負(fù)壓灌溉技術(shù)原理及其試驗(yàn)研究.pdf

1、水資源短缺已成為人們備受關(guān)注的全球性問(wèn)題，并將成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的制約因素。因此，尋求高效的節(jié)水灌溉方式對(duì)于提高水資源利用效率具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。 為有效地調(diào)控和利用水-土-作物關(guān)系進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，及解決巖質(zhì)邊坡的生態(tài)恢復(fù)、屋頂綠化等工程項(xiàng)目中的灌溉問(wèn)題，本文提出了一種新型的負(fù)壓灌溉技術(shù)。理論分析了負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的基本工作原理；設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)，研究了不同因素對(duì)負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的影響；并提出了相應(yīng)的測(cè)量田間持水量的方法。研究取得了

2、如下結(jié)果和創(chuàng)新。 從土壤水的能量分析，當(dāng)負(fù)壓作用水頭保持在一定范圍內(nèi)時(shí)，負(fù)壓灌溉在理論上是可行的。其基本工作原理是，由于田間蒸散消耗土壤水分使得土壤水勢(shì)降低，土壤基質(zhì)吸力將水分從高程低于灌水器的水源中主動(dòng)“吸入”土壤；土壤水吸力導(dǎo)致的灌水器內(nèi)外水勢(shì)差為負(fù)壓灌溉的驅(qū)動(dòng)力，無(wú)需提水加壓設(shè)備。實(shí)際系統(tǒng)由灌水器、水源以及連接兩者的輸水管組成。由于系統(tǒng)在負(fù)壓下工作，灌水器必須具有“透水不透氣”的特性，如此構(gòu)成了低于大氣壓的系統(tǒng)中的水可以進(jìn)

3、入土壤而空氣不會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)的條件。 負(fù)壓作用水頭越大，系統(tǒng)出水效率越高；受真空吸上高度限制，其理論最小值約為-10.33m，但試驗(yàn)結(jié)果表明負(fù)壓作用水頭適用范圍最好控制在-1m～0m。 粘壤土入滲和濕潤(rùn)速度均明顯大于砂壤土，這是由于基質(zhì)勢(shì)相同時(shí)，粘粒含量高的土壤具有更大的非飽和導(dǎo)水率和更大的過(guò)水?dāng)嗝?。纖維灌水器較陶土灌水器出水效率高，與纖維灌水器孔隙結(jié)構(gòu)尺寸比陶土灌水器更能與土壤緊密結(jié)合、較好地保證了灌水器和土壤間空隙的連通

4、性有關(guān)。 薄層土壤水分運(yùn)動(dòng)為平面非飽和流，可簡(jiǎn)化為柱坐標(biāo)下沿半徑方向的一維水分運(yùn)動(dòng)模型。試驗(yàn)結(jié)果表明負(fù)壓作用水頭越大、灌溉土壤粘性越重，負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的入滲和濕潤(rùn)速度均越大；而土壤初始含水率越大，系統(tǒng)的入滲速度越小，濕潤(rùn)速度卻越大。 盆栽試驗(yàn)從實(shí)踐上驗(yàn)證了負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的可行性。同時(shí)，也體現(xiàn)了負(fù)壓灌溉系統(tǒng)的一些特殊優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)需提水加壓設(shè)施、系統(tǒng)無(wú)需人工管理自行工作、自我調(diào)控功能等。 本文還提出了一種利用負(fù)壓灌溉原理測(cè)

5、量田間持水量的新方法，分析了其基本原理，并選取五種土壤進(jìn)行初步驗(yàn)證試驗(yàn)。該方法利用土壤基質(zhì)勢(shì)將水主動(dòng)“吸入”土壤，使土樣含水量達(dá)到毛管所能吸持的最大含水量而無(wú)重力水，即田間持水量，其測(cè)量過(guò)程為土壤水分特征曲線的吸濕過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法測(cè)田間持水量是可行的，并與威爾科克斯法相比，其測(cè)量值略小，這主要是由土壤本身特性決定的滯后作用所引起的。與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，負(fù)壓法具有更適合測(cè)量質(zhì)地不是很粗的土壤、測(cè)量時(shí)間短、測(cè)量結(jié)果更接近局部灌溉下實(shí)