小流量--高频次滴灌系统设计参数及土壤水分运移规律研究

摘要

小流量、高频次滴灌是一种新的低压滴灌技术，它能使作物始终处在最适宜的土壤水分区间内，按照作物需水规律，及时适量的补充水分消耗，水分供给过程与作物需水规律更加吻合，从而为作物生长提供最适宜的土壤水分环境，在获得优质高产的同时提高水分利用效率。与常规滴灌技术相比，该技术具有节本、增效的特点，可以为设施农业，干旱地区蔬菜、粮食生产，荒漠化地区植被恢复提供灌溉保障。本文以现有滴灌技术成果为基础，采用理论分析、试验结合统计分析、试验结合数学建模的研究方法，针对灌水器流量和工作压力降低后引发的设计参数确定、砂土条件下小流量滴头的水分运移规律以及高频灌溉对作物和土壤环境的影响展开研究，力图为该技术的设计与管理提供科学依据。主要研究成果如下: (1)分析了灌水器流量与作物耗水强度和日灌水时长之间的对应关系，明确了小流量灌水器采用迷宫流道具有抗堵能力强，压力调节能力强，出流稳定可控的特点。通过试验明确了迷宫流道中的水流流态为紊流，流道结构显著影响流态，流道长度显著影响流量。可以通过优化流道结构参数，降低工作压力，适当延长流道的方法研制小流量灌水器。 (2)明确了小流量、高频次滴灌中灌水器流量减小与毛管自身及系统的工作压力之间的关系，毛管平均流量与铺设长度呈幂函数关系，灌水器流量减小有利于增加毛管铺设长度，毛管工作压力在一定范围内降低，不会造成灌水质量的下降，毛管平均流量增加，满足毛管灌水质量要求的最低工作压力升高。 (3)研究了采用地下滴灌形式时支管入口压力、毛管厚壁及环状管网形式对毛管水头偏差率变化的影响，毛管埋入地下、降低系统工作压力不会降低灌水质量，小流量、高频次滴灌可以参照常规滴灌系统进行设计，系统工作压力应大于保证灌水质量要求的最低工作压力。 (4)通过实验和数值模拟，明确了不同滴头流量在砂土中的水分运移规律，为科学确定滴头流量提供了依据。砂土条件下，滴头流量减小，湿润范围变大，作物适宜的含水量分布范围变小，应提高其保水能力，扩大作物适宜的含水量范围。 (5)通过温室黄瓜试验，明确了相同灌溉定额下，灌水频率提高可以减小根区土壤水分的波动范围，有利于提高土壤积温，能够为作物生长提供适宜、稳定的土壤环境。小流量、高频次滴灌可以促进植株生长发育，提高产量和水肥利用效率。