負壓灌溉技術原理及其試驗研究.pdf

1、水資源短缺已成為人們備受關注的全球性問題，并將成為經濟和社會發(fā)展的制約因素。因此，尋求高效的節(jié)水灌溉方式對于提高水資源利用效率具有非常重要的理論和實踐意義。 為有效地調控和利用水-土-作物關系進行農業(yè)生產，及解決巖質邊坡的生態(tài)恢復、屋頂綠化等工程項目中的灌溉問題，本文提出了一種新型的負壓灌溉技術。理論分析了負壓灌溉系統(tǒng)的基本工作原理；設計相關試驗，研究了不同因素對負壓灌溉系統(tǒng)的影響；并提出了相應的測量田間持水量的方法。研究取得了

2、如下結果和創(chuàng)新。 從土壤水的能量分析，當負壓作用水頭保持在一定范圍內時，負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降低，土壤基質吸力將水分從高程低于灌水器的水源中主動“吸入”土壤；土壤水吸力導致的灌水器內外水勢差為負壓灌溉的驅動力，無需提水加壓設備。實際系統(tǒng)由灌水器、水源以及連接兩者的輸水管組成。由于系統(tǒng)在負壓下工作，灌水器必須具有“透水不透氣”的特性，如此構成了低于大氣壓的系統(tǒng)中的水可以進

3、入土壤而空氣不會進入系統(tǒng)的條件。 負壓作用水頭越大，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，但試驗結果表明負壓作用水頭適用范圍最好控制在-1m～0m。 粘壤土入滲和濕潤速度均明顯大于砂壤土，這是由于基質勢相同時，粘粒含量高的土壤具有更大的非飽和導水率和更大的過水斷面。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構尺寸比陶土灌水器更能與土壤緊密結合、較好地保證了灌水器和土壤間空隙的連通

4、性有關。 薄層土壤水分運動為平面非飽和流，可簡化為柱坐標下沿半徑方向的一維水分運動模型。試驗結果表明負壓作用水頭越大、灌溉土壤粘性越重，負壓灌溉系統(tǒng)的入滲和濕潤速度均越大；而土壤初始含水率越大，系統(tǒng)的入滲速度越小，濕潤速度卻越大。 盆栽試驗從實踐上驗證了負壓灌溉系統(tǒng)的可行性。同時，也體現了負壓灌溉系統(tǒng)的一些特殊優(yōu)點，如無需提水加壓設施、系統(tǒng)無需人工管理自行工作、自我調控功能等。 本文還提出了一種利用負壓灌溉原理測

5、量田間持水量的新方法，分析了其基本原理，并選取五種土壤進行初步驗證試驗。該方法利用土壤基質勢將水主動“吸入”土壤，使土樣含水量達到毛管所能吸持的最大含水量而無重力水，即田間持水量，其測量過程為土壤水分特征曲線的吸濕過程。試驗結果表明該方法測田間持水量是可行的，并與威爾科克斯法相比，其測量值略小，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)測量方法相比，負壓法具有更適合測量質地不是很粗的土壤、測量時間短、測量結果更接近局部灌溉下實