砾石土质条件下葡萄滴灌生育期土壤含水率变化规律研究

为探究酿酒葡萄在砾石土质条件下的土壤含水率变化规律及合理灌溉制度,选取贺兰山东麓砾石土典型试验区,以五年生赤霞珠品种为研究对象,设计2 550、2 850、3 225、3 600 m3/hm24个不同定额的灌水处理,应用TDR土壤水分剖面仪和土壤水势仪,监测生育期滴灌前后不同土层含水率与水势变化,针对监测数据从灌水处理整体与单个生育期不同角度进行分析,研究酿酒葡萄在砾石土条件下不同滴灌定额土壤含水率变化规律,最终提出生育期适宜灌溉制度。研究结果表明:随着灌溉定额的增加,土壤含水率在0~40cm土层范围内变化较明显;不同深度土层土壤水势变化规律与灌溉定额的大小有关;1m深土壤水分蓄存比并不是随着灌水量的增加而增大,而是当灌水量达到某一定额时,随着灌水量的增加,土壤水分蓄存比减小,砾石土单次灌水量高于300 m3/hm2时,土壤水分蓄存比较低,易产生深层渗漏。     

浅埋式滴灌苜蓿耗水规律和产量 对不同灌水定额的响应

为确定适宜多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿的灌溉制度, 试验设定 5 种灌水定额( 22. 5、 30.0、 37.5、 45.0 和 52.5 mm) 并以地面灌为对照组( CK) , 研究灌水定额对浅埋式滴灌苜蓿耗水规律和产量的影响。结果表明: 不同灌水定额下各茬苜蓿的耗水强度为第 2 茬> 第 1 茬> 第 3 茬, 且均在孕蕾期达到峰值。各茬苜蓿的总耗水量表现为第 2 茬> 第 3 茬> 第 1 茬, 且耗水量分别在分枝期、初花期及孕蕾期最高。灌水定额大于 45.0 mm 时, 耗水强度增加趋势不明显且与地面灌( CK) 相近。45.0 mm 灌水定额与地面灌( CK) 间的耗水量差异不显著( P < 0.05) 。高灌水定 额( 45.0、52.5 mm) 与地面灌( CK) 之间的总耗水量、总产量以及总水分利用效率差异不显著, 与低灌水定额( 22.5、 30.0、37.5 mm) 差异显著( P < 0.05) , 且各茬苜蓿此三项指标的差异性一致。总产量与总水分利用效率在灌水定额 为 45.0 mm 处达到最大, 与地面灌( CK) 相比分别增加了 9.05% 、14.54% 。选用 45.0 mm 灌水定额和 54.0 mm 灌溉定额作为多砾石砂土浅埋式滴灌苜蓿灌溉制度较为合适。     

层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

蓄水坑灌不同灌水量土壤水分分布特征分析

蓄水坑灌是一种新型的果林节水灌溉方法,为合理确定灌水量,进行了田间不同灌水量条件下土壤水分运动试验。试验以灌水量为控制因子,设300、200、100 L/棵3种灌水量水平,研究不同灌水量条件下的果树土壤水分垂向、径向变化特征。结果表明:在不同灌水量条件下,土壤含水率增量在垂向上的变化趋势一致,随着土壤深度的增加呈现先增大后减小的趋势,在同一深度范围,灌水量越大,土壤含水率增量也越大;不同灌水量条件下的土壤含水率增量在径向上的分布无明显差异,均呈现以蓄水坑为中心向两侧递减、土壤含水率增量在蓄水坑附近最大的特征;同深度的土壤含水率和土体湿润范围随时间的推移逐渐减小,最大土壤含水率也随时间推移而减小。     

玉米滴灌水肥一体化条件下土壤水分迁移规律试验研究

通过春玉米测坑试验,在不同水氮耦合条件下,研究玉米拔节期、抽雄期和灌浆期土壤水分时空变化特征与迁移规律。结果表明:不同水氮耦合试验处理土壤水分变化趋势一致,不同滴灌灌水量对灌后2～6 d内土壤60 cm深度的平均含水量影响较大;灌水施肥后6～10 d,高水灌溉试验处理和低水灌溉试验处理的每天土壤质量含水率消退量差值较小。在玉米拔节期、抽雄期和灌浆期的灌水后2～10 d"高水+氮"耦合试验处理的土壤质量含水率消退量比"低水+氮"耦合试验处理分别提高了36.1%、43.5%和15.8%。     

膜下滴灌棉田土壤水盐分布特征及灌溉制度试验研究

在新疆库尔勒市西尼尔镇开展了膜下滴灌棉田土壤水盐分布特征及灌溉制度的试验研究,根据不同灌溉定额(375、525和675mm)及灌水间隔(3.5、7和10.5d)组合设置7个试验处理,通过对比分析研究了膜下滴灌条件下的土壤水、盐分布规律及其对棉花生长性状及最终产量的影响。试验结果表明:(1)主根区土壤含水率自靠近滴灌带的宽行往外至膜间逐渐降低,土壤含盐率则呈相反的规律分布,灌溉期靠近滴灌带的主根区土壤处于脱盐状态,远离滴灌带的土壤处于积盐状态;(2)相同灌水间隔下,灌溉定额越大,主根区含水率越高,主根区以下渗漏水分越多,棉花产量提高但灌溉水生产效率降低;相同灌水定额下,灌水间隔过大或过小均不利于棉花的生长;(3)在试验区的砂性土壤条件下,675mm灌溉定额和7d灌水间隔的灌溉制度可获得最大籽棉产量为6816kg/hm2,375mm灌溉定额和7d灌水间隔的灌溉制度可获得最高的灌溉水生产效率为1.33kg/m3。     

秸秆地下灌溉土壤水热分布规律试验研究

通过大田试验,研究了秸秆地下灌溉条件下土壤水热的分布规律。结果表明,在工作压力0.5 m、埋管长度为80 m条件下,供水1 h内水流可到达管尾,秸秆复合管可以作为田间毛管灌溉。秸秆地下灌溉过程中,土壤水分以秸秆复合管为中心向外运动形成上窄下宽椭圆形湿润锋;在埋深20 cm时,灌溉水主要影响范围在地表下50 cm和距管水平距离0.3 m内,该区域内土壤含水率与到秸秆复合管的距离负相关,不同距离含水率的差异达到显著水平;灌水量越大、灌水时间越长,土壤含水率达到稳定的时间越久。秸秆地下灌溉主要影响地表下10～30 cm的土壤温度,灌水量对土壤温度影响明显,灌溉水水温直接影响灌溉后土壤平均温度;距离秸秆复合管水平距离相同时,土壤温度的变化随深度的增加而减小。利用秸秆复合管进行地下灌溉时,冬灌灌水量为150～250 m³/hm²,既可满足小麦需水,也不会造成土壤温度明显降低;春灌灌水量为250 m³/hm²左右,可为冬小麦生长创造较好的水热条件。     

灌水对麦田水分状况及耗水量的影响

在小麦生长季降水量为101.1 mm的情况下,进行了不同灌水处理的麦田各土层不同生育期的含水率变化和小麦耗水特性试验研究。结果表明:小麦越冬期主要消耗浅层水,灌越冬水对0~60 cm土层含水率影响显著;返青期消耗土壤水量较少;拔节期0~100 cm土层是主要供水层;抽穗期灌水更有利于提高土壤水分;灌浆成熟期对深层土壤水分的利用量较大。     

宁南山区不同植被退耕林地及其坡位的土壤水分时空分布特征——以骆驼林流域为例

为研究宁南山区退耕还林区不同坡位土壤水分时空分布规律,利用定点取样和室内实验相结合的方法,研究了天然沙棘和人工油松两个典型坡面的上、中、下3个坡位0～100 cm土层土壤含水率的动态变化,分析其沿深度方向变化和季节动态情况。结果表明:天然沙棘和人工油松土壤含水率最高的坡位与土壤容重最小、孔隙度最大的坡位一致,分别为中坡位和下坡位;坡位对天然沙棘土壤含水率的影响层在20 cm以下,对人工油松的影响层在40 cm以下;土壤含水率随降雨量增加而增大,天然沙棘土壤含水率对于降雨量的响应较人工油松更敏感;相同降雨条件下天然沙棘土壤含水率增幅大于人工油松;在不同坡位土壤水分的时空分布上,沿深度方向天然沙棘各坡位土壤含水率在20 cm以下土层出现差异,人工油松在40 cm以下土层出现差异,当月降雨超过200 mm时,天然沙棘各坡位间土壤含水率的差异性减小,人工油松各坡位的差异性增大,这说明植被类型对土壤含水率的分布具有重要影响。     

不同灌水方式对盐化土壤水盐分布的影响

为研究不同灌水方式对宁夏盐化土壤水分、盐分分布及油葵生长的影响,开展了田间定位试验,设置漫灌、沟灌、滴灌和渗灌4种灌水方式,通过监测土壤水分、盐分含量及油葵生长和产量指标,分析土壤水盐分布状况。结果表明:0～20 cm土层,渗灌方式土壤含水率最高,含盐量最低;沟灌方式土壤含水率最低,含盐量最高,水分生产率最低;滴灌和渗灌处理能促进油葵出苗和生长,滴灌处理油葵的水分生产率最高,为17.51 kg/m~3。滴灌是适宜于该地区盐化土壤种植油葵的灌水方式。     

水位波动作用下软土的变形强度特性研究

在我国沿海地区,过量抽取利用地下水引发了明显的地面沉降,限制开采量、人工回灌地下水对减轻地面沉降具有显著效果。开采与回灌地下水促成了地下水位的大幅波动,使得沿海地区广泛分布的软土层发生了明显的沉降与回弹变形。为了研究软土在水位波动作用下的变形和强度特性,利用沉降柱试验装置模拟地下水位波动,对不同水位波动次数作用后的软土试样进行了高压固结试验、直剪试验和三轴试验,研究了水位波动次数对软土变形性状的影响,给出了用初始强度指标和含水量表示的、不同水位波动次数作用后的软土残余强度表达式。试验结果表明:随着水位波动次数的增加,软土的变形特性增强而强度特性降低,黏聚力和内摩擦角随波动次数的增加呈近似线性降低;相同水位波动次数下软土试样的强度指标随含水量的增加呈明显下降趋势。研究成果对于探索城市地下水位波动对地面沉降和承载力变化的作用机理,提高科学决策水平及减轻环境地质灾害有着重要实际意义和应用价值。     

河北省井灌区灌溉用水与耗能变化规律研究

开展农业灌溉节水、节能研究既是支撑区域农业可持续发展必然要求,也是支撑国家节能减排承诺的具体实践。受农业节水、地下水位下降的影响,河北省井灌区灌溉用水和灌溉耗能之间关系复杂,分析了1980-2015年河北省井灌区灌溉用水、灌溉耗能、地下水位变化等规律,得出以下结论:(1)地下水埋深与提取单方水耗电量呈幂函数关系,地下水埋深越大,地下水位下降带来灌溉能耗的增加幅度越来越大;(2)由于地下水位下降,每度电可开采水量从1980年的8m~3减少到2015年的0.9m~3,相比1980年2015年灌溉水量减少了13亿m~3,但是灌溉能耗增加了131亿kW·h。(3)1997年后由于灌溉水量减少而降低的能耗不足以弥补地下水位下降增加的能耗,由此导致1998-2015年每公顷灌溉能耗额外损失为20 850kW·h。本研究对指导河北省农业灌溉水-能关系协调发展提供有益的参考。     

不同土壤对化肥厂废水中铵的吸附特征

含铵化肥厂废水污灌有可能引起地下水污染。包气带土壤的吸附作用是阻滞其铵进入含水层的重要过程。选取某包气带不同深度4个典型土样,利用室内批模拟实验,以实验室配制硫酸铵溶液作对比,研究土壤对化肥厂废水中铵的吸附动力学及等温吸附特征。结果显示:土壤颗粒极易吸附铵,废水有机物等物质能延长吸附平衡时间,并影响土壤对铵的吸附能力——在低浓度铵溶液中表现为增加作用,在高浓度铵溶液中的表现为受土壤有机质含量影响;不同质地土壤对铵具有不同的吸附行为,总体上黏性土的吸附能力大于砂土;与Freundlich和Langmuir等温式相比,BET等温式能够与实验吸附数据更好拟合,验证了BET公式用于铵等温吸附特征研究的可行性,表明铵在土壤胶体颗粒中的吸附方式为多分子层吸附。     

不同再生水占比景观水体水质演变机制实验研究

以永定河(北京段)为研究对象,开展不同再生水占比景观水体连续24d的水质监测实验,监测指标包括化学需氧量、氨氮、溶解氧、pH、电导率及土壤微生物多样性等。结果分析表明:相同实验条件下永定河上游山峡段河岸带土壤微生物多样性明显好于下游沙质断流河岸带土壤,而二者混合形成的沙土有利于丰富土壤微生物多样性;高再生水占比水体对于环境更加敏感,更容易因为外部因素引起水质变化,在高温下水质恶化速率更快;根据实验所监测的多项水质指标与生态效应综合分析,静止景观水体再生水占比在超过75%以后水质持续恶化,推荐永定河实际景观河道再生水占比控制在75%以下。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。     

灌排系统水转化模拟模型研究

受自然与人为因素综合影响,灌区水转化过程复杂多变。以湖北漳河水库灌区为例,分别从水平和垂直方向描述典型灌排系统的水转化过程,以水量平衡原理为基础,研发灌排系统边界处置、稻作区田间多层土壤、塘坝及排水沟道之间多个水转化模拟子模块,由此构建一种客观描述灌排系统边界半封闭结构及其水平输送、垂直运动与渠-田-沟-塘水转化过程的耦合模拟模型,解决了应用流域分布式水文模型求解灌区水转化过程中面临的灌区边界不确定、分层土壤简化处理等问题。利用漳河灌区谭店灌排系统2014-2015年水平衡测试观测数据对该模型进行检验,采用拉丁超立方抽样法对模型参数进行分层抽样,并利用偏相关法分析参数敏感性。通过模型计算可得,支沟率定期和验证期模拟结果的复相关系数分别为0.83、0.70,Ens系数分别为0.81、0.68,斗沟率定期和验证期模拟结果的复相关系数分别为0.79、0.68,Ens系数分别为0.73、0.62,结果表明该模型适用于灌排系统水转化过程模拟。与SWAT模型对比,对于同一研究区域,复相关系数由0.11提高到0.73,Ens系数由-0.71提高到0.70,进一步验证了该模型的先进性,为灌排系统尺度水转化模拟和机制研究提供了新方法。     

虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的试验研究

为研究虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的应用及效果,基于水库库区现场的清淤试验,利用西霞院水库上下游水位差的虹吸作用,辅以破土射流冲吸式吸泥头扰沙,通过对输沙管道沿程含沙量和流量等特征值的跟踪监测,研究单泵及双泵串联条件下,200m3/s、220m3/s、230m3/s、240m3/s、250m3/s、300m3/s和330m3/s共7个流量级不同试验工况下测点含沙量的变化范围、趋势及粒径级配等,并对试验清淤效果进行定量分析。水库清淤的现场试验结果表明:随着虹吸式管道排沙试验的工况流量不断增大,所测的平均含沙量呈现出增大趋势,而最大含沙量呈现先增大后减小的趋势,整个试验过程最大含沙量达到342.61kg/m3,清淤2 000m3泥沙的生产成本为10.56万元。     

施肥与灌溉对黑土区稻田氮素渗漏淋溶的影响

为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律,在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验,分析了不同灌溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况,并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下的氮素淋失总量。结果表明,渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系,控制灌溉和浅湿灌溉分别可以减少硝态氮渗漏浓度11.89%和14.15%;常规灌溉方式下每公顷每增加1kg施氮量(折合成纯氮),氮素淋失量增加0.117 5kg,控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加0.035 9kg和0.055 7kg;在水稻全生育期,控制灌溉氮素淋失总量最小,平均为4.51kg/hm2,约是常规灌溉的1/3、浅湿灌溉的1/2。综合分析认为,浅湿灌溉是适用性更高的灌溉方式,理论合理施肥量为137.30kg/hm2。     

基于单机组试验选优的并联泵站群组合 优化运行算法研究

以并联泵站群日提水耗电费用最少为目标,构建包含各时段泵站运行数、站内水泵开机数、水泵叶片安放角及机组转速4个决策变量的并联泵站群变角变速组合日优化运行数学模型,提出基于二级子系统试验选优的大系统二级分解-动态规划聚合法。通过将原模型进行二次分解,获得以单机组日提水耗电费用最小为目标,各时段水泵叶片安放角及机组转速为决策变量的单机组变角变速组合日优化运行数学模型,采用大系统试验选优法求解。进而通过一系列二级子系统不同提水要求下的优化计算,获得单机组日提水量与提水费用的一一对应关系,原模型即可转化为以并联泵站群日提水费用最少为目标、各机组日提水量为决策变量的聚合模型,并采用动态规划方法求解。该方法可进一步完善组合工况调节方式下并联泵站群优化运行理论,较由站内单工况优化运行下获得的并联泵站群优化运行效益更为显著。以典型并联泵站群为计算实例,优化结果表明:各日均扬程下满负荷、80%负荷、60%负荷优化运行单位费用较定角恒速运行分别平均节约8.41%、23.07%、32.79%。     

南水北调中线渠系蓄量补偿运行控制方式

南水北调中线渠系采用闸前常水位的运行方式,即渠道下游常水位运行方式的水位控制点位于下游渠道的节制闸闸前。采用下游常水位运行方式,有利于按照最大过水流量进行渠道设计,使得渠道的超高最小,从而施工成本最少。在分析闸前常水位运行方式的响应与恢复特性、蓄量补偿时间的基础上,提出了闸前常水位运行控制方式,并设计了蓄量补偿的前馈控制策略和水位流量串级的水位反馈控制器。以南水北调中线总干渠的部分渠道为研究对象,在典型工况下进行运行控制仿真,并把计算结果与流量主动补偿和常规下游常水位运行控制进行对比,从而验证了本文闸前常水位运行控制算法的合理性。