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小流量微压滴灌技术应用基础研究

张林  
【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。


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