设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响

为探明微孔陶瓷灌水器土壤中入渗流量变化的原因,明确微孔陶瓷灌水器的出流原理,该研究基于土桶模拟试验,研究3种设计流量(0.72、1.87和4.40 L/h)的微孔陶瓷灌水器下2种土壤(黄绵土、塿土)的渗流特性。结果表明,使用不同灌水器灌溉后,短时间内入渗流量均迅速减小,而后缓慢减小趋于稳定。设计流量与土壤质地均影响灌水器的出流。灌水器周围土壤水势的变化是造成入渗流量变化的直接原因,土壤含水率的变化是入渗流量变化的根本原因。在没有淹没出流的情况下,土壤含水率越高,入渗流量越小。设计流量为1.87 L/h灌水器应用于塿土中,当土壤含水率由13%增大至40%时,入渗流量由1.4 L/h下降至0.3 L/h左右。灌水器周围土壤含水率对入渗流量具有反馈调节作用。采用微孔陶瓷灌水器作为灌溉系统的核心部件,在内部水头适宜(微压或零压)的情况下,通过灌水器入渗流量与土壤含水率的耦合作用,可实现土壤水分的自动调控,达到主动灌溉的目的。该文可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。

肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响研究

为了揭示水肥一体化灌溉过程中肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响和机理,研究了肥沙(质量浓度为3%的尿素和浓度为2 g/L的泥沙)和肥水(质量浓度为3%的尿素)对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响,并利用XRD分析灌水器内沉积物的成分。结果表明:以平均相对流量的75%作为堵塞的评判标准,肥沙耦合条件下,在灌溉200 h以后,微孔陶瓷灌水器会发生严重堵塞。肥水灌溉条件下不会发生严重堵塞,泥沙颗粒会在微孔陶瓷灌水器内壁逐渐形成一层泥沙膜,泥沙膜的主要成分为SiO_2、碳酸钙和硅酸钙,在灌溉过程中逐渐沉积在微孔陶瓷灌水器的内壁,并不会进入微孔陶瓷灌水器的微孔中。泥沙膜的形成是引起微孔陶瓷灌水器发生堵塞的主要原因。

不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响

为了揭示不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响与作用机理,笔者研究了粘粒含量不同的泥沙和粘土(2g/L)对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响,并利用XRD分析灌水器内沉积物成分。研究结果表明:泥沙沉积是导致微孔陶瓷灌水器物理堵塞的主要原因。灌溉前期(0~216h),浑水中泥沙粘粒含量对微孔陶瓷灌水器平均相对流量影响较大,泥沙粘粒含量越高,影响越大,灌水器越易发生堵塞。但是,灌溉后期(216h后),灌水器平均相对流量均稳定在72%附近,泥沙粘粒含量对灌水器平均相对流量影响较小。进入微孔陶瓷灌水器内的泥沙全部沉积在灌水器内壁,形成一层泥沙膜,泥沙颗粒不会进入灌水器陶瓷微孔中。

无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟

为探究微孔陶瓷灌水器在地下灌溉的入渗特性,基于土壤水动力学原理,在前人对微孔陶瓷灌水器周围土壤水势分析的基础上,建立了无压条件下微孔陶瓷灌水器在土壤中的出流模型,并通过室内土桶试验验证了模型的准确性。结果表明:该文提出的出流模型可以较好地模拟无压条件下微孔陶瓷灌水器土壤中的出流现象。在0m工作水头下,灌水器周围土壤含水率变化是造成灌水器流量变化的根本原因,土壤含水率较低时,灌水器可以较大流量出流;随着灌溉的进行,土壤含水率逐渐增加,使得灌水器流量减小;当土壤含水率达到饱和后,灌水器就会停止出流。而当土壤水分耗散时,灌水器又可恢复出流,灌水器出流量与土壤水分耗散量基本相当,因此灌水器出流可以实时补充土壤水分。本研究可为微孔陶瓷灌水器的推广应用提供参考。

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离<水平距离<向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。