滴灌灌水器特征参数对砂土湿润进程的影响

明确灌水器特征参数和土壤粒径组成对湿润进程的影响是进行滴灌系统设计的基础与前提.提出了使用单位湿润体的灌水强度(AQTV)量化土壤湿润进程,探究了灌水器流量(1,3,6 L/h)、灌水量(5,10,20 L)和覆膜对不同粒径组成砂质土壤(北京大兴DX、内蒙古乌盟WM、新疆伽师JS、内蒙赤峰CF)AQTV的影响.结果表明:不同粒径组成砂壤土的AQTV均随灌水器流量增大呈上升的变化规律,并且与粒径组成中(0.100,0.250]mm的土壤颗粒占比呈显著性负相关关系(P<0.05);随着灌水量增加,4种砂壤土中AQTV均呈逐渐下降趋势.当灌水量为5 L以及10和20 L时,AQTV分别与≤0.002 mm的黏粒以及(0.500,1.000]mm的砂粒组分占比呈显著正相关关系.覆膜滴灌提升了处理DX,WM和CF的AQTV,这可能是由于3种砂壤土大粒径砂粒或黏粒相对较高的原因.此外,随着灌水器间距增加,土壤水分交汇区域与含水量减小,土壤水分在水平和竖直湿润距离减小.

不同工况下砂石过滤器对黄河水和再生水过滤性能影响

为了了解不同水源条件下砂石过滤器的过滤性能,选取黄河水及再生水2种典型滴灌水源,测试了3种粒径石英砂滤料,5种滤速条件下砂石过滤器颗粒物去除率和水头损失,重点对比了2种水源下砂石过滤器过滤性能的差异.研究发现:砂石过滤器对再生水的浊度去除效果优于黄河水,浊度去除率提高5.95%~65.30%.在黄河水条件下,砂石过滤器水头损失大于再生水,水头损失增加了34.90%~68.40%;随着运行时间的增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率缓慢上升,而对黄河水的浊度去除率呈先升后降趋势;随过滤流速增加,砂石过滤器对再生水的浊度去除率呈先增后减趋势,而对黄河水的浊度去除率随流速增加并未有明显变化;黄河水条件下砂石过滤器的过滤参数建议选择粒径1.00~1.70 mm,过滤流速0.012 m/s,再生水建议选择粒径1.70~2.35 mm,过滤流速0.015 m/s.结果为不同水质条件下过滤器的选择提供一定参考.

水流近壁面水力剪切力对滴灌系统碳酸钙污垢的影响

针对目前水动力学条件对滴灌系统碳酸钙污垢形成的影响及适宜的污垢控制阈值尚不明确的问题,该研究对不同近壁面水力剪切力(0~0.70 Pa)下的滴灌系统附着碳酸钙污垢总量、晶相组成及表观形貌进行了分析。结果表明:不同剪切力显著(P<0.05)影响了碳酸钙污垢的形成,随着剪切力的增大碳酸钙污垢的总量呈现先增高后降低的趋势,最大碳酸钙污垢形成量的剪切力为(0.42±0.02)Pa。剪切力较低(0~0.42 Pa)时,随着剪切力的增大碳酸钙晶体的尺寸逐渐变大,Ca^(2+)和CO_(3)^(2-)的碰撞几率增加且晶体成核效率提高,使得碳酸钙污垢总量呈现增加趋势;剪切力较高(0.42~0.70 Pa)时,随着剪切力的增大碳酸钙晶体大小逐渐减小,且晶体由于高剪切力的作用发生破碎和脱落,使得碳酸钙污垢总量呈现下降趋势。建议灌水器流道近壁面水力剪切力控制在0~0.24 Pa和0.65~0.70 Pa,以减少碳酸钙污垢的形成。该研究结果可为高抗堵塞灌水器的研发以及劣质水滴灌技术的应用和推广提供支撑。

斜管布置形式对沉沙池沉积黄河泥沙的影响

【目的】探究斜管在沉沙池内的最优布置形式,提升黄河泥沙去除效果。【方法】针对重力式斜管沉沙池,设置了单层(Fs)、双层(Fv1、Fv2)3种斜管布置形式,应用黄河上游段(Su)、中游段(Sm)、下游段(Sd)3种典型粒径泥沙的配水,在2种运行流量(Qq、Qs)下开展原型沉沙试验,对比分析3种斜管布置形式对不同黄河泥沙的沉降效果。【结果】大颗粒泥沙进入斜管前已发生沉降,斜管主要对细颗粒泥沙(d<75μm)进行沉降,其有效控制出口泥沙量为0.342~1.354 kg/m^(3),有效控制出口砂粒量为0~0.018 kg/m^(3);不同斜管布置形式下,出口泥沙及相关砂粒、粉粒、黏粒量均以Fv2斜管布置形式最低,Fv1、Fs斜管布置形式依次次之;其中Fv2斜管布置形式有效控制出口泥沙量为0.342~0.991 kg/m^(3),较Fv1、Fs斜管布置形式分别减少了10.01%~20.95%、26.82%~38.83%;不同黄河水出口泥沙及相关砂粒量、粉粒量、黏粒量均以Su黄河水最低,Sm、Sd黄河水依次次之。【结论】3种斜管布置形式不同黄河泥沙处理能力存在明显差异(P<0.05),表现为V形斜管布置形式优于常规斜管布置形式,并且以倾角60°、45°的Fv2斜管布置形式最佳。

分形流道设计及几何参数对滴头水力性能的影响

在迷宫流道设计中引入分形理论,借助分形理论描述复杂现象的能力来构造不同复杂程度的分形体,利用分形曲线构造比欧氏几何更为复杂的流道边界。试验结果表明分形流道较迷宫式流道更能降低滴头的流态指数。采用通径分析结果表明,流道横断面面积、流道长度是影响滴头流量系数的主要因素,而其他因素影响较小;利用支持矢量机(Support vector machine,SVM)回归分析建立的流量系数与流道面积、长度的关系模型达极显著相关水平。分形流道的流态指数与流道几何参数变化不敏感,真正实现了全紊流滴头的设计,为滴头流道设计提供了一种新的思路与方法。

滴头锯齿型迷宫流道消能特性的流体动力学分析

在对所选取的3种代表性锯齿型迷宫式滴头流道参数进行精确测定的基础上,利用圆管紊流理论和CFD流场模拟软件对锯齿形迷宫流道的消能机理进行了研究。结果表明:光滑圆管紊流理论不足以解释锯齿型迷宫流道的消能机理;压力沿流道长度方向呈线性递减,各消能尖角单元压力损失相等,符合线性叠加规律;摩阻系数随着压力增加而降低,并很快稳定在一定数值上;在中、高压区滴头流道内部流动为紊流,在低压区可能存在从层流到紊流或者光滑紊流到全紊流的流态转捩行为。

保水剂农业应用及其效应研究进展

简要阐述了保水剂的生产、应用概况以及保水剂的类型、性质、和作用机理 ,对保水剂对土壤特性的影响研究进行了综述 。

低碳环保型滴灌技术体系构建与研究现状分析

大力发展滴灌技术已成为缓解我国水资源短缺问题的重要途径之一,但是其迅猛发展的背后带来的一系列问题值得反思。在详细阐述我国滴灌技术应用现状与国家对发展滴灌技术提供的政策支持的基础上,重点反思了新疆滴灌技术应用获得巨大成功背后所带来的环境问题。由此,提出应构建低碳环保型滴灌技术体系,其基本内涵为构建以低能耗、低污染、低排放、高效能、高效益为目标的'三低、两高'低碳环保型滴灌技术。在此基础上详细阐述了实现'降耗'、'减污'、'减排'、'提效'、'增益'的关键技术。最后,提出了低碳环保型滴灌技术未来研究重点及急需解决的关键问题。

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动分析与数值模拟

要想设计出高性能的滴灌灌水器必须对其内部流动机理有一个全面的了解,迷宫式流道狭窄且边界极为复杂,原型试验在技术和经济上都比较困难,常规手段难以满足流场测试要求,基于计算流体动力学理论的数值仿真研究流道内部流体流动问题是一种行之有效的方法。通过对迷宫式流道内部流体流动特性的分析,构建了表征迷宫式流道内部流动的数学物理模型;对所选取的目前中国农业灌溉领域最为典型的三种圆柱型灌水器,借助FLUENT6.1 CFD流场软件分析平台实现了流道内部流速分布、涡量分布、紊流强度分布等流动特性的可视化,为新型灌水器流道研制提供一定理论基础。

滴灌灌水器迷宫式流道内部流体流动特性分析与试验研究

选取目前中国农业灌溉领域中最为典型的六种迷宫式流道滴灌管,利用精密读数显微镜与AutoCAD技术相结合的测量方式测定了流道几何参数,利用自行研制的灌水器水力性能测试平台测量了六种滴灌灌水器在不同压力条件下的自由出流流量,并研究了灌水器流道内部的流动特性。结果表明:低压运行对灌水器的水力性能有一定影响,但不显著;流道断面统计平均流速在0.08～0.90ms之间;迷宫式流道内部流体流动的雷诺数Re为105～930,层流和紊流的流态转捩的临界雷诺数比常规尺度流道的值要小,低于255。

滴灌系统灌水器堵塞机理与控制方法研究进展

滴灌系统灌水器堵塞问题直接影响灌水均匀度、系统运行效益和使用寿命,是滴灌领域的国际难题之一,而地下滴灌系统中负压吸泥作用与根系入侵效应使得灌水器堵塞机理更为复杂。尤其是水资源短缺与水污染并重的现状迫使滴灌水源多元化、滴灌系统由单一灌溉功能逐步向灌溉施肥等多功能转变以及滴灌技术在高附加值的多年生作物上的应用等因素,对灌水器抗堵塞能力提出了更高的要求。本文通过回顾滴灌系统灌水器堵塞问题研究历程,系统总结了灌水器堵塞类型、测试与评价方法以及发生特征与预报方法,通过建立堵塞物质提取与精细测试方法,分别从堵塞物质形成与生长过程、水源中多物质运移过程两个角度,揭示了灌水器堵塞耦合诱发机制与持续增长机理,通过综合控制堵塞物质来源(前控)、提升自身抗堵塞能力(中排)和有效清除堵塞物质(后清)等多角度建立了灌水器堵塞控制方法,最终提出该领域急需进一步研究的问题和方向。本文旨在为解决滴灌系统灌水器堵塞问题及推动滴灌技术规模化应用与推广提供理论支撑。

重力滴灌灌水器水力性能及其流道内流体流动机理

对以色列最典型的3种重力滴灌灌水器的水力性能与内部流动机理进行研究。结果表明经典的流量压力关系模型完全适合于0.5～15.0m水头压力范围;灌水器流道断面统计平均流速在0.07～1.15m/s之间;流道内部流体流动的雷诺数为73～930,临界雷诺数比常规尺度流道的值要小;上下边界层厚度在0.12～0.65mm之间,占流道深度的15%～67%,表现为上下边界层充分发展的复杂流动。

滴灌灌水器流道设计理论研究若干问题的综述

灌水器是滴灌系统最关键的部件之一,其结构与水力性能的优劣对滴灌系统的灌水均匀性、抗堵塞能力以及寿命影响很大。在简要论述国内外滴灌灌水器流道发展现状的基础上,从灌水器流量压力关系、流道内流体流动机理、流道堵塞与防治三个方面详细阐述了灌水器流道设计理论的研究进展,最后提出了滴灌灌水器流道的发展趋势以及国内在灌水器流道设计理论研究中急需解决的问题。

再生水滴灌系统灌水器堵塞的微生物学机理及控制方法研究

滴灌因其精量、可控而被认为是再生水最安全、可靠的灌溉方式,然而再生水中含有大量的颗粒物、营养盐分、有机物、微生物等物质使得灌水器堵塞机理变得更为复杂,堵塞风险也大幅度增加。该文在对灌水器堵塞物质-生物膜结构、组分变化特征进行分析,基于生物膜组分:干物质量(DW)、磷脂脂肪酸(PLFAs)和胞外聚合物(EPS)含量与灌水器堵塞程度之间显著的"S型曲线"关系明确了生物膜形成是诱发灌水器堵塞的根本原因。灌水器堵塞过程中表现为:再生水中微生物首先在滴灌系统毛管内部固定形成生物膜,并不断摄取、消耗水中的底物和营养物进行新陈代谢,分泌大量的胞外多聚物,并依靠胞外多聚物的黏性不断吸附微生物及固体悬浮颗粒物而引起生物膜不断形成、生长与脱落以及堵塞沉积物的不断聚集,而最终导致灌水器堵塞。从流道结构形式与几何参数、水体颗粒物特性、近壁面流动剪切力、灌溉水质以及灌水频率五个方面阐述生物膜的形成机制及影响因素。并分别从灌水器流道结构优化(增强流道自清洗能力,促进生物膜脱落)、抗菌材料开发(抑制微生物附着)、化学加氯、微生物拮抗与生长群体响应、微纳米气杀菌等多个角度出发提出了以生物膜形成为靶向目标的灌水器堵塞控制技术体系。最后从滴灌灌水器内部附生生物膜的水动力学-微生物学耦合作用机制研究、滴灌灌水器堵塞预报的综合模拟模型构建及灌水器设计参数合理阈值确定、协同考虑灌水器堵塞清除效应与土壤质量健康长期可持续发展的堵塞控制模式建立三个方面出发提出了再生水滴灌系统灌水器堵塞控制领域未来急需解决的问题。

圆柱型迷宫式流道滴灌灌水器平面模型试验研究

在流道内的流体流动研究中引入PIV等先进的图像全场测速技术,关键是解决塑料灌水器模型本身的圆柱型以及不透明问题。以AutoCAD技术和读数显微镜相结合的方法测量灌水器迷宫式流道几何参数,探索性地借助不锈钢电火花线切割技术构建了圆柱型灌水器的平面模型,结果表明:平面模型与塑料原型的流态指数非常接近,利用电火花线切割技术可行;流量系数差异较大,应该选择粗糙度合适的平面模型上下表面材料;灌水器流道内部流动可以忽略材料极性引力的影响,流道深度对灌水器出流的影响主要是流量系数,而对于流态指数影响极小。

滴头性能综合测试平台构建及其在水力特性研究中的应用

在对国内外滴头性能测试系统进行深入分析的基础上,构建了面向滴头性能研究的综合测试平台,并利用该系统对目前中国农业灌溉领域最为典型的8种迷宫式流道滴头水力性能进行了研究,结果表明:测试系统完全符合滴头流量-压力测试要求;升压、降压两种工作方式对滴头出流的有一定影响,但未达到显著水平;经典的流量-压力关系模型完全适合于1.5～15.0 m压力区间;从水力学角度来看,8种滴头能够满足微重力滴灌滴头的要求;滴头流量偏差系数在整个压力区间范围内都在一定数值附近,制造偏差是属于滴头本身的特性,并不随滴头进口压力的变化而变化,用流量偏差系数完全可以反映这种特性.

土壤水分与溶质运移机制的分形理论研究进展

土壤中水分和溶质运移一直是土壤-水环境系统中的研究热点,也是目前仍未得到很好解决的问题。将分形理论应用于土壤水分溶质运移机制的研究,探讨其领域中的众多复杂问题,是一种全新的思路和方法。在对土壤结构定量化的分形表征进行简要阐述的基础上,重点介绍了分形理论在水分特征曲线和水力传导度等土壤水分运动基本参数的分形模型、土壤水分运移过程模拟、土壤溶质运移的非费克现象、弥散度的尺度效应以及溶质运移机制研究方面所取得的一系列成果,并就分形理论今后在土壤水分、溶质运移研究中的应用作了展望。

保水剂在农业上的应用技术与效应

基于多途径提高水资源利用效率之目的 ,通过对保水剂的类型、性质和作用机理的论述 ,分析了保水剂在农业生产中应用的途径及其对作物的影响效应 。

再生水补给永定河生态用水的环境影响及保障关键技术研究

水是城市河湖水系生态与环境治理核心和关键,利用再生水补充河湖生态用水已成为缓解城市河湖生态危机问题的有力措施之一。再生水中含有的大量营养盐分、微量有机污染物、固体悬浮微粒和微生物,可能使回用区及临近区域水生态环境面临一定的污染风险。在对国内外将再生水回用于景观生态环境用水的应用现状,以及地表水—包气带—地下含水层系统对再生水中污染物的自净及削减作用进行阐述的基础上,重点对再生水回用于河湖景观生态用水存在的主要问题进行了分析,提出了再生水补给永定河生态用水目前急需解决的技术问题与研究重点,为永定河绿色生态走廊建设规划的顺利实施以及再生水回用于河湖景观用水研究提供参考依据。

强烈侵蚀产沙区小流域土壤侵蚀强度的支持向量机预报模型研究

土壤侵蚀产沙是一个极其复杂的物理过程,其物理机理十分复杂,往往难以用数学方式来描述.该文针对区域土壤侵蚀机理不甚清晰、基础资料收集困难等问题,探索性地在小流域土壤侵蚀预报中引入支持向量机理论与方法,并以皇甫川强烈侵蚀区小流域为例构建小流域土壤侵蚀模数预报的支持向量机预报模型.研究表明,该方法的模拟和预测精度都明显高于最小二乘法;支持向量机预报模型依据多年的反映区域侵蚀产沙演进规律的侵蚀产沙监测资料,建立小流域土壤侵蚀模数的支持向量机预报模型,是对流域侵蚀产沙复杂运行机制的综合体现.