水动力学模型模拟的地表水深及畦面任意点垂向均布的流速场,通过把湍流垂向流速分布律由标量推广为矢量形式,并结合不可压缩流体力学连续性方程,构造了沿二维畦面及垂向非均布的三维流速场;利用能够描述二维畦面及垂向三个维度的溶质浓度场非均布变化特征的对流-扩散方程,描述传统撒施下的二维畦灌地表溶质运移过程,采用构造的三维流速场,基于湍流近壁模型构造了溶质扩散系数,从而构建了肥料撒施畦灌地表水流溶质运移控制方程;借助于畦灌地表水流模型中的薄水层假设,构建畦面溶质浓度初始条件,并采用一级动力学方程和任意点的固态溶质总量守恒特征,构建了撒施的肥料溶解与输运过程边界条件,从而构建起撒施肥料下的二维畦灌地表水流溶质运移模拟模型.     

基于BP网络的畦灌性能模拟模型及其应用评价

根据山东簸箕李灌区冬小麦灌溉实测资料,初步建立了基于BP网络的畦灌性能模拟模型,并以地面灌溉数值模型SRFR模拟结果作为目标值,对开发的BP模型进行了训练,确定了BP模型运行参数。应用结果表明,SRFR模型和BP模型得到的灌水效率和灌水均匀度变化规律一致,平均相对误差均为2.5%左右,基于BP网络的畦灌性能模拟模型可用于类似条件下畦灌性能指标的预测和评价。