加压滴灌系统灌水时间及轮灌组优化模型研究

【目的】探究加压滴灌系统灌水时间及轮灌组优化模型。【方法】通过水力解析的方法,分析轮灌制度参数与管网主要水力性能参数的关系,提出了灌水量偏差最小为目标的数学模型,考虑了灌水时间及轮灌周期约束、滴头压力约束以及轮灌组流量等约束,采用遗传算法求解模型。【结果】在同一工程案例中,与W1方案相比,W2、W3方案滴灌系统完成1次灌水过程灌水量偏差率分别降低27%、37%,缩短滴灌系统1次灌水延续时间约15、20 h,节约用电能耗15%、20%,提高水资源利用效率约14%、19%,减少作物生育期所水费80、111元/hm^(2),电费72~86、100~120元/hm^(2)。【结论】基于传统滴灌工程设计采用加压滴灌系统灌水时间及轮灌组优化模型,可降低滴灌系统灌水量偏差率,缩短滴灌系统1次灌水延续时间,减少作物生育期水费和电费。

三角形断面无壁排水暗管在非饱和土壤中减缓绕流作用的试验研究

为研究三角形断面无壁排水暗管在非饱和土壤中减缓水分绕流的作用,在室内土槽中对该暗管(标注为T1)进行了排水试验,以圆形断面无壁暗管(标注为CK)作为对照,并利用MATLAB对2种暗管周围的水分绕流过程进行了模拟。试验结果显示,T1暗管底部的土壤含水率小于CK的土壤含水率,但是T1底部的土壤含盐率大于CK的土壤含盐率,表明T1对土壤水分绕流现象的抑制作用好于CK的作用;T1的出水时间比CK的出水时间提早3.89 h,两种处理的排水及排盐量之间没有显著性差异(p>0.05)。模拟结果揭示了非饱和土壤中暗管排水的特征,从理论上证眀了T1下方的含水率低于CK的值,T1对绕流的抑制作用更好。研究结果显示,在非饱和土壤中三角形断面无壁排水暗管比圆形断面暗管能够更有效地抑制土壤水分绕流,有利于提高排水效率。

非饱和土壤中大孔隙流的影响因素研究

【目的】分析非饱和土壤中大孔隙流现象的影响因素及影响特点。【方法】在装有粉砂壤土的土槽中人工造出直径4 mm的通地表和不通地表的孔隙进行滴灌试验,设置3种灌水量:50、60、70 L;3种孔隙长度:50、60、70 cm;3种土壤初始含水率:5.7%、9.9%、13.3%。通过测定孔隙不同长度处的孔壁土壤含水率及相应长度处基质流区的含水率,并计算其相应的基质吸力,分析孔隙中出现大孔隙流的概率。【结果】土壤中出现大孔隙流的现象具有一定的随机性,孔隙上部(0~30 cm)出现大孔隙流的概率在2.08%~7.14%之间,下部(40~70 cm)出现大孔隙流的概率在14.58%~19.05%之间,上部出现大孔隙流的概率小于下部出现大孔隙流的概率;通地表孔隙出现大孔隙流的概率(13.04%)小于不通地表孔隙出现大孔隙流的概率(27.54%);3种影响因素对出现大孔隙流的影响程度为:孔隙长度最大,初始含水率次之,灌水量最小。【结论】非饱和土壤中,孔隙长度对出现大孔隙流的概率影响较大;大孔隙流现象通常出现在孔隙的下半部分。

暗管断面结构对非饱和土壤中暗管排水排盐效果的影响

【目的】研究不同断面结构的暗管在非饱和土壤中的排水排盐效果。【方法】选用了4种断面结构的暗管在室内进行土柱滴灌排水试验;其中,T1为底部不透水的圆形暗管,T2为底部不透水的等边三角形暗管,T3为底部带不透水翼的圆形暗管,T4为底部带不透水翼的等边三角形暗管;各暗管均由金属丝网构成,外裹无聚酯长丝针刺无纺土工布作滤层。供试土壤为砂土,每个土柱灌水7 L,每个处理设置5个重复。利用MATLAB平台对4种暗管周围的非饱和土壤水分运动进行了模拟。【结果】T2处理的拦截面宽度大于T1处理,其对水分的吸持能力是T1处理的2倍;且对土壤水分绕流现象的抑制作用比T1处理的性能略好。T2处理的暗管出水时间比T1处理的提早7.45h;对暗管增加底翼后,可增强其抑制土壤水绕流的能力,提高其排水排盐效果;其中,T3、T4处理的暗管底部50cm处的土壤含水率分别为17.02%±0.37%和16.62%±0.77%,均小于T1、T2处理同位置处的土壤含水率;T3、T4处理的排水量分别比T1、T2处理的值增加119.8 mL和119.7 mL,排盐量增加16.76 g和18.83 g;T3、T4处理的暗管出水时间分别比T1、T2处理的出水时间提前9.79 h和3.47 h。通过数值模拟进一步验证了T2处理可以抑制绕流;暗管增加底翼后,可进一步提高其抑制绕流的能力。【结论】在非饱和土壤中,三角形断面暗管抑制土壤含水率绕流的作用好于圆形断面暗管的同类能力;暗管增加底翼后,可以进一步提高其对绕流现象的抑制作用,提高其排水排盐能力。

准噶尔盆地荒漠-绿洲过渡带梭梭单株水分生长函数

为了探究准噶尔盆地荒漠-绿洲过渡带梭梭的水分生长规律、确定梭梭的生长耗水下限,在野外对6种土壤水分环境下的梭梭耗水和枝条生长过程进行了为期2年的定点观测和研究。结果表明:1)6、7月份的降水量对梭梭的耗水量和枝条的生长状况有显著影响。梭梭在不同降水年份的6、7月份日均耗水量的变化幅度大于0.07mm/d,枝条生长速度的变化幅度大于0.03cm/d;而在5月份和8月份日均耗水量的变化幅度低于0.06mm/d,枝条生长速度的变化幅度低于0.02cm/d。2)在选取的5种数学模型中,Hossfeld模型拟合效果较好,模型结构稳定,可以反映出梭梭在水分胁迫条件下的生长规律。3)荒漠-绿洲过渡带的梭梭在非水分胁迫下生长时,其耗水量下限为97.65mm,而保证梭梭生存的最低耗水量为59.80±1.37mm。研究结果可为确定准噶尔盆地荒漠-绿洲过渡带梭梭林的生态需水量提供参考和理论依据。