地下滴灌技术及其灌水要素研究进展

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影响地下滴渗灌灌水均匀性的因素很 多,除传统滴灌灌水均匀性受到灌水器出流 量及其偏差、管道进水压力及管长管径引起 的管道压力偏差影响外,还受到土壤特性及 其空间变异、灌水器堵塞等因素的影响。同 时由于滴头埋入地下,不能直接观测和测量 到其出水情况,滴头必须挖出来测量流量。 Phene 等[8](1992)对使用了 9 年后的地下滴灌 系统的几种毛管类型的灌水均匀度进行了 测定,并与用各种模型得到的预测值进行了 比较,结果表明,在假设滴头的堵塞处于最 低限度时,这些模型可以精确地预测地下滴 灌系统的灌水均匀度。
“九五”期间,中国水利水电科学院在北京 市昌平区建成 13.3hm2 地下滴灌试验示范区, 并开展了地下滴灌田间试验研究,取得了明显 的节水增产效果和良好的社会效益。目前除小 面积试验外,国内的大田地下滴灌主要应用在 新疆建设兵团棉花生产上。通过对棉花进行 SDI 试验研究,取得了良好效益。
2 地下滴灌灌水技术要素方面的 研究进展
程理论,建立了一个长期调节水电站水库
如何合理调配有限的水资源已成为水资源 2.2 水库优化调度研究进展
的优化马尔柯夫过程理论模型,并于 1966
管理中现实而紧迫的任务。水库优化调度是
在我国,水库优化调度研究相对起步 年在狮子滩水电站的优化调度中得到应
水资源系统优化配置的重要手段,因此做好 较晚,大多都是通过建立优化模型来求解, 用。1979 年Biblioteka Baidu勇传、熊斯毅等在建立拓溪水
因低压地下滴灌出水口周围土壤水饱和 后,滴孔处常处于有压淹没出流状态,影响渗灌 的效果,为解决这一问题,仵峰等[7](2002)进行了 室内发丝管、迷宫式和补偿式三类灌水器,在不 同土质和土壤初始含水量的正交试验。试验表
浅析水库优化调度方法及应用进展
雷智昌 (陕西水环境工程勘测设计研究院 陕西 西安 710021)
毛管埋设间距主要取决于当地气候条件、 土壤质地和作物种类,变化从 0.25m 到 5m 不 等,一般对草坪较窄,对蔬菜、果树较宽。DeTar[5] 等(1996)研究则表明对逐行灌水时,其间距应 在 1.5m 左右,而对隔行灌水,其间距应在 0.8m 左右;马孝义[(6] 1999)试验表明,对黄土高原果 树进行地下滴灌的滴灌管道适宜间距在 2m~ 3m 之间。总体上,确定毛管间距应着重考虑如 下几个方面:土壤类型、作物种类和生长季节、 当地蒸发量和降雨量、作物的种植、滴灌管类型 等。一般情况下,对沙性土壤或干旱地区,较小 的毛管间距有助于田间土壤水分均匀分布,而 在多雨湿润地区,可用较宽的间距。对木本类作 物,毛管埋置在两行作物中间或随行布置,但宽 窄行种植时应置于窄行间。毛管间距在滴灌系 统的设计中占有很重要的位置。 2.2 灌水器流量与灌水均匀性
影响地下滴灌灌水质量的主要要素有管 道埋深,滴头出流量和滴头间距等,国内外主要 通过田间试验和数值模拟两个方面进行研究。 地下滴灌技术具有节水、节能、不破坏土壤结 构、降低保护地环境湿度,有利于防止杂草丛生 和病虫害发生等显著优点。同时由于出水管道 埋于地下,出水孔较小,而作物的根系具有趋水 性作用,因此容易产生出水口堵塞;对重力式地 下滴灌选择的滴孔孔径不适当时和毛管压力
流则由短期预报提供,寻优方法采用可变 方向探索法,虽然绘制优化调度图仍用
2.1 水库优化调度 纵观水库优化调度研究历史,在早、中
期主要是针对模型与算法,侧重于调度理 论研究。近十多年来,随着理论研究的日渐
入,研究的目标逐渐由单目标扩展到了多 目标,研究对象由单库扩大到了多库乃至 整个流域或系统的库群,其模型也由单一 模型发展到了组合模型。近年来,又把系统 辩识思想运用到了水库调度研究中,将随
参考文献: 1. 胡笑涛,康绍忠.地下滴灌灌水均匀度研究
现状及展望[J].干旱地区农业研究,2000,18 (2): 113 -117. 2. 程先军,许迪,张昊.地下滴灌技术发展及应 用现状综述[J].节水灌溉,1999,(4):13-15. 3.岳兵.渗灌由来现状与技术问题解决途径
浅析[C].第四次全国微观学术研讨会论文 集,1996 年 10 月. 4.仵峰,宰松梅,丛佩娟.国内外地下滴灌研究 及应用现状[J].节水灌溉,2004,(1):25-27. 5.DeTar W.R.,Brown G.T.,Phene C.J.etal. Real-time irrigation scheduling of potatoes with sprinkler and subsurface drip systems [C]. Prod.Int .Conf.on Evapotran-spiration and Irrigation Scheduling,1996, 812 -824. 6.马孝义,康绍忠,王凤翔.陕西省果树地下滴 灌的应用前景、存在问题与建议[J].干旱地 区农业研究,1999,17(2):127-131. 7.仵峰.地下滴灌条件下灌水器水力性能研 究[D].北京:中国农业科学院研究生院,2002. 8. Phene.C.J., Beale O.W. Maximizing water use efficiency with subsurface drip irrigation [J]. ASAE Paper 922090,Charlotte, NC, 21-24 June.1992b.
摘 要 水库调度是水资源系统优化配置的重要手段,常规调度方法虽然简明直观,但在新技术 应用、客观条件变化对调度结果的影响分析等诸方面存在明显不足。随着新理论、新学 科、新技术的不断涌现,水库优化调度研究也逐渐由由传统方法转向新技术利用、由单一 方法转向多技术综合,文中总结了当前水库优化调度的新趋势,供相关人员参考。
我国是一个干旱缺水的国家,由于降 产的转化,以弥补理论研究与实际应用的
上世纪 60 年代,我国开始开展水库优
水量和水资源地区分布不均,年内、年际变 “鸿沟”。随着计算机及人工智能技术的发 化调度的研究与应用。吴沧浦于 1960 年首
化很大,加上水土资源组合严重不平衡,使 展,与计算机及人工智能技术相结合,并引 次提出了年调节水库的最优运用动态规划
3 结论
地下滴灌被公认是最有发展前途的高 效节水灌溉技术之一。目前,世界范围的 SDI 技术水平与其他灌溉技术相比, 尚处于初级 阶段, 对 SDI 的研究大多是基于地面滴灌的 认识水平。我国 SDI 的设计主要参照《微灌 工程技术规范》,设计理论尚不能满足实践要 求。因此,需进一步对 SDI 系统的特殊性和复 杂性加以研究,以克服其缺点,充分发挥其诸 多优势,为 SDI 的设计、运行及管理提供合理 的理论依据, 这对推动我国节水灌溉的发展 有着十分重要的意义。陕西水利
早在 1913 年,美国的 House 就开始了地下 滴灌的探讨,但由于受当时技术水平的限制,最 后得出的结论是地下滴灌技术不但没有增加 根区土壤含水量,而且由于应用成本较高,最终 放弃了这项研究[1]。到 1920 年,美国加利福尼亚 的 Charles Lee 用瓦管使其周围的土壤得以湿 润,并获得美国专利,被认为是地下滴灌的雏 形。20 世纪 40 年代后期,德国用塑料管进行了 地下灌溉研究。20 世纪 50 年代以来,随着塑料 工业的发展,塑料制品的应用范围越来越广,为 了适应水资源短缺地区灌溉的需要,以塑料为 原材料的微灌系统逐渐发展起来,滴灌技术在 英、美、以色列等国得到发展的同时,也推动了 地下滴灌的发展, 发达国家都开始研制其专用 地下滴渗灌管。这样,作为一种新生的具有巨大 发展潜力的灌溉方法,地下滴灌得到越来越多 的关注。20 世纪 60 年代,直接带有灌水器(如 孔、缝式滴头) 的 PVC 管和聚乙烯管开始用于 地下滴灌系统。美国人泽兹克 (Zetzsche)于 1967 年提出把有孔的毛管或装有滴头的毛管 埋入地下进行灌水,只湿润作物根区,有可能极 大地减少蒸发,从而提高灌溉水的利用率。20 世纪 70 年代, 由于地下滴灌灌水均匀性较差、 堵塞严重等问题没有得到有效解决, 发展速度 缓慢。20 世纪 80 年代以后,随着水资源的紧缺
和环保意识的提高, 人们对地下滴灌的兴趣再 次高涨,许多灌溉专家对此做了大量的研究工 作,并且在推广应用中取得了一定成效。
我国自 1974 年从墨西哥引入滴灌设备 起,地下滴灌技术应用和设备开发已取得了长 足的发展。我国地下滴灌技术的初步应用始于 20 世纪 80 年代初期,主要用于果树作物[2]。 1978 年山西省晋南地区水科所在阳城进行了 多年冬小麦和玉米地下滴灌试验[3],得出了地下 滴灌效益逐年递减,同时土壤水分呈下降趋势 的理论。山西省水科所于 1983 年在祁县进行 了 12hm2 的果树(梨和苹果)地下滴灌;原水电部 水利水电科学研究院于 1983 年在河北省迁安 县建成了上百公顷的板栗地下滴灌等。由于对 地下滴灌技术本身了解不够,采用的塑料管打 孔、成孔工艺存在缺陷,加上运行管理措施不 力,灌水不均、堵塞等问题比较严重,结果导致 大部分工程的失败[1]。
关键词 地下滴渗灌;水分动力学;灌水技术
中图分类号:S 275.6
文献标识码:A
1 地下滴灌技术发展过程
地下滴灌(surface DripIrrigation, SDI)是通过 地埋毛管上的灌水器把水或水肥的混合液缓 慢出流渗入到作物根区土壤中, 再借助毛细管 作用或重力作用将水分扩散到根系层供作物吸 收利用的一种灌水方法。作为滴灌技术的一种,它 具有显著的节水、节能、省工、增产、提高农产品 品质以及改善土壤环境等优点。虽其存在灌水器 容易堵塞、堵塞后不易检查、灌水均匀度不易控 制等问题,但由于其具有显著的优点,仍然受到 了人们的广泛重视,一些研究工作者明确提出在 本世纪地下滴灌技术将会实现突破。
得我国成为一个洪涝灾害、干旱缺水频繁的 入新的理论(如人工神经网络、专家系统、 (Dynamic Program,DP)模型。谭维信、黄守
国家。随着社会经济的快速发展,社会用水 遗传算法等),成为水库优化调度研究的一 信等于 1963 年根据动态规划与 Markov 过
量也急剧增加,水资源供需矛盾日趋尖锐。 个热点和发展趋势。
地下滴灌技术及其灌水要素研究进展
贾景云 (西安市灞桥区水务局 陕西 西安 710069)
摘 要 地下滴渗灌作为一种国内外正在开发的低定额节水灌溉技术, 已成为国内外缺水地区果树及某 些经济作物抵御干旱缺水,发展优质、特色、高效农业的重要技术措施之一,具有广阔的推广应用 前景。本文介绍了地下滴渗灌的研究与应用现状,分析了灌水技术指标、作物需水量和节水增产 效应、土壤水分运动规律及数值模拟、灌水器等方面的研发进展,讨论了目前存在的问题和未来 的研究方向。
水库优化调度方案及管理对解决这一严重 其优化的目标函数也主要有两类:一是以 电站水库优化调度模型时,用时空离散简
的问题无疑具有非常重要的意义。
库群多年电能或供水量最大为目标,二是 单 Markov 过程描述径流过程,面临时段入
2 本领域的进展
以系统年费用最小为目标,模型既有确定 性的,也有随机型的。随着研究的不断深
不适当时,也常会出现深层渗漏现象。因此合理 确定灌水技术要素指标对发展农业具有极为 重要的意义。截止目前,国内外在这方面的研究 主要有以下几个方面。 2.1 毛管埋深与间距
毛管埋深通常需考虑耕作深度、土壤特 性、作物尤其是苗期的需水规律,一般深度在 0.2m~0.7m。Schwanke 等[4](1990)对三种不同 深度的渗灌管在粘壤土中对番茄的增产效益 分析比较表明,其合理的埋深为 23cm。DeTar[5] 等(1996)对马铃薯增产效应研究表明,合理埋 深为 46cm;马孝义等(1999)试验表明,地下滴 灌管道埋深应在冻土层以下,在不影响耕作 时,埋深越小越好,对黄土高原果树地下滴灌 的埋深应在 35cm 左右,也可在 35cm~40cm 之间。
关键词 水库;优化调度;动态规划模型;新方法
中图分类号:TV697.1
文献标识码:C
科 技
陕 西 水 利
SHAANXI SHUILI 2009.6
1 引言
成熟和完善,水库优化调度研究也更注重 于与生产实际相结合,注重研究成果向生
机动态规划与常规调度方法有机结合,为 水库调度研究提供了一个新的理论框架。
Bellman 最优化原理,但由于引进了惩罚 项,因而提高了调度图的可靠性。同在 1979 年,董子敖等人在研究刘家峡水电站水库 优化调度时,提出了国民经济效益最大的 目标函数,在寻优技术方面,采用了满足保
明与传统滴灌相比,不同类型的灌水器出流 量均变小,变幅高达 50%;其灌水器的流量 变化主要取决于土壤特性,并提出了灌水器 流量修正系数。
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