U形渠道平板闸门过流能力试验研究

【目的】实现U形渠道闸门测流,设计U形渠道平板闸门并进行试验研究,分析其水力性能,建立流量公式。【方法】流量范围10～50 L/s内,控制闸门开度e,进行U形渠道平板闸门过流能力试验,根据沿程水深、佛汝德数Fr、水头损失等水力参数分析了U形平板闸门孔流与堰流分界点的判定依据及过流能力,建立了不同流态的闸孔出流公式。【结果】U形平板闸门孔堰流判定依据相对开度e/H(H为闸前稳定水头)接近1,Fr沿程分布规律较统一,平均相对水头损失达7%,流量公式误差小于3.5%,不易出现自由出流。【结论】U形平板闸门水头损失较小,水力性能较优,流量公式的测流精度较高,可为灌区U形渠道流量测量提供依据。     

基于RZWQM模型的石羊河流域春小麦灌溉制度优化

为探讨石羊河流域春小麦适宜灌水上限及不同生育期计划湿润层深度,在该地区开展田间试验。利用田间试验资料对RZWQM(root zone water quality model)模型进行率定和验证,并应用模型模拟了灌水上限及不同生育阶段计划湿润层深度对春小麦籽粒产量、灌水量、籽粒灌溉水利用效率及灌水次数的影响。结果表明:不同灌水处理间产量差异较小,但所需灌水量有较大差异,存在节水空间;灌水上限对于灌水量的影响要远远大于对产量的影响,灌水上限的降低会增加灌水次数,从而提高小麦产量;适宜的计划湿润层深度可以保证灌溉水尽可能多的分布于根系吸收范围内,避免浪费,达到节水目的;试验证明,通过调控灌水上限和各生育期计划湿润层深度可以达到节水增产的目的。综合考虑各控制因素对产量、所需灌水量及籽粒灌溉水利用效率的影响,建议该地区春小麦灌溉制度为:灌水上限选择80%田间持水量,苗期计划湿润层深度为30 cm,拔节期计划湿润层深度为60 cm,抽穗期计划湿润层深度为50 cm,灌浆期计划湿润层深度为70 cm。     

滴灌施肥条件下土壤水氮运移数值模拟

为了研究滴灌施肥条件下土壤水、氮的运移分布规律,本文通过室内土柱滴灌水氮入渗试验,研究了滴灌结束时及再分布过程中土壤水、氮的运移变化规律;同时用HYDRUS软件建立了土柱滴灌水氮入渗的几何模型,用来模拟滴灌土壤水氮运移过程。对试验及模拟中12个观测点测得的土壤含水率、土壤铵态氮、硝态氮质量浓度进行对比分析,结果表明：土壤含水率模拟值与实测值的相对误差变化在10%以内;土壤铵态氮、硝态氮质量浓度的模拟值与实测值变化范围在20%以内。滴灌结束时土体剖面内土壤含水率随距滴头距离的增大而减小,再分布72 h土层25~30 cm土壤含水率增大到0.2 cm³·cm^-3,120 h后土体剖面内土壤含水率较滴灌结束时下降了18%。土壤铵态氮质量浓度主要分布于距滴头20 cm的范围;24 h土壤铵态氮质量浓度最大,且随着时间的推移逐渐减小,到120 h时减少了40%;各观测点24 h至120 h土壤硝态氮质量浓度随着时间的推移逐渐增大,且硝态氮质量浓度在滴头20 cm的范围内由0.442 mg·cm^-3增加到1.2 mg·cm^-3。各观测点24 h土壤硝态氮质量浓度在空间分布上差异不大,其中观测点1,3,6,8,5的土壤硝态氮质量浓度分别为0.437,0.467,0.451,0.482 mg·cm^-3和0.447 mg·cm^-3,差值均小于0.05 mg·cm^-3;48 h后土体剖面内土壤硝态氮质量浓度空间分布随离滴头距离的增加而减小,垂直方向上从距滴头5 cm的观测点1到距滴头25 cm的观测点8减少了53%。依据研究结果,可用数值模型模拟滴灌施肥条件下土壤水氮运移的变化规律。     

梯形渠道分流量及其影响因素初探

【目的】研究梯形主渠分水口水流形态,分析分水口附近水面变化规律以及分水口水头损失,建立矩形支渠分流量公式,为灌区量水技术的精确化提供支持。【方法】对灌区广泛应用的梯形渠道90°分水口进行分流试验研究,采用分流模型试验设置了5种梯形主渠来流量Q₁,每种Q₁下又设置5种分流比,共进行25组试验,通过9个控制断面的水深变化分析其水面线变化,规律以及矩形支渠分流量系数（m）与断面Ⅰ傅汝德数（F_r1）的关系;根据矩形支渠分流量Q₂与主渠水深和傅汝德数的相关性,建立Q₂的计算公式,并对上游傅汝德数和分水口水头损失进行了探讨。【结果】当Q₁为26.40和33.17 L/s时,5种分流比下梯形渠道水深的变化规律基本一致,即水深在分水口附近变化很大,水位在分水口口门处有所下降,接近分水口下唇时略有壅水,最大相对壅水高度为上游水深的0.18倍。在同一Q₁下,F_r1与m之间呈较为明显的负相关关系。随着分流比的增大,相对水头损失减小,最大相对水头损失为26%;当分流比大于0.6时,相对水头损失保持在较低水平,有利于支渠引水。【结论】最终建立的Q₂与水位关系式的决定系数大于0.9,操作简便。梯形渠道90°分水口的分流比控制在0.6左右时相对水头损失最小,该分流比为利用分水口实现流量一体化测控提供了参考。     

节制闸开度对分水口流速分布的影响

研究节制闸在调节分水口水位和流量时,闸门开度对分水口附近流速和泥沙分布的影响.采用梯形渠道分水口水力特性试验和数值模拟相结合的方法,对不同闸门开度下闸前主渠道沿程水深的变化规律及闸门开度对分水口附近流速的影响进行研究.结果表明:1)主渠道水深模拟值和实测值的决定系数R2、纳什系数NSE和均方根误差RMSE分别为0.89...     

机翼型闸墩量水闸门水力性能试验研究

针对特设量水设施缺少调控功能和传统闸门测流精度低的问题,设计一种以机翼形量水槽作闸墩的新型量水闸门,根据测流原理分析确定试验观测参数,采用水力性能试验的方法,对不同流量Q、不同闸门开度e条件下量水闸门的过流流态变化及流量公式进行研究。结果表明：1）机翼型闸墩量水闸门各流态闸前水流平稳,上游水深和水翅最高点随流量增大而升高,随开度增加而降低;上游水面线的变化随流量增大而变小,随开度增加而变大。2）闸墩的流线体型使得堰孔流的判别阈值（闸门相对开度）发生改变,判别阈值随流量的增大而降低,而后趋于平稳,最低为0.75,高于平底坎平板闸门的判别阈值0.65。3）拟合得到新型量水闸门堰流及闸孔出流的流量公式,与实测流量对比,相对误差小于5%。本研究提出的机翼型闸墩量水闸门既实现测控一体的功能,又保证流量的精准测量,可为灌区量水设施应用及研发提供参考。     

苗期玉米对根区局部供水不同灌水下限的响应

对玉米苗期根系局部供水条件下生长、生理指标对不同灌水下限(占田间持水量60%、65%、70%、75%)的响应进行了研究。结果表明：占田间持水量65%的灌水下限（T₂）处理的株高、茎粗等生长指标明显优于其他处理,与全面灌溉(CK,占田间持水量60%)相比,T₂处理的生物积累总量提高了1.2%,而其他处理的生物积累总量降低;随着灌水下限的不断提高,苗期玉米叶片组织中脯氨酸、可溶性糖和植物组织相对含水量等生理指标不断降低,占田间持水量65%的灌水下限（T₂）处理的脯氨酸和可溶性糖的含量与CK处理结果相近,差异不显著。     

不同湿润比下滴灌土壤入渗特性模拟试验研究

为了研究滴头流量和设计湿润比对土壤水分运移规律及湿润体特性的影响,前期利用粘壤土进行试验研究,然后依据非饱和土壤水动力学理论和滴灌条件下土壤水分运移特征,建立了土壤水分运动模型,利用HYDRUS-3D对不同湿润比下滴灌土壤入渗模型进行求解。通过所建模型,对11个观测点的模拟结果与实测结果进行了对比,得出灌水结束时各观测点模拟与实测含水率的相对误差均小于10%,实测与模拟湿润比的相对误差为4.75%~11.78%。利用所建模型对不同情景下湿润体运移规律进行了模拟,获得了湿润体特征变化规律:滴头流量主要影响水平湿润锋的运移距离,而设计湿润比对垂直湿润锋运移距离的影响较大;滴头流量相同时,设计湿润比越大,湿润体内平均含水率越大,高含水区(含水率0.410 cm~3·cm~(-3))半径也越大;设计湿润比相同时,湿润体内含水率高于0.410 cm~3·cm~(-3)的湿润半径随流量增大而增大。     

小麦植株遮挡对微喷灌均匀度的影响

针对小麦等密植作物不同生育期株高和冠层覆盖度对微喷带灌溉均匀度产生影响的问题,采用试验方法,根据小麦生长规律设计不同的株高和种植密度,研究植株遮挡对于微喷带灌溉均匀度的影响。结果表明:1)使用微喷带进行田间灌溉时,其灌溉均匀度的影响因素包括微喷带水力性能影响和作物生长状况影响2部分;2)微喷带的水力性能是保证小麦微喷带灌溉均匀度的基础;3)作物生长状况对微喷带灌溉均匀度影响显著,在田间灌溉中可根据作物生长阶段的密度及覆盖度,调整微喷带的运行压力,提高灌溉均匀度。     

花后高温干旱胁迫下氮素对冬小麦氮积累与代谢酶、蛋白质含量及水氮利用效率的影响

【目的】 本研究基于气候室模拟温度日变化特征,旨在探讨氮素对高温、干旱及复合胁迫下冬小麦地上干物质重、氮积累与分配、氮代谢相关酶活性、蛋白质含量、产量及水氮利用效率的影响。【方法】 基于人工气候室开展冬小麦盆栽试验,以小偃22号为试验材料,采用裂-裂区随机完全区组设计,以2个温度处理（高温：H;适宜温度：S）为主区,以2个水分水平（干旱：D;充分供水：F）为裂区,3个施氮水平（低氮：N₁;中氮：N₂;高氮：N₃）为裂-裂区,研究冬小麦生长生理特性、产量及水氮利用效率对高温干旱胁迫及各施氮量的响应特征。【结果】 高温、干旱及复合胁迫导致地上总干物质重（ADW）和氮积累量（ANA）降低。在成熟期,高温干旱复合胁迫（HD）和干旱胁迫（SD）下N₃处理ANA分别较N₁处理增加7.26%和6.82%。高温、干旱及复合胁迫提高小麦花前氮素对籽粒贡献率（NRR）,HD胁迫各施氮处理NRR均值较对照（SF）增加达38.21%,施氮量的增加扩大这种增加效应。高温、干旱及复合胁迫导致成熟期穗氮分配率降低,特别是复合胁迫。暴露于高温、干旱及复合胁迫下籽粒蛋白质产量（PY）降低,干旱胁迫（7.37%）各施氮处理PY均值较高温胁迫（3.94%）降低更多,无论单一或复合胁迫下籽粒PY均在N₂处理下显著增加。此外,单一的干旱和高温胁迫下降低的谷氨酰胺合成酶（GS）和硝酸还原酶（NR）活性在N₂处理下显著增加,复合胁迫N₁处理NR和GS活性分别较N₃处理提高23.81%和23.07%。与对照相比,干旱胁迫各施氮处理穗粒数、千粒重和产量均值的降幅均高于高温胁迫,N₂处理对高温和干旱胁迫下这些参数存在明显正向调控,产量水分利用效率（WUE_g）和生物量水分利用效率（WUE_b）在N₂处理下得到明显改善。充分供水+N₂处理籽粒（NUE_g）分别较低干旱和复合胁迫N₃处理提高19.09%和19.44%,表明在水分充足条件下中氮能有效地缓解干旱和高温胁迫下籽粒氮利用效率的降低。NUE_g和NUE_b的提高可能归因于合理氮肥调控下增加的GS和NR活性。主成分分析表明胁迫条件下小麦千粒重和ADW与产量的关系更紧密。【结论】 高温和干旱胁迫的综合效应比单一胁迫对小麦危害更大。在单一高温和干旱胁迫下,适量增加氮输入能增加氮代谢酶活性并维持更高氮代谢能力,提高籽粒氮积累量及蛋白质产量,将更有利于提高产量及水氮利用效率。然而在花后遭遇高温干旱复合胁迫时,相比低施氮量,增加施氮对小麦产量形成及水氮的吸收利用均产生一定抑制作用,应适当减少氮肥用量。