小流量微压滴灌技术应用基础研究

论文摘要

滴灌技术是当今世界上公认的最为节水高效的灌溉技术之一,但其昂贵的系统成本限制了技术的大面积推广和应用。为突破“昂贵”这一瓶颈,充分发挥滴灌技术的优越性,学者们提出了微压滴灌技术。微压滴灌技术为未来滴灌技术的发展开辟了一条新的途径。本文正是围绕目前微压滴灌技术存在的一些问题,对微压滴灌技术的应用问题作了大量的基础性研究。通过理论分析、试验研究和数值模拟相结合的研究方法,不仅研究了微压滴灌系统本身的问题,而且还将系统与土壤、作物结合起来,研究了系统对土壤水分运动及作物生长的影响,这样避免了孤立地就水论水,而是将水、土壤及作物三者结合起来进行系统研究。针对原有微压滴灌系统存在的缺陷,以现代水力学理论为基础,通过试验研究,较为系统地分析了灌溉质量与压力、毛管铺设长度、毛管管径及灌水器设计流量等参数之间的定量关系,指出可通过同步降低滴灌系统的工作压力、适当增大管径、适当减小灌水器的设计流量及管道壁厚等四种技术途径来实现既降低系统成本又保证系统灌溉质量的双重目标,创新性地提出了小流量微压滴灌技术理念。为了提高微压滴灌系统的设计精度,保证系统的灌溉质量,研究了滴灌系统技术参数对系统灌溉质量的影响,初步提出了微压滴灌系统中毛管适宜管径的确定方法,明确了微压滴灌系统的地形适应范围,并提出了微压条件下提高系统灌水均匀度的途径和方法,建立了均匀坡度下,综合考虑水力、制造及地形影响因子的滴灌系统流量偏差率计算公式,提出了微压滴灌系统灌水小区的设计方法。为了进一步探讨小流量微压滴灌系统的可行性和科学性,同时,也为了科学地确定灌水器适宜流量,进行了小流量微压滴灌条件下土壤水分运移规律的试验研究,并根据非饱和土壤水动力学理论,建立了小流量微压滴灌条件下土壤水分运动的数学模型,利用试验数据对模型进行了验证,初步提出了滴灌系统中灌水器适宜流量的确定方法。然而任何灌水技术都是以应用为目标的,灌水技术不同,其应用效果也不同。为了进一步验证小流量微压滴灌系统的可行性和应用效果,研究了小流量微压滴灌对作物生长的影响,结果证明小流量微压滴灌有利于作物的生长,可提高作物的产量和水分利用效率。本文提出的小流量微压滴灌技术,不仅可以降低灌溉系统成本,而且还可以同步实现节水与增产的双重目标,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 研究现状与存在问题
• 1.2.1 国外研究现状及进展
• 1.2.2 国内研究现状及进展
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 技术路线
• 第二章 小流量微压滴灌技术的提出
• 2.1 微压滴灌原有的理论基础与存在的问题
• 2.2 小流量微压滴灌技术的提出
• 2.2.1 小流量微压滴灌技术提出的理论依据
• 2.2.2 小流量微压滴灌技术的可行性分析
• 2.3 小结
• 第三章 均匀坡度下滴灌系统流量偏差率的计算方法
• 3.1 考虑水力和地形偏差的流量偏差率的计算
• 3.1.1 均匀坡度下单条毛管流量偏差率的计算
• 3.1.2 均匀坡度下灌水小区的流量偏差率计算
• 3.2 考虑水力和地形偏差的流量偏差率公式的简化与进一步推理
• 3.2.1 毛管铺设坡度为平坡（i=0）、均匀逆坡（i<0）
• 0）'>3.2.2 毛管铺设坡度为均匀顺坡（i>0）
• 3.3 考虑三偏差（水力、地形及制造偏差）的流量偏差率公式
• 3.3.1 灌水器的制造偏差
• 3.3.2 综合考虑制造偏差的流量偏差率公式
• 3.3.3 不同保证率下滴灌系统流量偏差率的确定
• 3.4 公式验证与分析
• 3.5 滴灌系统流量偏差率计算方法的比较与评价
• 3.5.1 考虑三偏差的滴灌系统流量偏差率计算方法的介绍
• 3.5.2 各种计算方法的对比与分析
• 3.6 微压滴灌灌水小区的水力设计
• 3.7 小结
• 第四章 微压滴灌灌水均匀度试验研究
• 4.1 试验设计
• 4.2 灌水均匀度的表示方法
• 4.2.1 克里斯琴森（Christiansen）均匀系数（Cu ）
• v ）'>4.2.2 流量偏差率（q_v）
• 4.2.3 凯勒（Keller）滴灌均匀度（ Eu ）
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 各因素对灌水均匀度的影响分析
• 4.3.2 各因素对灌水均匀度的影响程度分析
• 4.3.3 提高微压滴灌系统灌水均匀度的途径及方法
• 4.4 小结
• 第五章 小流量微压滴灌条件下土壤水分运移规律
• 5.1 试验材料与方法
• 5.1.1 供试土壤
• 5.1.2 试验装置
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 试验结果与分析
• 5.2.1 不同滴头流量下砂壤土湿润锋运移规律
• 5.2.2 不同滴头流量下交汇入渗湿润土体的形状
• 5.2.3 不同滴头流量下湿润体内的土壤水分分布规律
• 5.2.4 不同土壤类型下的湿润锋运移规律
• 5.2.5 不同土壤类型下湿润体内的土壤水分分布规律
• 5.3 小结
• 第六章 小流量微压滴灌条件下土壤水分运移规律数值模拟
• 6.1 多点源滴灌条件下土壤水分运动的数学模型
• 6.1.1 土壤水分运动方程
• 6.1.2 定解条件
• 6.1.3 模型的求解
• 6.2 模型的试验验证
• 6.2.1 试验材料与方法
• 6.2.2 模拟结果与试验结果的对比与分析
• 6.3 滴头适宜流量的确定方法
• 6.3.1 适宜滴头流量确定的总体思路
• 6.3.2 土壤含水量匹配的原理与方法
• 6.3.3 作物对土壤水分分布的要求
• 6.4 小结
• 第七章 小流量微压滴灌条件下作物生长试验研究
• 7.1 试验设计与方法
• 7.1.1 试验区基本情况
• 7.1.2 试验材料
• 7.1.3 试验方法
• 7.1.4 观测内容
• 7.2 试验结果与分析
• 7.2.1 对株高、茎粗的影响
• 7.2.2 对叶绿素含量的影响
• 7.2.3 对光合作用的影响
• 7.2.4 对产量及生物量的影响
• 7.2.5 对水分利用效率的影响
• 7.3 小结
• 第八章 结论与讨论
• 8.1 主要结论
• 8.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介