畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟III：模型应用

基于构建的畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型,数值模拟畦灌施肥技术要素组合模式,分析单一要素对畦灌施肥系统性能的影响,确定冬小麦畦灌施肥技术要素优化组合区域。结果表明,土壤入渗性能、施肥时机、入畦单宽流量、畦长、畦面微地形状况对畦灌施肥系统性能影响较为明显。在畦灌全程施肥方式下,若以较高畦灌施肥性能评价指标作为要素优化组合的约束控制条件,则典型砂壤土畦面微地形状况较好条件下,入畦单宽流量分别为2L/s/m和5L/s/m下相应的畦长不宜超过70m和100m;而畦面微地形状况较差条件下,入畦单宽流量分别2L/s/m和5L/s/m下相应的畦长宜小于60m和不大于75m。典型黏土畦面微地形状况较好条件下,入畦单宽流量分别2L/s/m和5L/s/m下相应的畦长不宜超过80m和110m,而畦微地形状况较差条件下,入畦单宽流量分别为2L/s/m和5L/s/m下相应的畦长宜小于60m和不大于90m。     

畦灌施肥模式对土壤水氮时空分布的影响

对冬小麦生长期施用尿素条件下不同畦灌施肥模式的土壤水和氮时空分布状况及变化趋势开展研究,评价作物有效根系层土壤水氮沿畦长空间分布均匀性,探讨适宜的畦灌施肥模式。结果表明,畦灌施肥模式差异对作物有效根系层土壤水分沿畦长空间分布状况及其分布均匀性的影响较小,而对土壤氮素的影响较为明显。基于入畦单宽流量4L.s-1.m-1和在灌溉全程内均匀施肥的畦灌施肥模式,可在返青水和扬花水灌后2d作物有效根系层内形成较佳的土壤水氮空间分布状态及其分布均匀性,该效果对返青水可延续到灌后10d。采用较大流量和全程施肥的畦灌施肥模式,可为作物高效吸收利用水肥提供相对均布的土壤水氮状态。     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟Ⅱ：模型率定及验证

摘要：利用冬小麦扬花水畦灌施肥试验数据,对构建的畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型进行率定,基于冬小麦返青水田间试验数据,对该集成模型在不同畦灌施肥模式下模拟的地表水流推进时间、沿畦长土壤体积含水率和硝态氮浓度、畦灌施肥系统性能评价指标值等进行验证。结果表明,模拟结果与田间实测数据的相对误差值和平均相对误差值均小于相应的控制误差,构建的集成模型可用于模拟预测不同畦灌施肥模式下地表和非饱和土壤水流溶质运移转化过程及分布状况,为开展畦灌施肥系统优化设计和性能评价提供了有效的数值模拟工具。     

畦灌技术参数对灌溉施肥性能影响研究进展

畦灌是华北地区应用最广泛的灌水方法，优化畦灌技术参数是提高灌溉施肥性能、减少农业面源污染的重要措施。畦灌技术参数多元，加之土壤入渗、溶质运移参数的空间变异性，使得畦灌灌溉施肥性能研究存在较大难度。整理了常用的灌溉施肥性能评价指标，归纳了土壤质地、施肥方式、施肥时机以及改口成数等畦灌技术参数对灌溉施肥性能影响的研究进展以及相关参数的适宜阈值，阐述了适宜不同场景的畦灌施肥地表溶质运移模型应用情况，汇总了具有较高灌溉施肥性能的畦灌技术参数组合。结合前人的研究基础对未来的研究方向进行了展望，以期为进一步提高作物产量、降低肥料使用对环境的影响等方面提供有价值的参考依据。     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟：Ⅰ模型

本文基于零惯性量方程和一维对流-弥散方程建立起畦灌溉施肥地表水流溶质运移模型,并利用HYDRUS-2D软件模拟二维非饱和土壤水流溶质运移过程,以一维地表水流溶质运移模拟得到的通量条件作为二维非饱和土壤水流溶质运移模拟的上边界,利用编制的程序将两个模型进行集成,构建起畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型。基于多时段分步迭代计算方法,实现沿畦长地表入渗溶质通量动态变化条件下的二维非饱和土壤水流溶质运移模拟。     

对畦灌灌水技术问题的几点看法

地面灌溉是目前我国和大多数国家的主要灌溉方式。以畦灌为例,将选定的灌水定额在纵横方向均匀地灌到田间,并尽量避免畦外泄水和深层渗漏。是畦灌的基本要求。要达到这一要求,就必须选择适宜的畦长(L),入畦单宽流量(q),和停水时间。而这些要素又与土壤渗透性能,畦田纵坡(i),畦面糙率     

模拟微地形空间变异对畦灌系统影响的田间验证

对不同畦块类型和畦灌人流方式,进行了田问灌溉试验.根据田间试验数据,对微地形随机模拟和二维灌溉模型的数值模拟评价方法进行验证.通过随机生成和实测的畦面相对高程模拟所得的畦灌过程和畦灌性能与田间实测结果的对比,得出基于微地形随机模拟和二维灌溉模型对畦灌过程和畦灌性能进行数值模拟具有较好的可行性和实际效果,相比而言,对水流推进时间、平均灌水深度的模拟效果较好;地表水深变化过程、灌溉效率次之;水流消退时间、灌水均匀度稍差.利用基于最小样本容量随机生成的一组畦面相对高程开展微地形空间变异性对畦灌系统影响的数值模拟评价比基于单个典型田块的实测高程数据进行评价更为合理.     

波涌畦灌灌水技术要素的优化组合研究

本文将零惯量数学根据加续畦灌田面水流推进曲线确定的间歇入渗模型的结合建立了波涌畦灌田面水流运动的零惯量数学模型，提出了波涌畦灌灌水技术要素的设计方法，依此对灌水方案进行初步设计，然后应用模拟优化技术对波涌畦灌技术要素组合进行模拟－－优化设计，最后以陕西泾惠渠区实际资料为例求得了波涌畦灌水技术要素的优化组合。     

畦灌技术研究进展

畦灌是我国北方地区目前最主要和使用最广泛的灌水方式之一,与其他灌溉技术相比其设施简单、易于运行,但浪费水量是制约该技术持续发展的关键因素。从畦灌的技术要素、水平畦灌技术、畦灌流动模拟3个方面综述了畦灌技术的现状研究进展,并总结了现有研究的不足,指出畦灌技术的发展趋势是畦灌入渗机理的完善、畦灌流动模拟的优化及畦灌技术评价体系的建立。     

基于SIRMOD的畦灌质量评价及其技术要素优化

为了提高畦灌的水分利用效率和粮食产量,进行了畦灌灌水质量评价指标对不同灌水技术要素组合响应规律的模拟研究。选取2009年杨凌渭河北岸河漫滩地的沙壤土和黏壤土畦灌田间实测数据,基于SIRMOD模型求出畦田平均入渗参数,然后通过多组合灌溉模拟分别计算出灌水效率和灌水均匀度。结果表明:畦田规格和单宽流量对灌水效率和灌水均匀度有明显的影响,在一定条件下,随着畦长的增长和单宽流量的减小,灌水效率和灌水均匀度均减小。建议该地区沙壤土畦长为40～50 m时单宽流量为6.0～8.0 L/(s.m),黏壤土畦长为60～70 m时单宽流量为5.0～7.0L/(s.m),畦宽均以1～3 m为宜。     

水平畦田微地形空间变异性对灌溉系统的影响

基于畦灌数值模拟试验设计,在考虑随机生成的畦面相对高程最小样本容量值的基础上,借助数值模拟手段分析微地形起伏幅度Sd及其相应的起伏位置空间分布差异对宽畦灌溉系统的影响,以评价微地形空间变异性对畦灌质量的作用。结果表明,微地形起伏幅度增大对水平畦灌性能的影响较为显著,它使平均深灌水深度明显增大,灌溉效率和灌水均匀度显著降低。另一方面,微地形起伏位置空间分布差异对水平畦灌性能的影响取决于相应的微地形起伏幅度,Sd≤4cm下的微地形起伏位置空间分布差异对畦灌性能影响的程度较小,而Sd>4cm后的影响程度逐渐增加。     

地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究综述

畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型对改进畦灌施肥技术,提高田间氮肥利用率及促进灌溉农业可持续发展具有重要意义。本文评述了畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究现状及其存在的问题,结论认为,有必要引入二维非饱和土壤水流溶质运移模型,以构建一维地表与二维非饱和土壤水流溶质运移集成模型并扩展其功能;求解地表溶质运移对流弥散方程ADE时,应研究更为高效便捷的方法,以更有效解决数值误差问题。     

果园土壤入渗参数与畦灌田面综合糙率的确定

对果园畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数的准确测定,有助于提高畦灌的灌水效果。文中在山西省夹马口灌区果园,选择四种土壤表面形态进行了入渗试验,确定了土壤入渗参数,根据试验结果,将灌区土壤分为强入渗、较强入渗、中等入渗和弱入渗四种入渗类型。利用模拟畦灌水流运动零惯量模型,采用反求参数的方法,获得四种土壤入渗类型畦灌田面综合糙率系数,为类似地区进行畦灌设计和管理提供重要的参考依据。     

不同微地形条件下入渗空间变异对畦灌性能影响分析

入渗空间变异对畦灌性能影响显著。本文基于构建的畦灌数值模拟试验条件,借助二维灌溉模拟模型,针对规格不同的3类畦田系统模拟分析不同微地形空间变异程度、入畦单宽流量和坡度条件下入渗空间变异对畦灌性能的影响,讨论其影响程度与入渗和微地形空间变异程度、入畦单宽流量和坡度之间的关系。结果表明,入渗空间变异主要对灌溉均匀度CU和灌溉效率Ea产生影响,对水流恰好覆盖整个田面所需灌水量基本无影响,入渗空间变异越强畦灌质量越差。当入渗空间变异为弱变异时,在实际工作中可不考虑其影响,当入渗空间变异系数Cv大于0.5以后其影响则非常显著;入渗空间变异对畦灌性能的影响程度随微地形空间变异的变化趋势与坡度密切相关,零坡度条件下随着微地形空间变异的减小而增加,当田面平整精度较高(Sd小于2cm)且坡度为零时,其影响尤为显著,实际应用中不容忽视。     

基于田口方法的畦灌稳健设计

针对畦灌质量不高、波动较大的问题,研究了畦灌技术要素稳健设计方法。在定义灌水质量损失指标,建立畦灌系统信噪比计算公式的基础上,根据田口稳健设计理论,对畦灌各影响因素进行了正交试验组合,利用畦灌一维模拟的结果计算各方案的信噪比,筛选信噪比最大的畦灌技术要素组合为稳健设计方案。结果表明,与普通优化设计相比,采用稳健设计得到的灌水技术方案能够提高灌水质量,并有效减小其波动性。     

基于SGA和SRFR的畦灌入渗参数与糙率系数优化反演模型(Ⅰ)——模型建立

利用基于地表非稳定流运动方程的地面灌溉模型对畦灌性能进行分析评价是改进传统地面灌溉方式、提高畦灌性能的重要举措，而准确地确定畦灌土壤入渗参数和田面糙率系数是改善畦灌性能模拟精度的重要前提。本文基于基本遗传算法SGA和地面灌溉一维模型SRFR建立的畦灌土壤入渗参数与田面糙率系数优化反演模型，可在给定的参数值域范围内开展多参数全局性寻优，利用计算机动态解析技术对SRFR模型执行程序进行解析处理，建立SGA与SRFR模型间的内部运行衔接方式，实现畦灌土壤入渗参数与田间面糙率系数优化反演过程的自动化运作，进而有效提高了参数寻优估值的工作效率。     

旱作物地面灌溉节水技术的探讨

文章在简述地面灌水类型的基础上,详细介绍了小畦灌灌水、长畦分段短灌灌水技术和宽浅式畦沟结合灌水技术。     

畦灌土壤入渗参数估算的线性回归法

土壤入渗参数是地面灌溉设计的基本参数。针对现有估算方法存在计算工作量较大、精度不稳定的问题进行了研究，提出了畦灌土壤入渗参数的改进计算公式。在70m的畦田长度上等间距布置了8个水位传感器以观测地表水深沿畦长的分布，以及该分布随时间的变化。将畦灌地表水深与离畦首的距离之间的关系按指数函数进行非线性最小二乘拟合，并根据水量平衡原理提出了估算土壤入渗参数的线性回归法，避开了难以定值的地表储水形状系数。实例计算表明，地表水深与离畦首的距离之间呈现较好的指数函数关系，线性回归法估算土壤入渗参数的计算工作量较小，计算精度较高。     

不同灌水技术对土壤性能影响的探讨

本文分析了滴灌和沟畦灌对土壤养分流失，土壤水分土壤结构，土壤温度的影响，得出滴灌技术具有显著改善性能的优点。     

支管退行式畦灌模式的设计与应用

根据河北平原三河井灌区节水灌溉工程推广应用的实践,提出了一种可称之为“支管退行式畦灌”的节水地面灌溉形式。这种灌溉形式属于畦灌,但可适用于畦长超过75m的长畦,畦长最长可达到200m以上,而且对地面平整度要求不高,同时又具有小畦灌的节水效果,在实现均匀灌水的情况下,可以达到750m3/hm2的灌水定额。