一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法
【專利摘要】一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，該方法基于滴灌點水源入滲特性和土壤入滲原理，根據(jù)滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系，在大田中通過實際測定獲得上述線性關(guān)系，根據(jù)該線性關(guān)系計算各種土壤在不產(chǎn)生地表徑流和土壤侵蝕風(fēng)險條件下的滴頭流量值，以該值快速確定最佳滴頭設(shè)計流量值，這種測定方法簡單快捷，易操作。使用滴灌技術(shù)后，若土壤環(huán)境發(fā)生變化，依然可以通過該方法獲得改變后的最佳滴頭設(shè)計流量值。在滴灌技術(shù)實際生產(chǎn)過程中，通過改變滴灌裝置供水壓力以實現(xiàn)新的最佳滴頭設(shè)計流量值，以重新滿足植物需水和土壤入滲兩方面的需求。
【專利說明】一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于滴灌方法【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滴灌技術(shù)作為現(xiàn)代化的節(jié)水高效灌溉技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)用，是21世紀(jì)可持續(xù)性農(nóng)業(yè)發(fā)展和用農(nóng)業(yè)的方法保護(hù)環(huán)境的主要灌溉方法之一。該技術(shù)的優(yōu)勢為:灌水均勻度高；能夠精確控制流量、灌溉水量和灌溉頻率；適用于不均勻地形坡度的地塊；使滴灌灌溉水以點水源形式入滲形成低溶質(zhì)濃度的根系環(huán)境，適于部分污水或微咸水的利用；滴灌高度可控及點水源入滲特點，是開發(fā)利用鹽堿地最佳的灌溉方式。
[0003]在滴灌系統(tǒng)設(shè)計中，平均灌水器流量(滴頭流量)和灌水均勻度是兩個非常重要而且必須考慮的因素。滴頭流量一般是由土壤的物理性質(zhì)(水分的入滲系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù))和作物需水特點決定的。具體的設(shè)計原則有兩條:一是滿足作物需水要求，二是不產(chǎn)生地表徑流和土壤侵蝕。對于第一條設(shè)計原則，根據(jù)作物需水特點通過設(shè)計滴頭布置方式及灌溉制度可以實現(xiàn)，而第二條原則與土壤環(huán)境相關(guān)。由于土壤質(zhì)地組成、團(tuán)粒大小、有機(jī)物及化學(xué)離子組成的不同，則土壤的入滲能力千差萬別。而地表積水及徑流的產(chǎn)生與土壤的入滲能力息息相關(guān)，土壤的入滲能力差則易產(chǎn)生地表積水甚至徑流，而入滲能力好的土壤則不易產(chǎn)生地表積水和徑流。在滴灌條件下，地表積水產(chǎn)生的大小與形狀與其它水分灌溉方式不同。滴灌滴頭供水屬于點水源入滲，在平整的土地上，地表積水區(qū)形狀為圓形或近圓形，其大小受滴頭流量和入滲能力的影響。入滲能力差的土壤，隨著滴頭流量的增大，積水區(qū)迅速增大，甚至產(chǎn)生徑流和土壤侵蝕；入滲能力好的土壤，積水區(qū)隨滴頭流量的增大而緩慢增大，則不宜造成地表徑流和土壤侵蝕。對于特定的滴頭流量，地表積水區(qū)的大小隨著供水時間的持續(xù)，會處于穩(wěn)定的狀態(tài)，即積水區(qū)大小維持不變。該現(xiàn)象在大部分土壤類型都能出現(xiàn)，但是膨脹性鹽潰土例外(膨脹性鹽潰土的入滲能力隨著土壤水分含量的增加而降低，原因是膨脹性鹽潰土大都含有較高含量的鈉，鈉吸水會導(dǎo)致土壤粘粒分散，堵塞土壤孔隙，從而降低入滲性能)。
[0004]滴灌技術(shù)條件下，地表徑流和土壤侵蝕的發(fā)生與積水區(qū)大小和坡度有關(guān)。平整的土地上，積水區(qū)越大，微小地形的變化越能導(dǎo)致積水區(qū)演變?yōu)榈乇韽搅骱颓治g；在有坡度的土地上，積水區(qū)隨著坡度的增加更容易演變?yōu)榈乇韽搅骱屯寥狼治g，而較小的積水區(qū)無論是在平整土地上還是在緩坡地上，都不易形成地表徑流和土壤侵蝕，在緩坡地上其形狀由圓形變?yōu)楠M長近橢圓的形狀。因此，在不產(chǎn)生地表徑流和土壤侵蝕的原則下確定滴灌滴頭下方積水區(qū)的大小就有了普遍意義。不論何種土壤，只要滴頭下方積水區(qū)的大小標(biāo)準(zhǔn)不導(dǎo)致地表徑流和土壤侵蝕，則該積水區(qū)大小標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的滴頭流量值則可以作為滴頭流量設(shè)計值。在實際大田運(yùn)用中，根據(jù)地形、坡度和鹽分組成特點選擇具體的值。比如，在地形坡度大的地塊中，盡量選擇較小的積水區(qū)半徑值；坡度較緩的地塊中，選擇相對較大的積水區(qū)半徑值；無坡度的地塊中，盡量選擇大的積水區(qū)半徑值；對于鹽潰土而言，則盡量選擇偏小的積水區(qū)半徑值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明設(shè)計了一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，根據(jù)滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系，能夠在滿足作物生長需水要求及不產(chǎn)生地表徑流和土壤侵蝕條件下，提供一種快速確定不同質(zhì)地、不同地形坡度和不同鹽分組成的大田滴頭設(shè)計流量的方法。
[0006]本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案是:一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，關(guān)鍵是:所述的方法包括以下步驟:
[0007]A、從目標(biāo)大田中選出典型地塊:典型地塊是指能夠代表大田平均土壤情況的地塊；
[0008]B、平整土面:對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊；
[0009]C、安裝滴灌裝置:在步驟B得到的實驗地塊處安裝滴灌裝置，包括安裝水源、水泵、控制閥、過濾器、水表、壓力表、附帶滴頭的滴管帶、主管道；
[0010]D、供水:利用步驟C中安裝好的滴灌裝置給步驟B中得到的實驗地塊供水，通過改變供水壓力或選擇不同流量規(guī)格的滴管帶，得到2?5個不等且差異較大的滴頭流量，滴頭流量的大小為不超過10L/h，并測定每個滴頭流量所對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑，得到2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)；
[0011]E、確定滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系:滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑滿足如下線性方程式:Q = ar+b，其中Q是滴頭流量，單位是L/h ;r是穩(wěn)定積水區(qū)半徑，單位是cm ；a, b是參數(shù)，且a，b古0，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)與線性方程式Q = ar+b相結(jié)合,計算出參數(shù)a和b,得到線性方程；
[0012]F、選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑值:根據(jù)土壤質(zhì)地、地形坡度和鹽分組成來選擇實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 1cm ；
[0013]G、確定滴頭設(shè)計流量值:將步驟F選取的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值帶入步驟E得到的線性方程中，得到相對應(yīng)的滴頭流量值，該值即為目標(biāo)大田中滴灌裝置的滴頭設(shè)計流量值。
[0014]所述的步驟B還包括對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行耕翻，根據(jù)計劃栽植作物根系主要分布區(qū)深度:淺根系植物為40cm深、深根系植物為80cm深，使用挖掘機(jī)或旋耕機(jī)將土壤耕翻和細(xì)碎，耕翻后再進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊。
[0015]所述的步驟C中在同一個實驗地塊上安裝多條滴管帶，每個滴管帶上至少設(shè)置有一個滴頭，同時供應(yīng)相同流量的水，不同滴頭間保持獨立不互相干擾。
[0016]所述的步驟D具體包括以下步驟:
[0017]D1、使用最小滴頭流量供水到實驗地塊的土壤表面，當(dāng)?shù)乇矸e水區(qū)為圓形在20?60min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，且保持20min不變，則測定穩(wěn)定積水區(qū)直徑，測定過程中從多個方向測定獲得多組數(shù)據(jù)，求得該滴頭流量下的平均積水區(qū)直徑數(shù)據(jù)；供水開始后和結(jié)束前最好都測定下滴頭流量，如果開始后不便于測定滴頭流量值，則在穩(wěn)定積水區(qū)直徑測定后，測定滴頭流量值，同樣測量多次，獲得平均滴頭流量值，實際測定時，安裝多個滴頭，選擇積水區(qū)最接近圓形的滴頭點測量其穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量；
[0018]D2、在相同位置測定更大流量條件下相對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑和實際滴頭流量；隨著選擇的滴頭流量增大，如果出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定持續(xù)變大的現(xiàn)象，則說明提供的滴頭流量大大超過了土壤的入滲能力，此條件下的滴頭流量，則容易出現(xiàn)土壤徑流和土壤侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生，這與滴頭流量的設(shè)計原則不符，因此，一旦出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，則選擇相對小的滴頭流量繼續(xù)實施測定步驟或滿足兩組以上滴頭流量測定步驟的前提下終止該測定步驟；
[0019]D3、最終獲得2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)。
[0020]所述的步驟E分兩種情況:
[0021]E1、在有電腦的情況下，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)輸入Office辦公軟件EXCEL表格中，通過擬合則可以獲得參數(shù)a和b的值及線性方程；
[0022]E2、在沒有電腦的情況下，在紙上，選擇最大滴頭流量和最小滴頭流量兩組數(shù)據(jù)組帶入線性方程式Q = ar+b中，聯(lián)立兩個方程，計算出參數(shù)a和b的值，獲得線性方程。
[0023]步驟F所選擇的實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值有以下四種情況:在地形坡度大的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 2cm ;坡度較緩的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 2?5cm ;無坡度的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 5?10cm ;對于鹽潰土而言，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 5cm。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:本方法基于滴灌點水源入滲特性和土壤入滲原理，根據(jù)滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系，在大田中通過實際測定獲得上述線性關(guān)系，根據(jù)該線性關(guān)系計算各種土壤在不產(chǎn)生地表徑流和土壤侵蝕風(fēng)險條件下的滴頭流量值，以該值快速確定最佳滴頭設(shè)計流量值，這種測定方法簡單快捷，易操作。使用滴灌技術(shù)后，若土壤環(huán)境發(fā)生變化，依然可以通過該方法獲得改變后的最佳滴頭設(shè)計流量值。在滴灌技術(shù)實際生產(chǎn)過程中，通過改變滴灌裝置供水壓力以實現(xiàn)新的最佳滴頭設(shè)計流量值，以重新滿足植物需水和土壤入滲兩方面的需求，促進(jìn)植物的生長。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中利用滴灌裝置測量滴頭設(shè)計流量時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖中，1代表水源，2代表水泵,3代表控制閥,4代表過濾器,5代表水表,6代表滴頭，7代表滴管帶，8代表主管道，9代表積水區(qū)，10代表濕潤區(qū)。
【具體實施方式】
[0027]—種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，關(guān)鍵是:所述的方法包括以下步驟:
[0028]A、從目標(biāo)大田中選出典型地塊:典型地塊是指能夠代表大田平均土壤情況的地塊；
[0029]B、平整土面:對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊；
[0030]C、安裝滴灌裝置:在步驟B得到的實驗地塊處安裝滴灌裝置，包括安裝水源1、水泵2、控制閥3、過濾器4、水表5、壓力表、附帶滴頭6的滴管帶7、主管道8 ；
[0031]D、供水:利用步驟C中安裝好的滴灌裝置給步驟B中得到的實驗地塊供水，通過改變供水壓力或選擇不同流量規(guī)格的滴管帶7，得到2?5個不等且差異較大的滴頭流量，滴頭流量的大小為不超過10L/h，并測定每個滴頭流量所對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑，得到2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)；
[0032]E、確定滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系:滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑滿足如下線性方程式:Q = ar+b，其中Q是滴頭流量，單位是L/h ;r是穩(wěn)定積水區(qū)半徑，單位是cm ；a, b是參數(shù)，且a，b古0，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)與線性方程式Q = ar+b相結(jié)合,計算出參數(shù)a和b,得到線性方程,其中，a, b古O,表示當(dāng)?shù)晤^下方積水區(qū)半徑等于O的條件下，仍然有滴頭流量值，原因是當(dāng)?shù)晤^流量值小于土壤入滲能力時，地表不產(chǎn)生積水，而土壤濕潤區(qū)10會存在,且隨著灌溉時間的增加而增大，對于不同土壤來說參數(shù)a、b的值都不同，即不同入滲能力的土壤，在相同滴頭流量條件下，其積水區(qū)半徑大小不同；反之，在相同積水區(qū)半徑的條件下，滴頭流量大小也不同；
[0033]F、選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑值:根據(jù)土壤質(zhì)地、地形坡度和鹽分組成來選擇實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 1cm ；
[0034]G、確定滴頭設(shè)計流量值:將步驟F選取的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值帶入步驟E得到的線性方程中，得到相對應(yīng)的滴頭流量值，該值即為目標(biāo)大田中滴灌裝置的滴頭設(shè)計流量值。
[0035]所述的步驟B還包括對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行耕翻，根據(jù)計劃栽植作物根系主要分布區(qū)深度:淺根系植物為40cm深、深根系植物為80cm深，使用挖掘機(jī)或旋耕機(jī)將土壤耕翻和細(xì)碎，耕翻后再進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊，對于植物種植前需要耕翻的土地，則需要在土地耕翻后再平整土地，然后再確定滴頭設(shè)計流量值；對于不經(jīng)過耕翻直接種植的土地，則直接平整，然后再確定滴頭設(shè)計流量值。
[0036]所述的步驟C中在同一個實驗地塊上安裝多條滴管帶7，每個滴管帶7上至少設(shè)置有一個滴頭6，同時供應(yīng)相同流量的水，不同滴頭6間保持獨立不互相干擾。
[0037]所述的步驟D具體包括以下步驟:
[0038]D1、使用最小滴頭流量供水到實驗地塊的土壤表面，當(dāng)?shù)乇矸e水區(qū)為圓形在20?60min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，且保持20min不變，則測定穩(wěn)定積水區(qū)直徑，測定過程中從多個方向測定獲得多組數(shù)據(jù)，求得該滴頭流量下的平均積水區(qū)直徑數(shù)據(jù)；供水開始后和結(jié)束前最好都測定下滴頭流量，如果開始后不便于測定滴頭流量值，則在穩(wěn)定積水區(qū)直徑測定后，測定滴頭流量值，同樣測量多次，獲得平均滴頭流量值，實際測定時，安裝多個滴頭6，選擇積水區(qū)9最接近圓形的滴頭點測量其穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量；
[0039]D2、在相同位置測定更大流量條件下相對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑和實際滴頭流量；隨著選擇的滴頭流量增大，如果出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定持續(xù)變大的現(xiàn)象，則說明提供的滴頭流量大大超過了土壤的入滲能力，此條件下的滴頭流量，則容易出現(xiàn)土壤徑流和土壤侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生，這與滴頭流量的設(shè)計原則不符，因此，一旦出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，則選擇相對小的滴頭流量繼續(xù)實施測定步驟或滿足兩組以上滴頭流量測定步驟的前提下終止該測定步驟；
[0040]D3、最終獲得2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)。
[0041 ] 所述的步驟E分兩種情況:
[0042]E1、在有電腦的情況下，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)輸入Office辦公軟件EXCEL表格中，通過擬合則可以獲得參數(shù)a和b的值及線性方程；
[0043]E2、在沒有電腦的情況下，在紙上，選擇最大滴頭流量和最小滴頭流量兩組數(shù)據(jù)組帶入線性方程式Q = ar+b中，聯(lián)立兩個方程，計算出參數(shù)a和b的值，獲得線性方程。
[0044]步驟F所選擇的實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值有以下四種情況:在地形坡度大的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 2cm ;坡度較緩的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 2?5cm ;無坡度的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 5?10cm ;對于鹽潰土而言，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 5cm。
[0045]下面結(jié)合本發(fā)明2011?2013年在中國科學(xué)院曹妃甸吹沙造地濱海鹽潰土原土快速綠化試驗示范基地上進(jìn)行的試驗示范，證明本發(fā)明效果顯著:
[0046]中國科學(xué)院曹妃甸吹沙造地濱海鹽潰土原土快速綠化試驗示范基地位于河北省唐山市曹妃甸工業(yè)區(qū)六加道口，該地區(qū)鹽潰土分為兩種:一種是砂質(zhì)濱海鹽潰土，由海底泥沙吹填而成,入滲性能好,但土壤含鹽量高,鹽分組成與海水相同，種植植物為柳樹；另一種是粘質(zhì)濱海鹽潰土，由灘涂鹽潰淤泥發(fā)展而來，質(zhì)地粘重，結(jié)構(gòu)較差，入滲能力較差，種植植物為楊樹。以上兩種樹種的株距、行距都是3m。為了能夠確保兩種樹種在濱海鹽潰土原土上綠化成功，則必須確定最佳的滴灌系統(tǒng)滴頭設(shè)計流量值，從而2011年在上述兩種不同的經(jīng)過挖掘機(jī)耕翻的濱海鹽潰土地塊中采用了本發(fā)明的方法:
[0047]A、在上述兩種不同的濱海鹽潰土地塊中，分別選擇了三個典型地塊；
[0048]B、平整土面:根據(jù)計劃栽植作物根系主要分布區(qū)深度，利用挖掘機(jī)對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行耕翻，然后進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊；
[0049]C、安裝滴灌裝置:在步驟B得到的實驗地塊處安裝滴灌裝置，如圖1所示，包括安裝水源1、水泵2、控制閥3、過濾器4、水表5、壓力表、附帶滴頭6的滴管帶7、主管道8 ；
[0050]D、供水:利用步驟C中安裝好的滴灌裝置給步驟B中得到的實驗地塊供水，通過調(diào)節(jié)控制閥3形成不同滴頭流量，第一個滴頭流量通過壓力調(diào)節(jié)后大小為0.2L/h，供水20min后，積水區(qū)9穩(wěn)定不變，到供水時間達(dá)到40min后，測定4個方向的積水區(qū)直徑值，用量筒測定滴頭流量值，獲得滴頭流量為0.2L/h條件下的平均穩(wěn)定積水區(qū)直徑值；之后改變供水壓力，依次得到0.8L/h和2.0L/h滴頭流量條件下的平均穩(wěn)定積水區(qū)直徑值，砂質(zhì)濱海鹽澤土最大得到3.0L/h的滴頭流量和穩(wěn)定積水區(qū)直徑的數(shù)據(jù)組，而粘質(zhì)濱海鹽潰土在3.0L/h滴頭流量條件下，其積水區(qū)半徑不斷增大，超過了 15cm，而15cm為設(shè)計滴頭6間距30cm的一半，如果在粘質(zhì)濱海鹽潰土上采用3.0L/h滴頭流量，則會導(dǎo)致滴頭6間積水區(qū)疊加，形成帶狀積水區(qū)9，從而產(chǎn)生徑流和土壤侵蝕，因此，粘質(zhì)濱海鹽潰土最大滴頭流量只選擇了
2.0L/h，而砂質(zhì)濱海鹽潰土在滴頭流量等于0.2L/h時，地表無積水區(qū)出現(xiàn)，所以粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊的三個典型地塊分別獲得0.2L/h、0.8L/h和2.0L/h條件下各三組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組，然后求平均值，最終獲得粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊三組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組的平均值，同樣的方法，砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊的三個典型地塊分別獲得0.2L/h、0.8L/h、2.0L/h和3.0L/h四組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組，然后求平均值，最終獲得砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊三組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組的平均值；
[0051]E、確定滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)直徑之間的線性關(guān)系:滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)直徑滿足如下線性方程式:Q = ar+b，其中Q是滴頭流量，單位是L/h ；r是穩(wěn)定積水區(qū)半徑，單位是cm ；a, b是參數(shù)，且a，b幸0，將步驟D得到的粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊三組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組的平均值代入Office辦公軟件Excel數(shù)據(jù)表格中，通過擬合獲得粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊的線性方程表達(dá)式為Y = 0.2r+0.08，擬合系數(shù)R = 0.99，即a = 0.2，b =0.08;同樣的方法，將步驟D得到的砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊三組滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑數(shù)據(jù)組的平均值代入Office辦公軟件Excel數(shù)據(jù)表格中，通過擬合獲得砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊的線性方程表達(dá)式為Y = 0.5r+0.32，擬合系數(shù)R = 0.99，即a = 0.5，b = 0.32 ;
[0052]F、選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑值:由于兩種土都屬于鹽潰土地塊較為平整，而且滴灌帶7布置在與樹根相距1cm處，為了保證土壤透氣性，砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 5cm，而考慮粘質(zhì)土的入滲性能較差，則粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 3cm ；
[0053]G、確定滴頭設(shè)計流量值:將步驟F確定的r = 5cm代入步驟E確定的砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊的線性方程表達(dá)式Y(jié) = 0.5r+0.32中，得到砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊最佳的滴頭設(shè)計流量值為2.82L/h ;將步驟F確定的r = 3cm代入步驟E確定的粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊的線性方程表達(dá)式Y(jié) = 0.2r+0.08中，得到粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊最佳的滴頭設(shè)計流量值為0.68L/h0
[0054]在栽植完樹種后，將滴管帶7間距設(shè)計為30cm，通過控制壓力得到上述滴頭設(shè)計流量，滴頭6之間未形成積水區(qū)交接的現(xiàn)象，也未形成明顯的地表徑流和土壤侵蝕現(xiàn)象。砂質(zhì)濱海鹽潰土地塊表層O?20cm土壤鹽分在灌溉I天后達(dá)到了非鹽潰土水平，灌溉8天后，土壤根系層O?40cm鹽分達(dá)到非鹽潰土水平，柳樹在栽植兩年后，成活率依然為100% ;粘質(zhì)濱海鹽潰土地塊在灌溉5天后，表層O?20cm 土壤達(dá)到非鹽潰土水平，灌溉I個半月后，土壤根系層O?40cm達(dá)到非鹽潰土水平，楊樹在栽植兩年后，成活率仍然保持在90%以上。
[0055]試驗證明這種確定滴頭設(shè)計流量的方法簡單有效，并具有廣泛的應(yīng)用性。
【權(quán)利要求】
1.一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:所述的方法包括以下步驟: A、從目標(biāo)大田中選出典型地塊:典型地塊是指能夠代表大田平均土壤情況的地塊； B、平整土面:對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊； C、安裝滴灌裝置:在步驟B得到的實驗地塊處安裝滴灌裝置，包括安裝水源(I)、水泵(2)、控制閥(3)、過濾器(4)、水表(5)、壓力表、附帶滴頭(6)的滴管帶(7)、主管道(8)； D、供水:利用步驟C中安裝好的滴灌裝置給步驟B中得到的實驗地塊供水，通過改變供水壓力或選擇不同流量規(guī)格的滴管帶(7)，得到2?5個不等且差異較大的滴頭流量，滴頭流量的大小為不超過10L/h，并測定每個滴頭流量所對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑，得到2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)； E、確定滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑之間的線性關(guān)系:滴頭流量與穩(wěn)定積水區(qū)半徑滿足如下線性方程式:Q = ar+b，其中Q是滴頭流量，單位是L/h ；r是穩(wěn)定積水區(qū)半徑，單位是cm ；a, b是參數(shù)，且a，b古0，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)與線性方程式Q = ar+b相結(jié)合,計算出參數(shù)a和b,得到線性方程； F、選擇穩(wěn)定積水區(qū)半徑值:根據(jù)土壤質(zhì)地、地形坡度和鹽分組成來選擇實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 1cm ； G、確定滴頭設(shè)計流量值:將步驟F選取的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值帶入步驟E得到的線性方程中，得到相對應(yīng)的滴頭流量值，該值即為目標(biāo)大田中滴灌裝置的滴頭設(shè)計流量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:所述的步驟B還包括對步驟A中選取的典型地塊進(jìn)行耕翻，根據(jù)計劃栽植作物根系主要分布區(qū)深度:淺根系植物為40cm深、深根系植物為80cm深，使用挖掘機(jī)或旋耕機(jī)將土壤耕翻和細(xì)碎，耕翻后再進(jìn)行平整，得到土面平滑無坡度的實驗地塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:所述的步驟C中在同一個實驗地塊上安裝多條滴管帶(7)，每個滴管帶(7)上至少設(shè)置有一個滴頭出)，同時供應(yīng)相同流量的水，不同滴頭出)間保持獨立不互相干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:所述的步驟D具體包括以下步驟: D1、使用最小滴頭流量供水到實驗地塊的土壤表面，當(dāng)?shù)乇矸e水區(qū)為圓形在20?60min內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，且保持20min不變，則測定穩(wěn)定積水區(qū)直徑，測定過程中從多個方向測定獲得多組數(shù)據(jù)，求得該滴頭流量下的平均積水區(qū)直徑數(shù)據(jù)；供水開始后和結(jié)束前最好都測定下滴頭流量，如果開始后不便于測定滴頭流量值，則在穩(wěn)定積水區(qū)直徑測定后，測定滴頭流量值，同樣測量多次，獲得平均滴頭流量值，實際測定時，安裝多個滴頭(6)，選擇積水區(qū)(9)最接近圓形的滴頭點測量其穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量； D2、在相同位置測定更大流量條件下相對應(yīng)的穩(wěn)定積水區(qū)直徑和實際滴頭流量；隨著選擇的滴頭流量增大，如果出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定持續(xù)變大的現(xiàn)象，則說明提供的滴頭流量大大超過了土壤的入滲能力，此條件下的滴頭流量，則容易出現(xiàn)土壤徑流和土壤侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生，這與滴頭流量的設(shè)計原則不符，因此，一旦出現(xiàn)積水區(qū)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，則選擇相對小的滴頭流量繼續(xù)實施測定步驟或滿足兩組以上滴頭流量測定步驟的前提下終止該測定步驟； D3、最終獲得2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:所述的步驟E分兩種情況: El、在有電腦的情況下，將步驟D得到的2?5組穩(wěn)定積水區(qū)直徑和滴頭流量數(shù)據(jù)輸入Office辦公軟件EXCEL表格中，通過擬合則可以獲得參數(shù)a和b的值及線性方程； E2、在沒有電腦的情況下，在紙上，選擇最大滴頭流量和最小滴頭流量兩組數(shù)據(jù)組帶入線性方程式Q = ar+b中，聯(lián)立兩個方程，計算出參數(shù)a和b的值，獲得線性方程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速確定大田滴灌滴頭設(shè)計流量的方法，其特征在于:步驟F所選擇的實驗地塊的穩(wěn)定積水區(qū)半徑值有以下四種情況:在地形坡度大的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r < 2cm ;坡度較緩的地塊中,穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 2?5cm ;無坡度的地塊中，穩(wěn)定積水區(qū)半徑r = 5?1cm ;對于鹽潰土而言,穩(wěn)定積水區(qū)半徑r ( 5cm。
【文檔編號】A01G25/02GK104365445SQ201410643472
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】康躍虎, 陳秀龍, 李曉彬, 蔣樹芳, 萬書勤 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所