面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究

设计了一种基于远程无线通信技术的灌区动态调水系统,由安装于各级渠道上的自动计量闸门集群和运行于调度中心的远程调水控制系统组成。利用明渠测流理论和传感测量技术,实现了闸门的计量功能;对称双轮双向卷拉驱动机构和中空蜂窝闸板结构设计,提高了闸门启闭运动的可靠性和闸门运行能效;开发了基于ARM的闸门终端控制器,实现了闸门终端的智能控制和无线远程通讯,多种闸门工作模式可满足不同的应用需求;设计了太阳能供电与电源管理系统,解决了闸门野外工作的供电问题;开发了远程动态调水控制的应用软件包,实现了对闸门的远程监控与联动调水。实验表明,闸门终端环境适应性强,性能稳定,动态水位误差小于5 mm,闸门定位误差小于1 mm,自由流的测流误差小于4.6%,淹没流测流误差小于8.3%,可满足各类自动调水工程应用。     

基于个案研究的农民用水者协会水资源管理绩效评价

农民用水户协会是农村参与式水资源管理的基本形式和主要实施载体。以行政村为研究尺度,构建水资源管理绩效绩效评价指标体系,选择水资源供需矛盾突出的黑河中游末段张掖市高台县西大村(山区)和胜利村(平原区)农民用水户协会为研究对象,进行个案研究,对比分析2000年与2010年水资源管理绩效变化。结果显示:用水者协会在提高农业生产效益和水资源可持续利用方面具有普遍性,山区协会更加注重供水设施建设,平原地区则在水资源供给和日常灌溉管理方面具有显著优势。     

黄土半干旱区枣林深层土壤水分消耗特征

黄土区人工经济林普遍出现利用性土壤干层,制约着植被的恢复与重建。为了准确计算黄土半干旱区密植高产枣林(Ziziphus jujube Mill.)深层土壤(2 m以下)水分消耗量,采用根钻法(洛阳铲)分层获得从地表到细根分布最大深度范围内的土壤含水率。结果表明:枣林深层土壤水分消耗是一个逐渐加深、逐渐向下的过程。2、4、9和12 a生枣林深层土壤水分消耗量分别为0、29.6、149.9和155.7 mm,可再供水量分别为203.7、167.7、35.5和29.7 mm;枣林生长第9年后,2~4 m土层几乎没有可利用的水分,现有降水和滴灌已经不能满足枣树的耗水需求,枣林吸收土壤水分有向深处延伸的趋势。以降水入渗最大深度为上界、细根分布最大深度为下界计算的深层土壤水分消耗量,能更准确地评估林地利用性土壤干层的程度和深度。     

黑土区调亏灌溉条件下大豆耗水规律试验研究

针对黑土区存在的降雨量时空分布不均,水资源短缺,作物水分利用效率较低的实际问题。2013年在黑龙江省北安农垦分局红星农场进行了盆栽试验,研究了调亏灌溉条件下的大豆耗水规律。结果表明大豆各生育阶段耗水量按结荚-鼓粒、开花-结荚、鼓粒-成熟、分枝-开花、出苗-分枝、播种-出苗阶段依次递减;产量、水分利用效率与耗水量之间均呈二次抛物线关系。耗水量为62.5kg/盆时,水分利用效率先出现最大值,耗水量达84.76kg/盆时,产量(52.9g/盆)最高,最高值出现时间较水分利用效率偏后。在试验的基础上,建立了基于Jensen模型的黑土区大豆水分生产函数。研究结果可为黑土区大豆节水灌溉管理提供一定的理论依据。     

基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器研究

茎秆水分与茎流速率是解析植物茎秆内水分传输的2个重要参数。设计了一种基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器。采用有机溶液试剂法与枝条冻融法分别对传感器做了性能测试试验,证实了传感器在相对介电常数16.8~81变化范围内具有很好的线性关系(R2=0.977 2),并从冻融-干湿等价性能看,传感器反应灵敏度满足测量要求。利用枝条脱水法得到了传感器参考标定曲线,决定系数为0.992 2。温室环境下的盆栽苹果树试验证实了该传感器既可无损观测树干细胞昼夜间的充放水过程,还可感测亏水树干内膨压崩溃与恢复过程。     

不同灌水量对饲料玉米耗水特性和生物量的影响

为了研究不同灌水量对饲料玉米耗水特性和生物量的影响,采用卷盘式喷灌的灌水方式,在内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗进行田间试验。结果表明:总体来说随着灌水量的增加,饲料玉米的耗水量、耗水强度、株高、产量和水分生产率都有不同程度的增加;其中灌水定额为60mm的处理分枝期的耗水强度最大为4.31mm/d;在灌水量低于45mm时,增加灌水量对于产量和水分生产率的影响十分明显;而灌水量为60mm处理,相对于45mm处理来说产量和水分生产率增加甚微。从经济、节水、增产考虑,建议饲料玉米苗期可适当增加灌水量,其他生育期可取45mm的灌溉制度。     

长期膜下滴灌棉田土壤水盐分布变化及其对棉花生长影响

以库尔勒市包头湖农场长期膜下滴灌棉田为研究对象,通过连续3年棉田整个生育期土壤水分和盐分含量的测定,对长期膜下滴灌棉田土壤水盐分布变化及其对棉花生长影响进行了研究。结果表明:各年份土壤平均含水率在整个生育期呈降增降的趋势,平均含盐量呈增降增的趋势;20~50cm土层土壤含水率较高,土壤盐分在30~50cm土层聚积;土壤含盐量高于0.51%时产量开始受到抑制,高于1.79%时棉花产量将降低为零。     

耕作方式转变对土壤蓄水保墒影响的RZWQM模型模拟

基于2011—2012年和2013—2014年河南禹州冬小麦长期定位试验,利用传统耕作、免耕和深松处理下土壤水分、地上部生物量和产量对RZWQM(Root zone water quality model)模型进行率定和验证,然后利用率定后的模型模拟传统耕作转变为保护性耕作方式后0~100 cm土层贮水量、耗水量、土壤剖面水分平衡及水分利用效率的动态变化。在模型率定和验证中,土壤分层含水率模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)分别在0.009~0.025 cm3/cm3和0.005~0.054 cm3/cm3范围内变化。模型模拟结果表明RZWQM模型能够较好地模拟耕作方式转变后土壤分层水分的动态变化,4种不同耕作转变模式(传统耕作分别转变为免耕、免耕+秸秆覆盖、深松、深松+秸秆覆盖)下,传统耕作转变为免耕后产量最高,水分利用效率最大,达19.3 kg/(hm2·mm)。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕的蓄水保墒效果最好。     

间接地下滴灌灌溉深度对枣树根系和水分的影响

为探讨间接地下滴灌及导水装置埋深(灌溉深度)对南疆极端干旱区矮化密植红枣根系生长分布特征及产量、水分利用率的影响,试验设间接地下滴灌(ISDI)3个导水装置埋深水平,分别为20、27、35 cm,以地表滴灌(DI)为对照,共4个处理,经过2~4 a的田间试验后,采用环状壕沟分层挖掘法对以枣树树干为中心,半径为1 m的90°扇形区域内0~100 cm土层进行根系取样。结果表明,相对于DI,ISDI下各根系分布较均匀,生长方向基本向下延伸;ISDI显著增加了根径小于5 mm根系根长密度,细根(根径小于2 mm)是DI的3倍,但减少了根径大于5 mm根系根长密度,相对增加了20~40 cm土层根系根长占总根长的比率;垂直方向上随着灌溉深度的增加表层根系根长密度相对减少,深层相对增加;水平方向上各处理根系根长密度基本呈现随着与树干水平距离的增加而减小的趋势,但在0~20 cm土层减小的幅度较大,在20~40 cm土层其减小的幅度较小;随着灌溉技术由DI到ISDI及灌溉深度的增加,细根分布基本呈现出由"宽浅型"向"深根型"发展的趋势。相对DI,ISDI具有较好的节水增产效果,提高产量及灌溉水生产率最大达20%。建议幼龄期南疆密植枣树的导水装置埋深为27~35 cm。研究为极端干旱区枣树适宜灌溉技术的选择及其技术要素的制定提供依据。     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。