小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析
发布时间：2021-06-05 17:56
针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点,探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度,将有效湿润区域划分为4个子区域,得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下,建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟,通过对比分析模拟结果和试验数据,证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析,结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时,有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求;以田间持水量的60%作为小麦灌水下限,有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率;在铺设间距440 cm时,根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数,同时为小麦节水灌溉提供理论参考。
【文章来源】：农业工程. 2020,10(12)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
地表湿润区域划分示意Fig.2Divisiondiagramofsurfacehumidarea
治?3层:0～20、20～100和100～200cm土层。土壤平均容重1.43、1.63和1.57g?cm3。1.2试验装置试验装置由田间给水栓、小麦专用微喷带、水压表、集雨杯(Φ85mm)、过滤器(160目)、量杯(500mL)和米尺组成。给水栓通过调节法兰达到试验所需的不同灌溉压力。小麦专用微喷带由山东省泰安丰园灌溉科技有限公司定制生产，直径N63，最大灌溉压力0.15MPa。由于微喷带喷射角度大，喷射水流与空气发生碰撞雾化时，喷洒强度沿垂直微喷带方向逐渐降低，如图1所示。图1微喷带工作状态下喷射水流轨迹及湿润区域示意Fig.1Schematicdiagramofspraywaterpathandwetareaunderworkingconditionofmicrospraybelt1.3试验方法为减少微喷带的沿程压力损失，提高微喷带灌水均匀性，本文研究小麦专用微喷带铺设长度25m，通过试验获取了不同灌溉压力区域灌水强度。由于微喷带为对称结构，两侧喷水情况相同，集雨杯可放置一侧测量集水量。集雨杯沿垂直微喷带方向摆放6行12列，放置间距20cm，摆放数量应保证覆盖微喷带喷洒区域，根据不同灌溉压力增减集雨杯的摆放列数。试验时，调节给水栓法兰达到所需灌溉压力后，微喷带工作5min，待喷水稳定后放入集雨杯。微喷带湿润区域首末两端放入集雨杯喷洒30min后关闭给水栓，测量集雨杯中水量，反复测量5次，取每个集雨杯平均值。集雨杯灌水强度计算公式为h=1000×VAt(1)式中h———集雨杯灌水强度，mm?hV———平均集雨量，mLA———接水口面积，mm2t———接水时间，h针对微喷带灌水强度沿垂直微喷带铺设方向逐渐减小的特点，将微喷带单侧
杨坤等:小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析图3微喷灌土壤纵向剖面求解区域Fig.3Solutionareaofsoillongitudinalprofileinmicrosprin-klerirrigation表层导水率较大，即使有强度降雨也会很快入渗，因此地面径流暂忽略不计［11］。同时，微喷灌溉时间较短，为方便计算可忽略灌溉期间棵间蒸发量。本文研究采用小麦专用微喷带，有效降低了小麦遮挡造成均匀度降低问题，可忽略微喷带向上喷射时小麦截留量。微喷喷射水流雾化下落时，小麦截留量根据不同阶段的冠层截留模型计算，如式(11)所示。Ic=(0.256LAI－0.217)1－exp－P0.256LAI－()[]0.217+αP(11)式中Ic———冠层截留量，mmα———降雨蒸发率，取0.008P———次灌水量，mmLAI———叶面积指数当小麦为开花期时LAI平均值达到最大，通过式(11)可计算得出小麦整个生育期最大冠层截留量1.273mm［2］。本研究不对灌水量进行处理，灌水量参照当地小麦灌溉习惯，满足小麦所需实际灌水量60mm。考虑冠层截留量1.273mm，所以微喷灌溉量61.273mm。根据不同压力下平均灌溉强度，计算出不同灌溉压力下所需灌溉时间。灌溉压力0.05、0.10和0.15MPa湿润区平均灌水强度分别为57.5、79.9和73.8mm?h。灌溉时间为ts=Q24Ps(12)式中Q———微喷灌溉量，mmPs———湿润区平均灌水强度，mm?hts———灌溉时间，d初始条件表述为θ(x，z，t)=θ0(x，z，0)，0≤x≤H，0≤z≤D，t=0(13)式中θ(x，z，0)———土壤初始含水率，cm3?cm3H——
【参考文献】：
期刊论文
[1]微喷补灌对麦田土壤物理性状及冬小麦耗水和产量的影响[J]. 何昕楠,林祥,谷淑波,王东. 作物学报. 2019(06)
[2]冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟[J]. 郭向红,孙西欢,马娟娟,雷涛,郑利剑,王璞. 农业机械学报. 2018(08)
[3]水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析[J]. 范严伟,赵彤,白贵林,刘文光. 农业工程学报. 2018(04)
[4]广西赤红壤甘蔗田间滴灌带合理布设参数确定[J]. 黄凯,蔡德所,潘伟,郭晋川. 农业工程学报. 2015(11)
[5]冬小麦沟灌土壤水分动态和生长发育的试验研究[J]. 高传昌,汪顺生,傅渝亮,李兴敏. 南水北调与水利科技. 2011(02)
[6]线源滴灌土壤湿润均匀性的影响因素试验研究[J]. 李明思,谢云,崔伟敏. 灌溉排水学报. 2007(06)
博士论文
[1]冬小麦降雨利用过程及其模拟[D]. 刘战东.中国农业科学院 2012
本文编号：3212633
【文章来源】：农业工程. 2020,10(12)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
地表湿润区域划分示意Fig.2Divisiondiagramofsurfacehumidarea
治?3层:0～20、20～100和100～200cm土层。土壤平均容重1.43、1.63和1.57g?cm3。1.2试验装置试验装置由田间给水栓、小麦专用微喷带、水压表、集雨杯(Φ85mm)、过滤器(160目)、量杯(500mL)和米尺组成。给水栓通过调节法兰达到试验所需的不同灌溉压力。小麦专用微喷带由山东省泰安丰园灌溉科技有限公司定制生产，直径N63，最大灌溉压力0.15MPa。由于微喷带喷射角度大，喷射水流与空气发生碰撞雾化时，喷洒强度沿垂直微喷带方向逐渐降低，如图1所示。图1微喷带工作状态下喷射水流轨迹及湿润区域示意Fig.1Schematicdiagramofspraywaterpathandwetareaunderworkingconditionofmicrospraybelt1.3试验方法为减少微喷带的沿程压力损失，提高微喷带灌水均匀性，本文研究小麦专用微喷带铺设长度25m，通过试验获取了不同灌溉压力区域灌水强度。由于微喷带为对称结构，两侧喷水情况相同，集雨杯可放置一侧测量集水量。集雨杯沿垂直微喷带方向摆放6行12列，放置间距20cm，摆放数量应保证覆盖微喷带喷洒区域，根据不同灌溉压力增减集雨杯的摆放列数。试验时，调节给水栓法兰达到所需灌溉压力后，微喷带工作5min，待喷水稳定后放入集雨杯。微喷带湿润区域首末两端放入集雨杯喷洒30min后关闭给水栓，测量集雨杯中水量，反复测量5次，取每个集雨杯平均值。集雨杯灌水强度计算公式为h=1000×VAt(1)式中h———集雨杯灌水强度，mm?hV———平均集雨量，mLA———接水口面积，mm2t———接水时间，h针对微喷带灌水强度沿垂直微喷带铺设方向逐渐减小的特点，将微喷带单侧
杨坤等:小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析图3微喷灌土壤纵向剖面求解区域Fig.3Solutionareaofsoillongitudinalprofileinmicrosprin-klerirrigation表层导水率较大，即使有强度降雨也会很快入渗，因此地面径流暂忽略不计［11］。同时，微喷灌溉时间较短，为方便计算可忽略灌溉期间棵间蒸发量。本文研究采用小麦专用微喷带，有效降低了小麦遮挡造成均匀度降低问题，可忽略微喷带向上喷射时小麦截留量。微喷喷射水流雾化下落时，小麦截留量根据不同阶段的冠层截留模型计算，如式(11)所示。Ic=(0.256LAI－0.217)1－exp－P0.256LAI－()[]0.217+αP(11)式中Ic———冠层截留量，mmα———降雨蒸发率，取0.008P———次灌水量，mmLAI———叶面积指数当小麦为开花期时LAI平均值达到最大，通过式(11)可计算得出小麦整个生育期最大冠层截留量1.273mm［2］。本研究不对灌水量进行处理，灌水量参照当地小麦灌溉习惯，满足小麦所需实际灌水量60mm。考虑冠层截留量1.273mm，所以微喷灌溉量61.273mm。根据不同压力下平均灌溉强度，计算出不同灌溉压力下所需灌溉时间。灌溉压力0.05、0.10和0.15MPa湿润区平均灌水强度分别为57.5、79.9和73.8mm?h。灌溉时间为ts=Q24Ps(12)式中Q———微喷灌溉量，mmPs———湿润区平均灌水强度，mm?hts———灌溉时间，d初始条件表述为θ(x，z，t)=θ0(x，z，0)，0≤x≤H，0≤z≤D，t=0(13)式中θ(x，z，0)———土壤初始含水率，cm3?cm3H——
【参考文献】：
期刊论文
[1]微喷补灌对麦田土壤物理性状及冬小麦耗水和产量的影响[J]. 何昕楠,林祥,谷淑波,王东. 作物学报. 2019(06)
[2]冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟[J]. 郭向红,孙西欢,马娟娟,雷涛,郑利剑,王璞. 农业机械学报. 2018(08)
[3]水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析[J]. 范严伟,赵彤,白贵林,刘文光. 农业工程学报. 2018(04)
[4]广西赤红壤甘蔗田间滴灌带合理布设参数确定[J]. 黄凯,蔡德所,潘伟,郭晋川. 农业工程学报. 2015(11)
[5]冬小麦沟灌土壤水分动态和生长发育的试验研究[J]. 高传昌,汪顺生,傅渝亮,李兴敏. 南水北调与水利科技. 2011(02)
[6]线源滴灌土壤湿润均匀性的影响因素试验研究[J]. 李明思,谢云,崔伟敏. 灌溉排水学报. 2007(06)
博士论文
[1]冬小麦降雨利用过程及其模拟[D]. 刘战东.中国农业科学院 2012
本文编号：3212633
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