[发明专利]灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法

说明书

灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法属于农业工程技术领域，目的在于解决现有技术存在的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力以及农田非饱和条件下暗管排水困难的问题。本发明包括：箱本体；集水箱；和所述暗管插孔配合的插入式暗管或木塞；所述插入式暗管位于箱本体内部的部位设置有多个暗管水孔，所述插入式暗管一端通过暗管供水单元和所述集水箱连通，另一端和外部收集设施连通；地下水模拟结构，所述地下水模拟结构通过地下水供水单元和集水箱连通；设置在箱本体外表面所述传感器插入孔开孔处的气嘴；以及设置在所述箱本体一侧面中轴位置的一列由上至下布置的等高差的7个测压管。

技术领域

本发明属于农业工程技术领域，具体涉及一种灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法。

背景技术

排水暗管因可以有效控制地下水上升、降低地下水矿化度、改善土壤理化性质、节约土地，增加粮食产量而被大量使用在防渍涝地区和盐碱地改良地区。暗管的间距和埋深制约着工程的排水效率和经济效益，直接影响到塑料暗管排水降渍技术的推广应用。暗管的埋深主要决定于保证作物正常生育所需要的地下水埋深，同时考虑必要的剩余水头。(引自邵孝侯，俞双恩，彭世彰.圩区农田塑料暗管埋深和间距的确定方法评述.灌溉排水，2000，19(1)：34—36.)

传统的排盐管间距的确定有三种方法：试验法、经验法、理论计算法。田间试验法具有一定针对性，符合试区所在条件，反映实际效应，是一种最可靠的暗管间距确定方法，但开展试验研究一般需要几年时间、费力、实施有一定的困难。经验法需大量走访调查，并研究整理其他地区的试验资料，归纳分析，总结各种情况产生的原因，分析暗管间距与其主要影响因素如暗管埋深、土壤质地等有决定影响的指标之间的关系，确定一个合理的暗管间距。理论计算法一般是根据水量平衡原理和渗流力学原理推导得出的。

传统的暗管滤层结构是暗管四周铺设一定厚度的滤料如细砂、卵石、煤矸石、炉渣等。事实证明传统的滤层结构暗管排水、排盐效果只有在土壤水饱和条件下得以体现，但是在非饱和土壤中很难起到作用。暗管排水只能依靠土壤水的重力作用和压力势，而这两种力在非饱和土壤中要么很小，要么不存在(引自李显溦，左强，石建初，等.新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用.水利学报，2016，47(5):616-625.)。非饱和条件下，如果采用完全包裹暗管的滤层结构，水分在滤层中所受到的脱水滞后阻力大于其在滤层中的绕流阻力，使得土壤水易绕流到暗管底部而无法排入暗管，难以发挥暗管排水作用(引自秦文豹，李明思，李玉芳，刘洪光。滴灌条件下暗管滤层结构对排水、排盐效果的影响。石河子大学，水利建筑工程学院，新疆，石河子832000.)。

上述只针对暗管排水条件下，利用暗管排水排盐效果的优劣来确定暗管埋深、间距以及滤层结构。而现有技术中缺少针对利用暗管进行灌排一体时，土壤的水分运移规律的研究，且利用土壤水分运移规律确定暗管埋深、间距以及滤层结构并不可见。因此，研究暗管灌排一体时土壤水分运移规律，以及用其确定暗管埋深、间距以及滤层结构是研究暗管工程设计提供参考依据所需要的。

现有的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力，都是从暗管的排水排盐效果角度上说明暗管的最优间距和埋深，针对不同的土壤水分运移机理不具备普遍性；传统的暗管滤层结构排水时土壤水分会在暗管四周出现绕流现象，汇集到暗管底部，这主要是因为包裹暗管的滤层是同一质地的多孔介质，形成了围绕暗管的土水势梯度连续场，水分一旦绕流到暗管底部，要想进入暗管，只能依靠压力势的作用，所以在微灌条件下暗管排水效果不理想；土壤饱和垂向入渗速率试验方法一般有单环入渗、双环入渗法，两种方法在试验开始前使土壤饱和的手段是将土壤浸泡在水中一段时间使其饱和，但是实际上土壤饱和与否我们并不能准确的判断，因此试验中我们测得的土壤饱和垂向入渗速率比实际的入渗速率偏小。

发明内容

本发明的目的在于提出一种灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法，解决现有技术存在的暗管间距、埋深确定方法复杂、耗时、费力以及农田非饱和条件下暗管排水困难的问题；从水分运移机理上确定暗管灌、排的最优间距与埋深，还可从箱本体外部直观的看出土壤水分运移过程。