低压滴灌系统研究

通过分析微灌技术的特点和应用现状，定义了低压滴灌系统的概念和原理，讨论了该系统的主要研究内容和现状，并提出流量偏差、灌水均匀度、灌水器工作压力的确定，以及滴灌系统关键设备的开发、研制是今后的研究重点。     

残膜对土壤水分水平运动的阻滞作用

为探明不同残膜量对土壤水分水平运动过程的影响规律,设置6个残膜量水平,分别为0,80,160,320,640,1 280kg/hm~2,采用室内水平土柱吸渗法,分析残膜对水平湿润锋运移、累积入渗量、Boltzmann系数和土壤水分扩散率的影响。结果表明:水平湿润锋运移速率、土壤含水率和累积入渗量均随残膜量增加而减小,残膜量≥160kg/hm~2时,水平湿润锋运移速率和累积入渗量大幅降低;残膜对土壤水分水平运动的阻滞系数与残膜量呈正相关关系,残膜阻滞系数的最大增长率出现在80~160kg/hm~2残膜量区间,高达251.15%;随残膜量的增加,阻滞作用较强区域距离入渗点的距离增大,Boltzmann系数和水分扩散率则逐渐减小,土壤基质势对水分水平运动的驱动作用和土壤持水能力逐渐减弱;混有残膜的土壤水分水平运动过程,仍符合土壤水分扩散率单一参数模型和Kostiakov入渗模型。残膜是一种难降解持续性污染物,会降低水平湿润锋运移速率、累积入渗量和土壤水分扩散率,对土壤水分水平运动的阻滞作用随残膜增多而增强。     

膜下微润带埋深对温室番茄土壤水盐运移的影响

为探讨微润灌溉对温室轻度盐碱地番茄土壤水盐的影响,通过设置3种不同埋深(10 cm、15 cm、20 cm),探究了不同微润带埋设深度下,膜内(番茄种植行)、膜间(番茄行间)土壤含水量和含盐量的变化特征。结果表明,膜内、膜间土壤水盐的变化规律在不同埋深下保持一致,膜内土壤水分随时间推移先增大后减小,盐分随时间推移逐渐减小;膜间土壤水分、盐分均随时间推移逐渐增大。膜间土壤含水量始终小于膜内,随着土层深度增加,膜内、膜间土壤含水量差距减小;表层土壤膜内、膜间土壤含水量差距最大,50~60 cm土层膜间与膜内土壤含水量基本趋于一致。微润带埋深大时,土壤含水量较高,开花结果期,20 cm、15 cm、10 cm埋深的土壤含水量分别为23.31%、24.46%及22.42%;且微润带埋深为10 cm时,膜内、膜间土壤含水量差值小于埋深为15 cm和20 cm。膜内土壤含盐量始终小于膜间,微润带埋深越小,膜内、膜间土壤含盐量差异也越小;全生育期内,膜内0~40 cm土层处于脱盐状态,脱盐率随深度增加逐渐降低,离微润带越近,脱盐效果越明显;40~60 cm土层土壤含水量少,盐分含量也较小,为轻微积盐状态。10~20 cm土层水分含量最大、盐分含量最小、脱盐率最高。膜间0~60 cm土层始终处于积盐状态,积盐率随深度增加逐渐降低,0~20 cm土层积盐率最高。开花结果期,20 cm、15 cm和10 cm埋深下,膜内10~20 cm土层平均最大脱盐率分别为24.66%、32.28%和14.71%,15 cm埋深下脱盐率最高;苗期和结果末期15 cm埋深处理脱盐率也达最高,平均最大脱盐率分别为27.42%、24.67%。研究结果充分说明微润带埋深对不同土层深度的洗盐效果具有显著影响。综合来看,微润带埋深15 cm时土层平均脱盐率和土壤平均含水率均最高,分别达到26.05%和25.1%,为番茄生长创造了一个良好的水盐环境,最有利于番茄生长发育,为最佳埋深。     

施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象,采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术(SEM-EDS)和X射线衍射技术(XRD)对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析,研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明:肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素(P0.01),流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型;当施肥质量分数小于等于0.5%时,施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大,当施肥质量分数在0.5%~2.0%之间时,各肥料滴灌适用性由大到小依次为:磷肥、尿素、钾肥、复合肥,当施肥质量分数在2.0%~3.0%之间时,尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%,显著高于施加磷肥(7.85%)、钾肥(4.07%)和复合肥(2.74%);施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞,磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞,硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程,复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险,但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同,加速堵塞的风险也不同,故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。     

喷头组合间距、工作压力和布置形式对喷灌均匀系数的影响

以30 PSH喷头为例,用正交方法分析了喷头的组合系数、工作压力、布置形式对喷灌均匀系数影响的强弱顺序,其顺序为:组合系数对均匀系数的影响要大于工作压力,而工作压力对均匀系数的影响又大于布置形式。以及采用等腰三角形,组合系数为1.2 R,工作压力为0.3 MPa左右时能达到最佳的均匀系数。这些结论对喷灌工程设计有非常重要的指导意义。     

迷宫流道齿转角与齿间距对滴头性能的影响

以齿形迷宫流道为研究对象,齿转角和齿间距分别设置4个水平,采用两因素四水平全面试验方法设计,根据流体动力学两相流理论,利用Fluent 63软件对设计滴头进行了液固两相流数值模拟,分析了齿转角和齿间距对滴头水力性能和抗堵塞性能的影响．结果表明:齿转角、齿间距与流量系数均呈正相关关系,流量系数随齿转角和齿间距的增大而增大;齿转角对流态指数的影响较为复杂,以120°为转捩角呈2种变化趋势,当齿转角大于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先减小后增大的趋势;当小于120°时,流态指数随着齿间距的增大呈先增大后减小的趋势．提出以颗粒浓度的某个范围分析灌水器的抗堵塞性能的方法,流道内悬浮颗粒最高浓度的高低与高浓度区域所占比例并不完全一致,但最高浓度越高,则颗粒聚集的机会越大,发生局部沉淀的可能性就越大,高浓度区域所占面积也相对较大,滴头越易发生堵塞．     

尿素对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞的影响

为确定水肥一体化灌溉过程中,尿素对滴头堵塞的影响,分别配置了3种泥沙浓度(1.0、1.5 g·L~(-1)和2.0 g·L~(-1)),3种肥料质量浓度(1%、2%和3%),进行了间歇灌水堵塞试验,分析了滴头流量和排出泥沙量。结果表明:施加尿素对浑水滴灌具有缓解滴头堵塞的作用,在一定的尿素浓度范围内,施肥浓度越大,减缓作用越明显;施肥浓度对滴头的堵塞形式和主要堵塞物淤积位置的影响很小。滴头出流泥沙含量随灌水次数的增加呈现先快速增加,后逐渐变缓并趋于下降的趋势。施加尿素提高了滴头泥沙输送能力,施肥浓度越大,滴头输送泥沙的能力越大,泥沙排出率越大。浑水中施加尿素具有减缓滴头堵塞,延长滴头有效灌水次数的作用,当含沙量为2.0g·L~(-1)时,尿素浓度为1%,2%和3%的水肥一体化滴灌有效灌水次数比未添加尿素的可分别提高11%,89%和100%。可尝试通过尿素水肥一体化滴灌,缓解黄河水滴灌滴头堵塞危险,提高滴灌系统使用效率。     

降水头垂直入渗Green-Ampt模型显式近似解研究

在分析降水头入渗过程的基础上,应用Green-Ampt入渗模型,并假定降水头垂直一维入渗也适用于Philip入渗模型的前提下,通过二模型参数间的转换关系建立了适用于降水头垂直一维入渗的累积入渗量的显式函数,并利用3种不同土壤进行了检验。结果表明,降水头垂直一维入渗的累积入渗量可适用于Philip入渗模型,所建立的降水头垂直一维累积入渗量显函数的整体相对误差分别为1.89%、0.02%、0.10%;均方根误差分别为0.13、0.07、0.08,模型的模拟精度较高,能有效地模拟连续降水头条件下的入渗过程。     

保墒灌溉条件下土壤中硝态氮分布和累积研究

[目的]研究不同保墒灌溉措施对夏玉米地土壤中硝态氮的分布和累积影响。[方法]以玉米作物为试材,在灌溉量为0、600、1200m3／hm2条件下,通过田间试验研究地膜覆盖、秸秆覆盖、PAM处理和非覆盖处理（CK）对夏玉米收获时土壤中．硝态氮的分布和累积状况的影响。[结果]夏玉米收获后,在非灌溉条件下,各处理的硝态氮含量基本随着土壤深度的增加而递减,在灌溉条件下,则在50—70cm土壤中出现硝态氮累积凸峰。无论灌溉与否,0～100cm土壤中各处理硝态氮含量的大小顺序为：PAM处理〉CK〉地膜覆盖〉秸秆覆盖。同一保墒处理,在O～40cm土层,硝态氮累积量均随着灌溉量的增加而降低,在60～70cm土层以下则恰好相反。[结论]该研究为下茬作物的施肥提供理论指导和技术支撑。     

一体化压力补偿式热塑性弹性材质滴头设计与试验

为克服硅胶片类压力补偿式滴头“回收难”的问题,设计开发了一种含热塑性弹性体的全塑料材质的一体化压力补偿式滴头。基于压力补偿式滴头流量补偿原理及计算流体力学数值计算方法,对一体化滴头关键结构参数齿尖角、流道宽度、流道深度、流道单元个数开展正交设计试验,通过Ansys15.0软件对滴头迷宫流道结构进行确定,以参数组合齿尖角34°,流道宽度0.4 mm,流道深度0.4 mm,流道单元数12个,进行滴头试制并对其补偿性能及抗堵塞性能进行测试。结果表明：该一体化压力补偿滴头流态指数为0.07,起调压力为35 kPa,补偿区间为35～300 kPa,属于恒流灌水器－压力补偿滴头范畴;与国内滴头相比,设计滴头的水力性能更优;在低压堵塞试验中,一体化压力补偿式滴头具有更好的抗堵塞性能,当泥沙浓度为1.0 g/L,灌水15次后,一体化压力补偿滴头与另外两种普通迷宫流道滴头的相对流量分别下降至93.1%、54.2%、81.8%,一体化压力补偿滴头的抗堵塞性能明显优于普通迷宫流道滴头。该滴头研发周期短、成本低、便于回收利用,是传统滴头的良好替代品。该研究可为一体化压力补偿式滴头结构设计、相关产品研发提供参考。