点源滴灌滴头流量设计模式的试验研究

以室内试验为基础,测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的点源人渗运动过程,通过对点源人渗特性的单因子分析表明,湿润锋水平、垂直扩散距离不仅与滴头流量、灌水量关系密切,与土壤特性(土壤容重、初始含水率)也存在良好的幂函数关系,得出了以土壤物理参数和湿润比及湿润深度为基础的点源滴灌滴头流量的设计模式。     

不同土壤质地的滴灌点源入渗规律研究

以试验为基础,测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的点源入渗运动过程,研究滴灌点源入渗土壤水分分布与运移规律。研究表明点源湿润锋的水平、垂直距离与入渗时间之间符合良好的幂函数关系,湿润锋水平、垂直运移速率与入渗时间均满足良好的幂函数关系,土壤含水率与湿润锋水平、垂直运移距离之间具有良好的线性函数关系,该研究结果对滴灌系统的科学设计和合理运用起到指导作用。     

滴头间距对线源滴灌土壤湿润均匀度的影响

通过室内试验研究了滴头间距对线源滴灌土壤湿润均匀度的影响。试验中滴头间距设为10、30、40、50和70cm5个处理,滴头流量和滴水量恒定,分别观测分析了滴头连线方向的土壤湿润均匀度、垂直该连线方向的湿润均匀度、交汇区的湿润均匀度以及地表湿润带的均匀度。结果表明:在试验范围内壤土沿滴头连线方向、垂直滴头连线方向以及交汇区的湿润均匀度均不受滴头间距的影响;滴头间距大于30cm时,沙土沿滴头连线方向的湿润均匀度减小,而垂直滴头连线方向和交汇区的湿润均匀度基本不随滴头间距而变化,但其交汇区土壤含水量却随滴头间距增大而明显降低;滴头连线方向的土壤湿润均匀度是评价线源滴灌质量的最主要指标。以上结果可以为滴头间距和滴灌带间距设计提供参考。     

地面滴灌龙脑香樟人工林的土壤水分运动规律

【目的】研究在滴头流量恒定、不同滴灌时长下香樟人工林地黄红壤中水分的运动规律。【方法】以浙江余杭地面滴灌方式栽培的1年生龙脑香樟(Cinnamonmum camphora)人工林为对象,通过开挖土壤剖面,布设土壤湿度传感器,测定不同滴灌时长和停灌后土壤湿润锋的运移、土壤体积含水量的变化,以及最终形成的土壤湿润体的形态。【结果】(1)持续滴灌1~6 h,土壤湿润锋在垂直方向和水平方向上的转移速率均与入渗时间有极显著的幂函数关系,R~2值均在0.97以上,各滴灌时长的湿润锋最终水平运移距离最大值均在地表;(2)不同滴灌时长条件下,停灌后土壤湿润锋在垂直方向和水平方向上继续运移1~2 h,土壤湿润体的形状近似从1个平卧的圆锥体向直立的半椭球体转变;(3)持续滴灌6 h过程中,20和40 cm土层各测点土壤体积含水量都呈现先急速后缓慢增长到趋于平稳的变化规律,分别滴灌1.5、3.0、6.0 h可使20 cm土层的点源正下方、距点源水平20 cm和30cm的含水量达到田间持水量水平以上;分别滴灌2.0和4.0 h可使40 cm土层点源正下方、距点源水平20 cm的含水量达到田间持水量水平以上;停灌后48 h内各测点含水量均保持在田间持水量的70%以上。【结论】对于龙脑香樟人工林的栽培,地面滴灌的合理设计是滴头流量应为2 L/h,滴头间距应为40 cm;容器苗造林应在生根期每次滴灌2~3 h,高生长期每次滴灌4~5 h;灌溉应适时适量,以保证林分生长需要。     

滴灌条件下土壤水分运移模型的辨识与优化

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。基于滴灌条件下土壤水分运移的观测数据,建立滴头流量与水分运移距离的传递函数模型。利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分运移模型的动态变化,验证了传递函数模型在不同流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与运移距离的传递函数模型,为实现作物根系所需水分运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小了水资源的浪费创造了条件。     

滴灌土壤水分水平运移模型的辨识

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。依据滴灌条件下土壤水分水平运移的观测数据,建立滴头流量与水分水平运移距离的传递函数模型,利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分水平运移模型的动态变化,验证了传递函数模型在不同流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与水平运移距离的传递函数模型,为实现作物根系所需水分水平运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小了水资源的浪费创造了条件。     

三峡库区典型城郊防护林土壤饱和导水率特征研究

【目的】分析三峡库区土壤剖面饱和导水率的变化特征,了解土壤水分在不同土壤深度的运动规律,为改善防护林造林模式提供科学参考。【方法】选取位于三峡库区尾端的针叶纯林、针叶混交林、阔叶混交林、针阔混交林等典型人工林及荒地,采用恒定水头法测定土壤饱和导水率(K_s),探讨库区典型人工林土壤饱和导水率的特征及其与影响因子之间的关系。【结果】土壤饱和导水率随土层加深呈现出负指数形式的递减规律,各林分土壤饱和导水率由高到低为:针阔混交林>阔叶混交林>针叶混交林>针叶纯林>荒地。土壤有机质含量与土壤饱和导水率呈二次曲线关系,随着土壤有机质含量的增加,平均饱和导水率逐渐增加,但增加速率逐渐降低,当土壤有机质含量达到最大值(18.596 g/kg)以后其增加速率趋于平缓。土壤密度和孔隙度是影响土壤饱和导水率的最主要因素,机械组成为次要因素,其他物理因子的相关性较小。【结论】各土壤理化因子对土壤饱和导水率的影响作用不同,土壤饱和导水率越大,对延缓地表径流的作用越强。在防护林建设过程中适合营造针阔复合型防护林,有利于保持水土、防风固沙、改善环境和维持生态平衡。     

地下滴灌条件下土壤水盐运移特点的试验研究

为探讨新疆盐碱土地下滴灌条件下土壤水盐运移的特点,进行了一定供水条件下地下滴灌入渗实验,并观测了大田地下滴灌条件下土壤水分和盐分数据,结果表明地下滴灌条件下土壤水盐运移的特点是：滴头附近含水量最高,并向周围湿润锋处逐渐降低,对于均质中壤土,则均匀降低,湿润体近似圆柱,垂直方向土壤含水量和含盐量的分布图类似抛物线,而含盐量的分布则是在滴头附近最低,向周围湿润锋处逐渐升高,即含水量和含盐量的分布范围基本相同,含量高低相反。     

初始含水率对垂直一维入渗Philip模型参数的影响

以非饱和土壤水分运动理论为基础,研究垂直一维入渗土壤水分运动的数学模型,对不同初始含水率条件下多种典型土壤垂直一维入渗特性进行模拟,结果表明:土壤累积入渗量变化过程符合Philip模型,提出了包括初始含水率、饱和含水率和饱和导水率的Philip模型参数的确定方法.利用已有文献资料对所建模型进行验证,结果表明:所建模型能较简单地确定吸渗率和稳渗率,可以较准确地反映土壤水分垂直一维入渗特点.     

基于AHFO方法的Green-Ampt模型K_0取值试验研究

利用Van Genuchten经验函数拟合土水特征曲线,可获取反应土壤物理特性的参数m和n,求得体积含水率θ下的非饱和导水率K_θ,再利用K_θ代替饱和导水率K_0,可获得Green-Apmt的修正模型.过去受测试手段的限制,这类修正方法还未经过试验精确验证;传统的点式测量手段可通过数个点的体积含水率数据推测整个土壤的体积含水率剖面和湿润锋的位置,引起的误差常常比较大.利用分布式的主动加热型的体积含水率光纤测试方法(actively heated fiber optic method,AHFO),定位精度可达2.5cm;设计了模型桶中砂土垂直向上入渗的渗流试验,测试了试验过程中土壤体积含水率剖面,并采用AHFO技术实时定位湿润锋的位置,大大提高了湿润锋定位准确性.基于实测的体积含水率剖面及湿润锋位置,对K_0修正前后Green-Apmt模型的准确性进行了测试.结果表明:(1)非饱和土的渗透系数K_θ远小于饱和土的渗透系数K_0,其大小可依据土壤特征曲线和AHFO法测得的土壤体积含水率确定,本次试验修正系数约为0.1;(2)湿润锋垂向运移距离与时间符合修改K_0后的Green-Apmt模型;(3)AHFO法具有连续性和精确性的优点,可以作为评价土壤湿润过程的有效测试手段.     

缙云山常绿阔叶林土壤大孔隙与入渗性能关系初探

研究了缙云山常绿阔叶林下土壤饱和导水率和土壤大孔隙的关系. 结果表明: 饱和导水率具有较大的空间变异性, 变异系数达67%; 其大小不仅取决于总孔隙度, 更主要取决于能导水的大孔隙的数量和大小. 饱和导水率的变化对大孔隙变化具有高度依赖性, 且与半径大于0 1 cm的大孔隙体积有较好的相关性.     

饱和导水率异质性对黄土高原浅层滑坡的影响

黄土高原的大规模退耕还林极大改变了浅层土壤物理性质，在减水减蚀的同时，也影响了山坡-河谷坡体稳定性的水文过程。为阐明黄土高原植被恢复背景下土壤饱和导水率纵向异质性对降雨诱发型浅层滑坡的影响，该文采用耦合综合水文模型(integrated hydrology model, InHM)和无限边坡稳定分析(infinite slope stability analysis, ISA)模型的方法，探讨黄土高原植被恢复背景下，土壤饱和导水率纵向异质性对降雨引发的浅层滑坡的影响。通过分析不同植被恢复条件下的土壤饱和导水率纵向异质性特征，对黄土高原佘家沟小流域进行基于物理过程的数值模拟。结果表明：草地、灌木覆盖的坡体失稳风险比无植被恢复的坡体更大，且植被恢复期越长，失稳风险越大，水分累积层最先失稳，深度与土壤纵向异质性有关；林地覆盖的坡体因高饱和导水率，表层土壤失稳持续时间较短，稳定性恢复较快，较草地和灌木覆盖的坡体更稳定；由连续暴雨和入渗造成的前期高含水率可显著增大坡体失稳的风险，而林地会放大这种影响，增加入渗深度并增大下一次降雨引发滑坡的风险；饱和导水率层间纵向异质性越大，越有利于层间水分积累，...     

滴灌设备的主要形式及使用条件

滴灌技术是当今世界上节水效果最好的灌溉技术。其主要特点是以低压小流量出流灌溉，实现局部灌溉，利用低压管道系统。使滴灌水成点滴地、缓慢地、均匀而又定量地浸润作物根系最发达区域，使作物主要根系活动区的土壤始终保持在合理含水状态。滴灌不同于传统的地面灌溉湿润全面积土壤，是一种有效利用水资源的灌水方式。目前我国普遍使用的滴灌产品主要有管上式滴头和滴灌管(带)。     

沟灌方式下枣树林地土壤水分的运移特征

以盛果期枣树为研究对象,利用EM50土壤温湿度测定仪监测沟灌条件下林地土壤水分的变化,分析60m3/亩、100m3/庙、140m3/庙灌溉量下土壤水分运移规律,确定土壤水分的入渗速率、土壤湿润区间、灌溉周期,为枣树的精准灌溉提供科学依据.结果表明:(1)在60m3/庙、100m3/亩、140m3/亩灌水量下土壤水分下渗的湿润区间分别为-100cm、-120cm和-160cm;水平侧渗的湿润区间分别为80cm、1 00em和140cm.(2)灌溉过程中林地土壤水分的平均运移速率为24.78cm/min.(3)土壤水分湿润区间和灌水量和灌溉时间三者间存在的线性函数关系式为Y=-0.115X1+0.11 9X2+34.645.(4)灌水量每增加40m3/亩,相应的灌水周期将延长4-6d.     

植株影响下大豆农田土壤水分对降雨的响应模型研究

为了研究植株影响下大豆农田土壤水分含量对降雨的响应模型,在野外开展对比试验与模型模拟研究.实验设计测定裸土、去除地上茎叶、保留地上茎叶条件下土壤水分湿润峰在降雨过程中的迁移和鼓粒期大豆根系形态.结果表明,研究区单次降雨湿润峰主要集中在015cm土层中,下移深度未触及犁底层.在大豆植株截留传导及根系促进入渗影响下,进行土壤水分研究时,需将大豆耕地土壤水分入渗划分为两个区域,即大豆植株影响区域和无影响区域.垄间区域为无影响区域,土壤水分入渗按照裸土考虑,植株周围及株间不同于垄间为植株影响区域,需要考虑植株截留传导及根系促进入渗的影响.在研究区,采用实测植株周围土壤饱和导水率0.028cm·min~(-1)代替裸土土壤饱和导水率0.021cm·min~(-1)作为模型参数,利用Richard模型进行土壤含水量模拟,3次模拟值与实测值RMSE分别为0.99%、0.94%和1.16%,产流时刻误差0.77、1.12和0.82min,模拟精度较高,说明利用实测植株周围土壤饱和导水率代替裸土土壤饱和导水率,Richard模型可以作为研究区植株影响下大豆农田土壤水分对降雨的响应模型.     

温度对点源入渗影响的实验研究

模拟膜下滴灌技术，进行了不同温度下的点源入渗实验，分析温度对土壤湿润体形状，水平湿润半径，垂直湿润深度以及湿润体含水量的影响，结果表明，湿润体近似为半椭球体，随着入渗时间的延长，湿润体不断增大；温度越高，湿润半径和深度越大，而土体平均含水量越小。     

滴灌施肥条件下尿素在土壤中运移转化分布规律

在试验基础上,分析讨论了滴灌施肥条件下尿素在土壤中运移转化分布规律。研究表明滴灌条件下尿素分子在对流--扩散机理作用下其运移分布规律和水分基本保持一致。尿素在土壤中水解转化的速度很快,三天时间几乎全部转化。尿素转化速度与灌水量在一定范围内呈正相关。滴灌条件下,尿素分子也存在被土壤胶体吸附的现象。     

棉花膜下滴灌湿润峰的试验研究

以试验为基础,对重壤土、中壤土和沙土的湿润峰与滴头流量间的关系,以及湿润峰的演变规律进行了研究,得出了适用于不同土壤的滴头流量和滴头间距。另外,验证了“一膜一管”布置形式的可行性,提出了该条件下棉花栽培方式的改进要求。试验结论与生产实际吻合很好。     

不同节水灌溉方式对冬小麦生长影响的研究

试验分别采用滴灌、喷灌、畦灌三种灌溉方式,通过收集冬小麦生育期土壤含水率、生长指标、产量数据,对比分析不同灌溉方式对冬小麦生长的影响。三种灌溉方式下,滴灌以较低的灌水量却得到了最高的产量,根据数据分析可知,滴灌的灌溉制度和灌水方式更有助于形成冬小麦各生育期生长所需的适宜土壤含水率,提供了良好的生长环境。因此,在三种灌溉方式都条件允许的情况下,建议优选滴灌。     

微咸地下水浅埋条件下滴灌频率对土壤盐分运移过程的影响

为了探讨微咸地下水影响下滴灌频率对土壤盐分动态过程的影响,在土柱内进行同一地下水埋深条件下的滴灌入渗试验。试验中供试地下水矿化度为3 g/L;滴灌频率设3个处理,相应的单次滴水量分别为0.5、1和2 L,滴水间隔分别为2、4和8 d;各处理的滴水总量均为2 L;以无地下水条件作为对照。试验结果表明:地下水对土壤水的补充存在两种形式,一种是地下水上升毛管水直接进入下层土壤,使土壤接近饱和状态,另一种是在地表蒸发拉动作用下,地下水上升到地表,形成稳定蒸发,并使含水率平均增加18.76个百分点,其中,滴灌频率越低(单次滴水量大),土壤出现稳定蒸发的现象越早。整个土层的盐分动态可分为两个运动方向相反的区域,即上层土壤积盐区和下层土壤脱盐区;增大滴灌频率仅能降低表层土壤的积盐程度,不能抑制上层土壤(0-30 cm土层)的积盐现象(平均积盐率为49.58%);但是下层饱和区土壤(30-60 cm土层)因地下水溶解作用使土壤脱盐(平均脱盐率为30.64%)。低频滴灌因其单次灌水量大,存在深层渗漏,能起到淋洗上层土壤盐分的作用。