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．     

流道出射角对单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性的影响

为探索单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性与流道出射角之间的关系,以Nelson D3000型蓝色喷盘为本体,设计7个不同流道出射角(-45°、-30°、-15°、0°、15°、30°、45°)的喷盘,测试并分析了50kPa压力下的实际射流出射角和单流道水量分布,模拟了单喷头水量分布和3.0m喷头间距下的组合水量分布,并计算出组合均匀性系数。结果表明,实际射流出射角略大于喷盘流道出射角。当流道出射角由-45°增至15°时,射程增大2m,单流道径向点喷灌强度最大值降低59%,径向湿润范围增加91.94%,垂直于径向的水量分布更均匀,且单喷头喷灌强度峰值减小,组合喷灌强度最大值下降;但流道出射角继续增至45°,各水量分布反而不均。流道出射角为15°喷头的单流道水量分布、单喷头水量分布和组合喷头水量分布较好。组合均匀性系数随流道出射角的增加呈先增大后减小的变化趋势。     

基于样本流量偏差率的微灌灌水均匀度评价方法

为了探索一种简便有效评价大田微灌系统灌水均匀度的新方法,定义了样本流量偏差率.基于灌水器流量服从正态分布的假设,建立了样本流量偏差率与现有灌水均匀度评价指标之间的关系,推导了抽样误差的计算公式,提出了合理的样本容量和样本分组数.建立了基于样本流量偏差率的灌水均匀度评价标准,最终提出了基于样本流量偏差率评价大田微灌灌水均匀度的新方法.案例应用表明:相比图解法,新方法根据数值计算结果评价灌水均匀度,可避免人为画线误差,提高评价结果的可靠度;相比传统数值法,新方法计算量少,可作为快速评价大田微灌系统灌水均匀度的有效方法.     

水肥一体机肥液电导率远程模糊PID控制策略

为检测水肥一体机肥液电导率(EC),并将其控制在合理范围内,基于物联网技术,设计了远程水肥灌溉控制系统,将自整定模糊PID控制算法引入远程开发者服务终端中,通过模糊PID控制算法调控本地端变频注肥泵的频率进而精准控制EC,并对本地端PID和远程端模糊PID控制算法进行了对比试验验证。结果表明:目标EC越大,稳态EC越精确,但稳态时间和超调量均增大;与传统本地端PID控制相比,该系统响应速度快、EC波动幅度小、稳定,当目标EC为2.5 mS/cm时,稳态时间和超调量分别达到120 s和20.8%,混肥时间和实测EC均能满足水肥控制实际需求。该研究实现了EC的远程模糊PID控制,以及灌溉施肥系统的计算机、手机微信多终端灌溉数据监测和开关量控制。     

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。     

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。     

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％。     

动态水压下迷宫流道水流运动特性研究

采用粒子跟踪测速(PTV)技术,通过观测动态水压及恒定水压下迷宫流道内示踪粒子的运动规律,分析动态水压下迷宫流道内水流的运动特性,揭示动态水压滴灌抗堵机理。结果表明:相对于恒定水压,动态水压下流道内流量未出现明显下降,动态水压对滴灌系统的供水能力影响较小;动态水压下流道主流区水流流速始终保持大幅度上下波动,水流紊动更加强烈,大量粒子可以快速经主流区通过流道,粒子在流道内停留时间大大缩短;滞止区水流流速仍较低,但紊动强烈,进入滞止区的粒子随水流不断运动,不易发生沉积,部分粒子在水流紊动作用下能够迅速重返主流区,并最终通过流道,粒子在流道内沉积的概率明显降低。采用动态水压可以有效提高流道抗堵能力。     

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。     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥性能试验研究

为满足灌溉施肥和多营养调配的需求,设计了一款简易型3通道施肥机。通过试验的方法,研究不同灌溉主管进口压力、流量和吸肥通道开启个数对吸肥量的影响规律,以及施肥水泵的水力规律。结果表明:主管进口压力、吸肥通道开启个数对吸肥量有影响,主管进口流量对吸肥量无影响。3个吸肥通道全部开启时,随主管进口压力的增大,总吸肥量逐渐减小;开启1个或2个吸肥通道时,总吸肥量在一定压力范围内基本保持不变,随后逐渐减小。建立了总吸肥量与主管进口压力、吸肥通道开启个数的回归模型,可用于吸肥量估算。水泵效率随主管进口压力的增大而增大,当3个吸肥通道全部开启时施肥水泵效率最高。所揭示的施肥机的吸肥规律及施肥水泵的水力规律,可为施肥水泵的选型设计提供参考。