摘要
本文选题来源于国家自然科学基金项目“地下滴灌多孔出流特性及均匀度数值模型研究（5170090586）”。本研究在该项目的资助下完成。 地下滴灌作为一种新型的节水灌溉方法，其研究及应用仍处于初级阶段，目前关于地下滴灌管网布置的理论研究较少，管网的设计和布置大部分参照地面滴灌的标准。本文针对地下滴灌滴头的水力性质和土壤的物理特性，采用试验研究、数值模拟和数理统计相结合的方法，分析了滴头额定流量、土壤容重、工作压力对地下滴灌滴头流量和土壤水正压的影响，研究结果可为地下滴灌系统的合理设计提供部分理论参考。主要工作和结论如下： （1）开展了地下滴灌滴头流量和土壤水正压测定试验，结果表明，相对于地上滴灌而言，在地下滴灌中，压力补偿式滴头的滴头流量几乎不变，非压力补偿式滴头的滴头流量降低5%~10%。导致非压力补偿式滴头流量变化的根本原因是土壤水正压的存在。土壤水正压随土壤容重的增大而增大，滴头流量随土壤容重的增大而减小；土壤水正压与灌溉系统的压力水头没有明确的关系，滴头流量随工作压力的增大而增大；土壤容重较小时，滴头额定流量对土壤水正压的影响较小，土壤容重较大时，滴头额定流量越小，其产生的土壤水正压越大。 （2）通过滴头出口处的空腔试验发现滴头出口处会形成有压力水头的空腔。在进行地下滴灌时，滴头出口处形成的空腔的大小会随着灌溉的进行一直变化，在灌溉开始时变化较快，之后逐渐变慢并趋于稳定。额定流量越大，滴头出口处形成的空腔越大；工作压力越大，滴头出口处形成的空腔越大；土壤容重越大，滴头出口处形成的空腔越小。 （3）用Hydrus-2D软件模拟了地下滴灌的水分入渗过程，滴头出口的大小用空腔半径来表征。在滴头出口处的空腔半径一定时，滴头额定流量、土壤容重和土壤水正压成正比。在滴头额定流量一定时，滴头出口处的空腔半径和土壤水正压成反比。滴头额定流量越大，滴头出口处形成的空腔大小对土壤水正压的影响也越大。 （4）在实际的试验中，滴头额定流量和土壤物理特性的耦合作用会产生不同大小的空腔，进而导致土壤水正压的不同，因此，不能单独认为额定流量越大，产生的土壤水正压越大。滴头出口处形成的空腔的大小对于土壤水正压的影响非常显著，但是由于目前还没有准确测量空腔大小的方法，采用Hydrus-2D软件来准确模拟地下滴灌产生的土壤水正压还存在较大的难度。 （5）采用数值模拟等方法，提出了粉壤土条件下计算滴头流量和土壤水正压的简化公式，将提出的模型与通过理论推导建立的模型通过不同的方法进行对比、验证和分析之后，得到了最优的地下滴灌滴头流量和土壤水正压的计算模型。
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