干旱区膜下滴灌棉田表层土壤盐分日内动态特征

利用便携式土壤盐分计测量膜下滴灌棉田不同位置和不同深度的土壤电导率,来研究膜下滴灌条件下表层土壤电导率的日内变化特征.结果显示:干旱区一膜两管膜下滴灌条件下,窄行处土壤电导率值最低,膜间最大,宽行居中,表层土壤电导率值存在显著的日内变化特征,早晚土壤电导率值低,中午电导率值高,上午的上升速率大于下午的下降速率;窄行处相对变化幅度大,膜间绝对变化幅度大,土壤电导率值日内变化幅度随深度呈减小趋势;膜下滴灌情况下,表层土壤电导率值的变化受土壤温度和气温的影响显著,但二者相关性复杂,不同深度、不同时间段的相关性不同,膜间大多呈显著正相关,窄行大多呈非显著正相关,宽行处上午呈非显著正相关,但下午呈显著负相关.     

不同微尺度膜下滴灌棉田土壤水盐空间变异特性

为揭示微尺度膜下滴灌农田土壤水盐的空间变异特性,通过大田试验,采用经典统计和地质统计方法,研究了3种微尺度（0.25 m、1 m和4 m）和不同土层深度棉田土壤水盐的空间变异性,并确定其合理取样数。结果发现,3种微尺度下,土壤含水量的变异强度为中等偏弱,其变异性随尺度增大而增强,随深度增加呈先增强后减弱趋势。土壤含盐量的变异强度为中等偏强,其变异性随尺度增大而增强,随深度增大呈先减弱后增强趋势;3种尺度和不同深度条件下,土壤含水量和含盐量的半方差函数大部分可采用高斯模型模拟,且精度较高;样品的合理取样数为367个。研究结果可为制定膜下滴灌土壤水盐的监测方案和调控措施提供理论指导。     

基于染色示踪的膜下滴灌棉田水盐运移规律

采用亮蓝FCF染色示踪剂, 研究膜下滴灌条件的水盐运移规律; 分别在灌溉前、灌溉中和灌溉后等不同时间段共开挖13个时刻的剖面, 观察膜下滴灌湿润面的运移情况; 以10 cm间隔的网格, 用MP406土壤水分探测器原位测定3 120个点的土壤体积含水率, 同时取1 430份土样, 利用1∶5土水比浸提法测定土壤盐分; 并利用WATCHDOG气象站监测研究区气象要素.结果表明: 染色示踪能直观表征土壤水盐运动轨迹; 膜下滴灌条件下, 垂直滴灌带方向土壤水流呈点源入渗特征、沿滴灌带方向近似呈线源入渗特征; 现行灌溉模式下, 壤质砂土湿润锋横向运移速率约为8 cm/h; 滴灌对滴头附近土体有一定洗盐效果, 未覆膜区域地表土体出现盐分积累; 灌水时间越长, 湿润锋越深, 横向扩展速率接近无作物小区(8 cm/h); 从土壤水合理利用角度考虑, 满足研究区一膜一带四行的种植模式和土质的单次合理灌水量应为29.4~69.8 mm.      

葡萄地下滴灌包气带水分特征分析

通过对葡萄地下滴灌和葡萄常规灌溉试验分析得出,地下滴灌灌溉后土壤含水率上（浅层）小下（深层）大分布特征具有显著的保水和节水性。地下滴灌81%的灌溉水量主要灌在20~60 cm的土层中,地下滴灌水分沿土层深度分布与作物根系一致,更具保水性和作物吸收利用性,从而最终达到作物的增产及节水的目的。试验结果对地下滴灌设计具有参考意义。     

棉花膜下滴灌水盐胁迫研究

为探寻干旱半干旱区棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度,在南疆地区开展了田间试验,对比分析了水分胁迫及盐分胁迫处理棉花的产量及长势,探讨了膜下滴灌条件下棉花对水盐胁迫的响应。试验采用WDY-500A微电子叶面积测量仪测定叶面积,并进行人工测产,采用原子吸收仪和滴定法测定土壤盐分。结果表明,轮灌处理A(苗期灌淡水)产量最高,为5 427kg/ha,其次是处理C(花铃前期灌淡水),为4 819.5kg/ha;棉花生育期对水分亏缺的敏感性为:花铃前期>蕾期>花铃后期;对盐分胁迫的敏感性为:苗期>蕾期>花铃前期>花铃后期;灌水总量越大,棉花株高越高,叶面积指数也越大;某时段出现水分亏缺,该时段株高和叶面积指数增长幅度减小;越早给棉花灌溉淡水,棉花株高越高,叶面积指数越大;膜下滴灌条件下,淡水灌溉可以有效淋洗棉花根区土壤多余盐分,保证土壤环境安全,但是微咸水灌溉对棉花根区盐分淋洗效果不佳,且对土壤环境有一定的危险性,需在适当时期(如非生长期)采用较大灌水定额洗盐。     

微咸水膜下滴灌灌溉制度试验研究

为了探讨科学合理的微咸水膜下滴灌灌溉制度,在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处国家重点灌溉试验站进行了不同灌溉定额、灌水频次的微咸水膜下滴灌大田试验。研究结果表明:①灌溉定额4500m3/hm2、灌水频次10次,灌溉定额3000m3/hm2、灌水频次7次,均有利于保持土壤水分。②当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,土壤积盐越严重;在灌溉定额一定时,灌溉次数越多,土壤积盐越严重。③当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,棉花产量越高,微咸水灌溉影响棉花产量的灌溉定额上限在4500m3/hm2左右;灌溉定额多时,灌水次数多棉花产量高,灌溉定额少时,灌水次数少棉花产量高。④灌溉水分生产率随着灌溉定额的增大而减小,在灌溉定额大时,采用少量多次灌溉,在灌溉定额小时,采用多量少次灌溉,均可提高灌溉水分生产率。⑤以节水、控盐和高产为优选标准,当地较为理想的微咸水膜下滴灌模式为灌溉定额3750m3/hm2、灌水次数20次、灌水间隔为7d。     

膜下滴灌条件下不同质地土壤盐分年际变化浅析

为研究膜下滴灌条件下不同质地土壤盐分年际变化,在新疆农八师选取粘土、壤土、沙土地块长期进行土壤盐分测定,结果表明：膜下滴灌条件下不同质地播种前盐分低于收后盐分;粘土的上层盐分降低明显,中层盐分较稳定,下层盐分略有增加;壤土的上层盐分略有降低,中层盐分较稳定,下层盐分略有增加;沙土的上层和下层土壤盐分明显下降,中层盐分变化不大,这可能由于粘土、壤土颗粒小,比表面积大,吸附能力较强,沙土颗粒较大,比表面积小,吸附能力较弱引起的。     

基于正交设计的旱区棉花膜下滴灌最优化探究

以旱区广大群众最为关心的种植密度,滴水量,施肥量为考虑因子,将棉花单铃重,衣分,籽棉产量作为考查指标,把正交试验设计方案引入高密度棉花膜下滴管研究中.采用归一化处理不同数量级的指标,比以往单独考虑各因素对指标的作用,合理而又更加直观;同时考虑了误差对指标的影响,从而提高了F检验的灵敏度.得出了在膜下滴灌的新疆旱区,土壤...     

膜下滴灌微区环境对土壤水盐运移的影响

基于膜下滴灌特有的"膜中"、"膜间"、"膜边"、"膜外"微区环境,利用2011—2013年田间对比试验方法获取的5 960个数据,运用柯布-道格拉斯模型,构建膜下滴灌环境土壤层次、灌水定额、土壤水分、气温、蒸发综合因素与土壤水盐关系及影响效应分析模型.结果表明,在气候干旱、蒸发强烈灌区,地膜覆盖与滴灌结合的地表介面灌溉形式下,土壤水盐具有水平方向由"膜中"向"膜边"地表裸露区定向迁移,垂直方向土壤水盐则由下向上层运移且趋于"膜外"边界积累的趋势,尤其是气温与蒸发因素交互作用,推进膜下滴灌土壤水盐在地膜覆盖与土壤裸露区域空间运移,研究结果进一步揭示了膜下滴灌"土壤水盐定向迁移"形成机理,为膜下滴灌土壤水盐地表排放模式应用提供了依据.     

非等温条件下道路水分迁移的数值模拟

通过分析季节冻土区的温度分布规律,建立了温度随时间的变化函数.在此基础上,基于连续介质力学和热力学理论,建立了道路水分迁移过程中的水热耦合动力学模型,并对季节性冻土地区的水分迁移现象进行数值模拟分析,初步探讨了在非等温冻结条件下,水热耦合过程中路基填料的含水量和温度随时间和深度变化的关系,计算结果表明,冻结过程中在冻结峰面附近形成一个冻结含水量峰值,且该峰值随着冻结时间的延长而向深度发展,这对于路基路面的综合设计,道路冻害的预报有着重要的理论意义和实际应用价值.但要真正体现道路路基水分迁移的机理,有待于建立水分迁移过程中水、热、动载和渗流耦合模型,这是有待于进一步解决的问题.     

微咸水膜下滴灌对沙漠温室黄瓜产量的影响研究

膜下滴灌技术在干旱地区得到了广泛的推广。黄瓜是目前种植面积最大的温室蔬菜之一。此外,水分是影响黄瓜生长和品质的重要因素。西北干旱地区淡水资源总量不足,但咸水资源丰富,因此,在我国西北找到适合黄瓜咸水灌溉方案至关重要。在沙漠温室膜下滴灌条件下,采用咸水灌溉黄瓜。本研究揭示了黄瓜产量及黄瓜水盐生产模型。本文研究了黄瓜产量与作物需水量、土壤电导率等生产函数的估算问题。利用田间试验数据估算作物水盐生产函数,为在我国西北干旱地区,特别是宁夏回族自治区推广咸水膜下滴灌技术提供了科学依据。     

膜下滴灌棉花根系发育特征及其与土壤水盐分布的关系

为探讨膜下滴灌条件下水分和盐分对棉花根系空间发育的影响,在花铃期选择相同灌溉制度、咸淡水灌溉的两个膜下滴灌处理田块采集距滴灌带不同距离、不同深度上的根系样品144 件。用1 mm 土筛和手拣将棉花根系从土壤中筛分出来,去除死根,冲洗干净后用扫描仪扫描成tif 格式图像,再用DT-SCAN 软件计算根长密度。对比分析发现膜下滴灌及盐胁迫条件下,咸水灌溉的根系分布范围较大,其总根长密度比淡水大31.69 mm/cm3,根系生长深度也远大于淡水灌溉。咸水灌溉根系分布主要受盐分胁迫,淡水灌溉根系分布主要受水分胁迫。水平方向上距滴头40 cm以远,水分胁迫对根系发育起主导作用。土壤体积含水率在20% 以上、电导率在2 000 μs/cm 以下时可以满足根系的正常生长发育。     

不同类型下边界条件对模拟灌溉农田水分渗漏的影响

以田间试验为基础,采用土壤水动力学模型,分别以自由排水、负压水头和地下水埋深三种情况作为下边界,模拟计算了灌溉农田1998年10月-2001年9月期间2 m土体的水分渗漏情况。采用地下水埋深下边界时所得到的剖面分层土壤含水量的模拟值与实测值都比较吻合,而采用自由排水和负压水头下边界时均存在不同程度的偏差。通过与定位通量法估算的水分渗漏动态及累积渗漏量做进一步比较,发现采用地下水埋深下边界时其水分渗漏的动态变化趋势与定位通量法基本一致,因此模型采用地下水埋深作为下边界比较符合当地的实际情况。     

微咸水膜下滴灌对土壤和棉花元素组成及产量的影响

通过微咸水和淡水膜下滴灌对比试验,研究灌溉水质对土壤和棉花元素组成及产量的影响.结果表明:微咸水灌溉处理,土壤窄行和膜间微量元素(尤其是铜、铁、锌)含量明显高于宽行,Na+增长率低于宽行;多数棉花器官中钾钠比、钙钠比并未因灌溉水质的区别而产生显著差异;微咸水滴灌有利于促进棉花前期营养生长及后期生殖生长,棉花干物质、单铃重、单位面积铃数及籽棉产量均高于淡水处理;棉株内锰、硼与钙元素间存在显著的相关关系,在一定阈值内,硼、锰促进棉花对钙的吸收.试验证明:微咸水中含有一定量的微量元素,合理利用微咸水灌溉,不会对棉花生长造成胁迫,相反能有效抑制土壤中Na+增长,增强棉花对盐分胁迫的抵抗能力、提高棉花产量.      

微咸水膜下滴灌对温室乳瓜产量及品质的影响特性研究

本文采用正交试验,研究了防渗技术、微咸水利用方式对温室膜下滴灌乳瓜产量及品质的影响。结果表明,一定矿化度的微咸水灌溉会增加作物土壤根系层含盐量和阻碍作物根系吸水,在灌溉方式和灌水定额一定的情况下,虽然全塑料薄膜防渗保水效果强于四周塑料薄膜+底部粘土防渗,但是四周塑料薄膜+底部粘土防渗透气性好,土壤呼吸作用强,在高温时可以及时调节土壤温度,并有利于乳瓜根部呼吸和生长,使其光合速率升高,有助于乳瓜水分和干物质积累,从而获得增产。     

沟底膜孔灌水条件下土壤水入渗规律的数值模拟

以土壤水动力学原理为基础,研究了沟底膜孔灌水条件下土壤水分运动规律,建立了二维入渗模型。对模型检验表明,试验实测数据与模型计算值吻合较好,说明所建立的模型是可行的。     

不同水资源情景下干旱区未来土地利用/覆盖变化模拟——以黑河中上游张掖市为例

应用回归分析方法确定对研究区土地利用/覆盖变化有重要贡献的10种驱动因子,用线性规划方法确定模型输入文件中模拟期间每年的各种土地利用类型面积.用ArcView空间分析的方法建立驱动力文件,利用SPSS13.0软件分析每种驱动力的权重(β值),建立Logistic方程,并将其作为模型输入文件.建立可利用水资源总量分别为18.0×10⁸m³,26.5×10⁸m³,35.0×10⁸m³的3种情景假设,应用CLUE-S模型模拟张掖市2001-2020年土地利用/覆盖变化变化.模拟结果显示:1)三种情景下,耕地的面积都在减少,耕地面积的减少量与可利用水资源总量呈负相关;2)林草地面积在3种情景下均增加,林草地面积的变化与可利用水资源总量呈正相关;3)在3种情景假设下,水域面积的变化都不明显;4)城镇用地面积变化与水量也呈正相关;5)未利用地面积持续减少.     

暴雨作用下排土场平台–边坡系统土壤侵蚀过程模拟研究

为了探究冻融循环作用对土体结构和力学性质的影响机理,以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场典型黏土为研究对象,采用室内冻融循环试验和MatDEM数值模拟,进行土体内部温度场、水分场和应力场的模拟分析。结果表明：排土场土料经过冻融循环后发生冻缩现象;低围压时应力−应变曲线呈现应变软化型,发生剪切破坏,围压升高后向应变硬化型转变,发生剪胀破坏;抗剪强度的劣化受前3次冻融作用的影响最为显著,在第3次达到最低值;温度的传递过程可划分为温度快速下降、缓慢相变过程、继续降温、温度稳定4个阶段;水分运移主要在温度传递的前2个阶段发生,且第二阶段的水分运移量居多;颗粒受冻融作用后整体半径缩小、分散性增大;温度和水分运移引起的颗粒胀缩、冰−水相变、冷生结构的形成等,导致颗粒的大小、位置、连接状态和颗粒间的应力等反复变化,共同驱动土体产生不可逆的结构性损伤,进而造成强度劣化。水分运移不仅为冷生构造的生长提供水源条件,还产生溶蚀、冲刷破坏,与水的相变共同成为冻融循环作用导致土体发生结构调整和应力场变化的主要原因。通过离散元法模拟冻融循环,有助于了解土体内部的力学特征和强度劣化机理,为冻区露天煤矿内排土场边坡及其他工程建设的稳定性研究提供参考。

     

溶蚀作用下古岩溶盆地系统中介质场演化模拟

为了研究古岩溶盆地在溶蚀作用下碳酸盐岩油气储层介质场的演化规律,基于地下水渗流理论和碳酸盐溶蚀动力理论,用数值模型模拟了均质盆地和非均质盆地2种岩溶盆地含水系统发育过程。岩溶盆地含水系统演化过程中总伴随着裂隙差异溶蚀,不管均质盆地还是非均质盆地,都越来越非均质化,强溶蚀带集中在潜水位及优势裂隙附近,在侵蚀基准面和构造裂隙及层理等大裂隙处会形成高孔隙率、渗透率的良好储层。受介质场非均质化反作用,岩溶高地区潜水位随系统演化不断下降,潜水面处的强烈溶蚀随水位不断下切而使高地区改造成竖直裂隙发育的厚储层;坡地区水平径流活跃,易于形成水平裂隙发育的储层;平原区水位相对稳定,溶蚀作用主要发生大裂隙和侵蚀基准面处,但在大裂隙网内经溶蚀可形成局部高孔隙率储层。对比两子模型发现,在岩溶盆地含水系统中,主导渗流场都要经历由局部流场向二级流场、二级流场向全局流场的转变,前者发生在坡地区内部,后者发生在坡地区与平原区之间;流畅的渗流场转换更有利于介质场发育,受大裂隙网导水作用,非均质盆地比均质盆地更快捷、更顺利地实现主导流场升级,溶蚀作用更强烈,3 ka后非均质盆地比均质盆地的孔隙率增幅大34%。     

数值流形方法框架下散体系统与连续介质共同作用模拟

数值流形方法是包含流形元、有限元及DDA在内的数值方法体系,建立流形元与DDA块体的接触方程,则可实现流形方法框架下的连续介质和散体系统共同作用模拟。针对填石路堤工程,编制了大型数值计算程序,采用块体随机生成、块体粒径控制及块体自然堆积的方法建立散体系统的DDA模型,对路堤的分层铺设、碾压及工后沉降变形等进行模拟分析。通过算例表明,在数值流形方法框架下,采用流形元与DDA共同作用的方法,可以很好地对同时存在连续变形和散体大变形的体系进行计算分析,其对该类问题的模拟更接近分析对象的实际情况,有助于从根本上揭示分析对象变形的细观机制和规律,并能考察更多因素对工程问题的影响。