葡萄滴灌設計管理論文

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摘要：滴灌工程設計中，滴頭間距對于整個系統的效率、灌水質量來說是一個很重要的參數，而現有的資料和生產實踐中，該值大多是根據實際情況進行估計的。本文介紹采用布瑞斯勒（Bresler）公式確定滴頭間距的方法。

關鍵詞：滴灌滴頭間距土壤水勢

1引言

滴灌是當今世界最先進的灌水技術之一。在正確的系統設計和高水平的田間作物水分管理條件下，滴灌系統能夠適時適量地進行灌溉，在作物的根區創造出適宜的水、肥、氣、熱條件，從而獲得節水、高產、優質的效果。全國微灌面積約300萬畝，其中大部分是“九五”期間發展起來的。我國進入WTO后，國外設備與國產設備價格差距正逐步縮小。新世紀我國進入全面建設小康社會，經濟結構、農業結構都在進行調整，“2001年~2010年微灌發展戰略”表明灌溉未來的發展趨勢是精確灌溉和節約能量。計算機控制將是灌溉自動控制系統的一個組成部分，將氣象、土壤、水分、作物資料等的數據輸入計算機，計算機對這些數據進行處理分析，輸出指令，電磁閥根據指令操作灌溉系統工作。這樣，在滴灌系統設計中根據土壤資料和滴頭流量確定滴頭間距顯得愈加重要。滴頭間距過密，使濕潤重疊區域加大，會加大不必要的工程投資；滴頭間距過大，會使作物根系不能得到足夠的水分，無法達到滴灌節水高產的效果。本文介紹在確定新疆伊寧葡萄滴灌設計中，采用的布瑞斯勒（Bresler）公式確定滴頭間距方法。

2計算方法

現將以色列滴灌專家布瑞斯勒（Bresler）教授確定滴頭間距的程序介紹如下。

2.1土壤的物理水力性質

根據所討論的土壤類型，從不同類型土壤的典型物理水力參數（表1）中查出，砂壤土的飽和土壤滲透系數以及土壤特性常數為：

表1不同類型土壤的典型水力參數

土壤

-h（）

（）

（）

粘土

1.02~104

8.64×10-4

2.54×10-6（0.009）

壤土

1.3~890

7.26×10-3

1.44×10-5（0.05）

砂壤土

43.3~300

1.69×10-2

3.9×10-4（）

砂土

58.4~147.2

0.466×10-2

1.27×10-2（45.7）

2.2計算飽和區土壤浸潤最大半徑

根據布瑞斯勒（Bresler）提出的水份浸潤土壤后期飽和區不同滴頭流量最大半徑公式（1），計算幾種可能選擇滴頭不同流量時的最大半徑：

（1）

式中：——浸潤飽和區最遠半徑，

——土壤特性系數，

——滴頭設計流量，

——飽和土壤滲透系數，

當,

當時，

2.3選擇適宜土壤含水率上下限

根據采集的土樣，用壓力膜法，獲得一組土壤水吸力與土壤含水率間的試驗數據。以土壤水吸力為縱坐標，土壤含水率為橫坐標，畫出一條土壤水分特性曲線（圖1）。選擇適當的臨界土壤含水量值，就可以從該曲線中獲得相應的土壤水吸力值，此值的負值為非飽和土壤水的基質勢，也就是相應的臨界土壤水勢值。

圖1砂壤土水分特性曲線

從圖1中查得：田間持水量（占土壤體積百分比）時，；

適宜土壤含水率上限為田間持水量的90%，時，；適宜土壤含水率下限為田間持水量的60%，時，。

2.4計算轉換土壤水勢函數的比值

根據公式（2）可以計算轉換土壤水勢函數臨界值與飽和值的比值：

（2）

式中：——轉換土壤水勢函數，

——飽和土壤的轉換土壤水勢函數值，

——非飽和土壤臨界土壤水勢函數時轉換土壤水勢函數值，

——臨界土壤水勢，，

——自然對數

當時，

當時，

當時，

2.5計算無因次土壤特性常數值α

應用土壤飽和區最大濕潤半徑，采用以下公式

（3）

計算無因次土壤特性常數值。式中為無因次土壤特性常數值，其他同前。

當時，，

當時，，

2.6查出相應的無因次半徑值

定義非飽和區濕潤徑向半徑與飽和區徑向最大半徑比值為無因次半徑，

（4）

式中：——無因次徑向半徑；

——非飽和區徑向半徑。

無因次半徑與呈函數關系，根據不同的值，繪出——曲線，如圖2所示，從圖2中可以根據不同的值和值查出無因次半徑值。

當時，，

時，

時，

時，

圖2無因次半徑值表

2.7計算非飽和區濕潤徑向半徑

從公式（4）中可推出，，可以計算非飽和區設計不同滴頭流量的臨界徑向半徑值，滴頭間距為：

（5）

式中：——滴頭間距，；

采用公式（5），計算滴頭間距如下：

時，

時，

時，

2.8確定滴頭間距

將應用土壤水力特性和不同滴頭流量計算濕潤區徑向半徑的結果列出，計算滴頭間距如下表2。

表2計算滴頭間距列表

參數

量綱

選擇采用公式

流量

1

飽和區

半徑

1

臨界

水勢

2

水勢

比值

2

土壤常數值

4

無因次

半徑

3

滴頭

間距

5

1

2

5.63

-10

0.844

0.048

1

11

-100

0.183

2.1

24

-200

0.033

10

56

2

4

10.60

-10

0.844

0.09

1

21

-100

0.183

1.9

40

-200

0.033

6.5

138

對于某一確定的土壤水勢值，在滴頭流量與其間距之間，均可選擇最佳的組合。如表2中，滴頭流量的滴頭，滴頭間距時，從地表滴頭算起的土壤濕潤體的徑向濕潤半徑，在沿著毛管的方向，濕潤區可以重疊，而時的滴頭的濕潤范圍過大，所以選擇滴頭流量，滴頭間距的滴頭比較合理。

3小結

傳統的重力灌溉方法其主要的設計規范之一是在地表獲得均勻的配水方案，而滴灌的配水方式是從每一個滴水源遵循土壤水力特性規律向土壤滲透的過程。這樣，在滴灌設計中，為了提高滴灌系統的水分和養分的有效利用率，滴頭間距和滴頭流量必須與土壤的濕潤特性和作物的灌水頻率周期及灌水時間相適應，而土壤濕潤體的徑向距離和距離滴頭的濕潤體深度的估算對設計和管理滴灌系統顯得十分重要。

布瑞斯勒（Bresler）確定滴頭間距的程序給我們提供了基本的準則：根據土壤的水力學特性資料和以及設計滴頭流量，采用布瑞斯勒（Brasler）提出土壤飽和區浸潤最大徑向半徑公式計算出值，然后根據其相關的公式可以計算出不同滴頭流量時的合理的滴頭間距。

參考文獻

1陳渠昌，吳忠渤等，滴灌條件下沙地土壤水分分布與運移規律，灌溉排水，1999,18（1）

2蘭，李昭軍等，滴灌條件下土壤水分分布特性研究，水土保持研究，2000，3，第7卷第一期

3JosephShalhevet,EshelBreslerandXuYuexian,WaterUseandEfficiencyinAgriculture,InstituteofSoilandWater,AgriculturalResearchOrganization,TheVolcanicenter.BetDagan50250,Israel,1992

4S.ArmoniMicro-SprinklerIrrigation,KibbutgDan,Israel,1986

5TheoryandPracticeofWater-savingAgriculture,中以兩國雙邊節水農業國際學術研究會論文集，黃興法，李光永，曾德超，RDI——TheNewTechniqueofWaterSavingIrrigationManagementinChina,中國水利出版社，2000