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84 节水灌溉· 2005 年第 5 期
文章编号: 1007 4929 (2005) 05 0048 02
毛细束自适应灌溉初探
左宇1 ,李绍才1 ,2
(12. 四2 川大学生命科学学院, 四川成都 610064 ;2. 四川励自生态技术有限公司,四川成都 610031)
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摘要:介绍了一种新兴的节水灌溉技术:毛细束自适应灌溉。其具有高度节水,无需或只需很少外界动力,自动
根据土壤含水量调整供水多少等优点。阐述了毛细束自适应灌溉的作用原理以及毛细束自适应灌溉中的几点关键
问题。
关键词:节水灌溉;毛细束;自适应灌溉
中图分类号:S275. 9 文献标识码:B
我国现阶段的节水灌溉技术中,渠道防渗技术和低压管道 F = 2π rαcos φ
输水技术造价较低,但节水程度不高,且多运用在北方地区;喷式中:ρ为水的密度; h 为水柱上升高度; r 为毛细管内半径;φ
灌技术和微灌技术节水程度较高,但一次性投入较高,且水资为接触角;α为表面张力系数。
源利用率(WU E) 也有待提高。供水过程中根据植物的需要及
时调节供水量的大小,才能达到最大节水的目标,按需供水,是
节水灌溉发展的最终趋势。节水灌溉工程强烈的呼唤着新技
术的诞生,以便使水资源利用在可持续发展的道路上更好的发
展,毛细束自适应灌溉在这种情况下便应运而生。
1 毛细束自适应灌溉原理
1. 1 毛细作用
毛细管插入液体中时,液体沿管径上升或下降一定的高
度,这就是毛细现象。毛细现象的产生是由液体浸润或不浸润
固体及液体表面张力作用共同产生的,说到底它是由多种界面图 1 毛细管作用示意图
[1 ]
张力共同作用的结果。 1. 2 土壤中的毛细导水
毛细管具有提水作用,这是因为水表面类似张紧的橡皮土壤是一个极为复杂的毛细系统,其中的毛细管有吸水作
膜,如果液面是弯曲的,它就有变平的趋势。因此凹液面对下用。在有地下水或者低于灌溉平面的水源持续供应的情况下,
面的液体施以拉力,凸液面对下面的液体施以压力。水在毛细支持毛细管中水上升的最大高度 H ( mm) 约为 75/ d , 其中 d
管中的液面是凹形的,它对下面的液体施加拉力,使液体沿着(mm) 为土粒的平均直径。土粒直径越小,土壤毛细吸水作用
管壁上升,当向上的拉力与管内液柱所受的重力相等时,管内的提水高度就越高,当土粒直径为 0. 001 mm 时,理论提水高
的液体停止上升,达到平衡。根据静力学原理求平衡高度,以度可以达到 75 m[2 ] 。
毛细管插入水中为例,系统到达平衡状态,如图 1 所示。此时土壤中水势则给吸灌另一方面的解释。土壤水所具有的
水柱受重力 G及固气界面通过弯曲液面作用于液柱的向上的势能,即可逆和等温条件下,在大气压下从特定高度的纯水池
附加力 F (为液体表面张力向下分量的反作用力) 作用。当平移极少量的水到土壤水中,单位数量纯水所须做的功。在一般
衡时水柱所受合力为 0 ,即 G = F,可求得水柱上升高度 h。干旱的情况下,土壤水势可以达到- 0. 8 MPa 。此压力在毛管
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G = ρπ r g h 连通的情况下,理论上可以使水上升 82 m。
收稿日期:2005 05 13