以灌水量均等为目标的喷灌支管设计方法

在传统的喷灌支管设计中,支管上各喷头等间距布置,但是沿支管灌水量不相等。为此提出一种实现沿支管灌水量相等,但允许喷头间距变化的支管设计方法。采用这种设计方法可以提高喷灌灌水均匀度,并且能在不增加用水量和不均加能耗的情况下,增加支管灌溉面积。最后给出一个算例,说明这种方法的计算过程及应用效果。     

广场草坪地喷灌设计和施工过程研究

广场草坪地喷灌系统既满足灌溉要求,又具有景观效果.结合广场草坪地喷灌工程实例,阐述喷头选择与布置、喷头间距和支管间距的确定、干管与支管的管径计算、管道水头损失计算、喷灌强度计算、水泵选配等设计方法以及开挖管道沟、安装管道和立杆、安装水泵和控制系统、安装喷头等施工过程和注意事项,以供大面积生产参考.     

固定管道式喷灌系统支管的布设方法

传统固定管道式喷灌系统中的支管一般为最末一级管道,一般为单管顺长布置,支管上不再分支,喷头全部均匀分布在各条支管上,其缺陷是喷灌支管布设密度高,增加固定管道式喷灌系统的投资成本。为降低管道布设密度和投资成本,提出了一种新型支管布设方法,即在传统支管布设的基础上间隔去掉一半原有支管,保留原支管上的喷头位置不变,在保留支管上每间隔一个喷头增设一个垂直于支管的短管,向被去掉支管上的喷头供水。从支管布设密度和管材用量两个方面对新型和传统两种布设方法进行了对比分析。结果表明,新型布设方法降低了支管的布设密度,当喷头为正三角形布置时,支管布设密度降低率为7%。当喷头为等腰三角形布置,且喷头间距为支管间距的两倍时,支管布设密度降低率为25%。新型布设方法增加了支管管材用量,管材用量增加率始终大于141.4%,需要通过变管径的设计方法降低管材用量增加率。研究结果为固定管道式喷灌系统的支管布设提供了一种新的方法,为降低喷灌系统管道投资成本提供了一种新的思路。     

最优喷头组合形式选择方法的探讨(上)

一、现有方法述评喷头组合形式包括组合方式(矩形或三角形)、支管方向、喷头沿支管的间距和支管间距。喷头组合形式的确定是喷灌系统设计的关健步骤。喷头组合形式的选择将直接影响喷灌效果、设备投资和运行管理费用,而当前却没有一种全面选择最优喷头组合形式的方法。目前普遍采用的确定喷头组合间距的方法有以下几种:     

固定式喷灌系统田间工程改进设计的研究

本文研究了固定式喷灌系统田间工程中支管、竖管喷头的改进设计问题,讨论了降低工程造价的方法。通过改变轮灌制度,减少支管同时工作的喷头数,以减小支管管径,减少喷头及竖管的数量,提高喷灌系统技术经济指标,降低成本,并应用到实际工程中。     

均匀坡度上的喷灌系统设计

前言由克里斯琴森(Christiansen)(1941)提出的均匀系数已普遍作为喷灌设计的准则,在一定的重叠图形下,支管和喷头的间距对它起主要作用。然而,在重叠图形情况下,也要求沿支管的压力变化保持在容许的范围之内,以便各个喷头流量的变化在一定的范围之内。在喷灌支管中的流动状态是稳定的並随空间变     

半固定式喷灌系统移动支管的设计方法

文章刊登在《水利水电技术》1987年第3期上。该文探讨了在半固定式喷灌系统中干管每亩用量与支管长度、移动支管长度与喷头间距系数、移动支管亩造价与喷头间距系数及组合喷灌强度与喷头间距系数等几方面的关系,得出如下结论: 1.干管亩用量开始随移动支管长度的增加而急剧下降,而后下降幅度尚趋平缓,移动支管以     

微喷灌工程中支管经济管径图解法计算及应用

现代农业节水工程的经济学问题非常重要，节水灌溉工程管道经济管径选择是一项重要的工程决策。在工程设计中，一般对干管的经济管径进行计算选择，而支管的经济管径选择常常没有得到足够的重视，其主要原因在于选择方法是太复杂，并且设计出的灌溉系统工程造价往往偏高。因此，借鉴《美国国家灌溉工程手册》，根据微喷灌系统支管特征值、流量、保持期望的压力水头差以及产生期望的灌水器平均流量所需的进水口压力等，通过图解方法，计算出支管的经济管径，确定变径支管各种不同管径的长度，能较简便地完成支管经济管径的选择工作。实践证明，应用图解法进行支管径济管径选择，计算结果较为精确，能满足设计要求，而且工程造价可以降低10％左右。     

半固定式喷灌系统喷头最优组合间距的选择

不同形式喷灌系统的单位面积造价随着喷头间距S_L和支管间距S_m而变化的规律是不同的。因此,在采用电子计算机模拟特性曲面法选择喷头组合间距时就要找出其各自的变化规律,绘制各自的投资特性曲面。半固定式喷灌系统的特点是一套支管要先后在喷灌系统上多个位置重复使用。由于同时工作喷头数是S_L和S_m的函数,所以对于一定面积的喷灌系统,其重复使用位置的数目也是随着S_L和S_m而变的。考虑到这些因素,一个如图1所示的典型半固定式喷     

喷灌评价的简化方法

作为干、支管上喷头间距的函数的灌水均匀度和灌水深度的计算机模拟结果,用来作为研究无风条件下固定、半固定喷灌系统性能评价的简化方法。传统的在整个有效控制面积上格形布置的全套雨量筒设备可减少为等间距地布置于同一支管上两喷头间的10个雨量筒设备。根据模拟的结果,在干管间距小于0.65倍的湿润直径(0.65D)的情况下,简化法能取代精确法。这个间距值不超过詹森1980年提出的无风条件下,干管间距为0.65D的标准。同时,由于建改支管间距不超过干管间距的一半的规定,那么支管的最大适用间距为(0.65/2)D。而且,对于支管间距大于此限值的情形,简化法与精确法的应用结果也是一致的。尽管简化法已显示出可用于测估均匀度,然而对于估测灌水深度却不怎么行。平均灌水深度可通过喷嘴流量和喷头间距的测定值计算得到。     

基于PWM技术的平移式变量喷灌机喷头流量分配方法

大型平移式喷灌机采用脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)技术实现变量灌溉作业,因喷头间喷洒区域相互重叠,由地块管理区的设计处方值求解单喷头流量较为困难。首先根据Nelson R3000型单喷头喷洒特性,得到平移式喷灌机沿桁架方向的一维叠加水量分布特性,以及平移运动后的二维叠加水量分布特性,分析确定了由4个喷头重叠喷洒控制一个管理区,并得到喷头区域喷洒分配率,在此基础上提出了按处方值进行喷头流量分配的加权均分法和基于遗传算法(Genetic algorithm,GA)的分配法。通过管理区喷洒误差分析得出,当相邻处方值变化幅度不超过最大处方值的33%时,精度可以达到5%。为了弥补GA法导致喷洒均匀性下降的不足,将加权均分法和GA法组合应用,有效降低了处方值突变带来的喷洒误差,同时保证了处方值变化较小区域的喷洒均匀性。本文方法可以扩展到4个以上喷头重叠喷洒控制一个管理区的应用场合。     

轻小型喷灌机组能耗分析与多元回归模型

为了研究配置参数对轻小型喷灌机组能耗的影响,在基于遗传算法的喷灌机组能耗计算模型基础上,以机组4.4CP-45为例,采用四因素三水平考虑交互作用的正交设计,就管道管径、喷头间距、喷头数、喷头工作压力及其交互作用对机组单位能耗的影响进行了对比分析,在此基础上建立了机组能耗的多元回归模型.研究结果表明,喷头工作压力对能耗的影响最显著,其次为管道管径,喷头数的影响也很明显,喷头间距对能耗的影响体现在与其他参数的交互作用中.4组主要的交互作用因素中,喷头间距与喷头数的作用最敏感,其后依次为管径与喷头数、喷头间距与管径、喷头间距与喷头工作压力,因而在机组配置参数的选择中,参数间交互作用不可忽略.经综合比较,机组配置参数最优组合方式为喷头间距为15 m、管径为80 mm、喷头数9个、管道末端喷头工作压力为0.25 MPa,此时机组单位能耗为4.53 kW·h/(mm·hm²),比优化前降低了22.6%,比只考虑单因素作用得到的最优组合方式降低了1.0%,且配置参数的选择更能为用户所接受.机组能耗多元回归模型复相关系数达0.88,确定性系数为0.774,比较可靠,能为喷灌工程设计及性能评价提供一定的借鉴作用.     

坡地喷灌水滴直径与动能强度分布规律研究

在室内无风条件下应用视频雨滴谱仪实时监测了不同坡度下喷洒水滴直径和速度等信息,研究了不同坡度下水滴平均直径及直径频率沿射程方向的变化规律,分别建立了水滴平均直径、速度与坡度等之间的数学关系。以此为基础,结合坡地喷灌水量分布计算方法,提出了无风条件下坡地喷洒水滴动能强度计算模型,并通过试验验证了该模型的正确性。以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,应用该模型重点分析了不同喷头布置方式、间距和坡度对组合喷头打击动能强度分布的影响。结果表明:随着喷头间距的增大,动能强度分布越来越不均匀,且动能强度高值区所占比例不断减小;坡度变化对坡面动能强度分布影响并不明显;三角形布置方式对减小坡地喷灌打击动能强度具有一定作用。同时考虑打击动能强度和水量分布,在坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,建议优先采用三角形布置,且间距为0.8倍的平地喷头射程。     

水药一体化喷头结构设计与水力性能试验

将水药一体化技术应用于喷灌系统中,设计了一种新型水药一体化喷头.对喷头结构及工作原理进行分析,采用五因素四水平正交试验,研究在低压150 kPa和中压350 kPa下,喷头内流道结构对喷头流量、射程、喷洒净高度、喷洒均匀性系数等水力性能的影响规律,进而得到水药一体化喷头的最佳结构组合.研究结果表明:在同等条件下,增大喷...     

组合方式对喷灌均匀度的影响研究

【目的】研究喷头不同组合方式对喷灌均匀度的影响,得到最佳的组合方式。【方法】根据FYRB471 型喷头在不同工作压力下间距1 m采样所得的无风喷洒降水强度,针对喷头分别呈正三角形、正方形、正六边形等组合方式,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数计算了相应的喷灌均匀度。【结果】当工作压力一定时,不同组合方式下的喷灌均匀度都随喷头间距的增大而减小;当喷头间距一定时,组合均匀度与工作压力正相关。当间距小于5.5 m时,不同工作压力下3 种组合方式的均匀度相差不大;当间距大于5.5 m时,随着工作压力或者组合间距的增大,正三角形组合方式所提供的喷灌均匀度最优,正方形组合方式次之,正六边形组合方式最低。正三角形组合方式喷头间距变大时,喷灌均匀度降低;工作压力过大或间距过小时会增加成本,因此农业生产可兼顾考虑效率和成本选择喷头的组合方式以及工作压力,制定合理的喷灌方案。【结论】当组合间距介于5.5 m和8.5 m之间,工作压力介于200 kPa 与320 kPa 时,应考虑采用正三角形组合方式,此时的喷灌均匀度最高,达80%以上;当组合间距小于等于5.5 m时,不同工作压力下的均匀度基本相同,应考虑采用正六边形组合方式,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。     

Analysis of water application cost with permanent set sprinkler irrigation systems

In order to identify the subunit design incurring the lowest costs, it is necessary to consider various factors, thereby assuring the correct hydraulic performance of the subunit. Water application costs with a sprinkler irrigation system comprise: investment cost (pumps plant, pipes, sprinklers, ditches), energy, manpower, maintenance and water costs. This work analyses the influence of different design and performance factors, such as subunit arrangement, spacing, working pressure, average application rate, and application efficiency on water application costs in a permanent set sprinkler irrigation subunit. The results show that the most important factor is the spacing between sprinklers. The next most important factor is the shape of the subunit (number of laterals and number of sprinklers per lateral). Working pressure is important too, since a decrease in pressure will result in a decrease in energy costs, although pipe diameter will need to increase. The higher the average application rate of the system, the higher the water application cost. The influence of irrigation efficiency is higher as water price increases. The water application cost can be reduced by 40% when application efficiency increases from 60% to 90%.Communicated by A. Kassam     

影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数正交试验

为了探究影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数对水力性能的影响程度,并选出综合水力性能最优下的重要参数组合,首先设计了4因素3水平正交试验,并根据试验要求分别加工出3种长度(4.2,5.6,7.0 cm)的喷管、3种直径(3,4,5 mm)的喷嘴,以及射流进口宽×深为4 mm×8 mm、位差1.80 mm、侧壁夹角20°、劈距28.0 mm、3种喷射仰角(20°,30°,40°)的射流机构,用于水力性能测试.采用综合评分法和极差分析法对正交试验结果进行处理,并引入了射程和喷灌均匀系数对试验结果进行评价.结果表明:影响喷头综合水力性能的重要参数,影响程度由大到小依次为喷射仰角、主副喷嘴直径、工作压力、主副喷管长度.得到了在此射流机构下的最优重要参数组合为工作压力0.35 MPa、主×副喷嘴直径5 mm×4 mm、喷射仰角30°、主×副喷管长度4.2 cm×4.2 cm.试验结果可为该型国产喷头的产品化和未来工程应用提供理论数据支撑.     

平移式喷灌机同步行走控制雨量分布仿真

通过单喷头雨量分布室内试验,获取雨量分布信息及出水轨迹信息.利用三维建模、粒子系统等虚拟现实技术,结合实际的雨量分布数据及出水轨迹,模拟出喷头喷洒水雾的三维动态模型.研究喷灌机各跨同步行走时前进方向喷灌雨量分布均匀性,实现前进速度的最优化.分析喷头配置间距和喷头高度对横向灌溉均匀度的影响,优化平移式喷灌机喷头配置.在进行单喷头雨量分布室内试验的基础上,建立了雨量分布仿真模型.仿真结果和现场试验表明：改变驱动电机的频率可以实现纵向的变量灌溉,横向的灌溉均匀度取决于喷头的型号和压力,田间与仿真试验得到的水分分布数据最大相对误差为3.39%,证明仿真模型的可信度.为平移式喷灌机同步行走控制条件下变量控制对灌溉效果的影响和优化研究提供了手段.