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。     

作物遮挡下不同微喷带灌溉关键参数研究

以国内外6种常见类型的微喷带(带宽35、45、60、80mm和带有侧翼带宽55mm和65mm)为研究对象,研究了冬小麦遮挡条件下各种类型微喷带压力流量关系、有效喷洒宽度、水量分布均匀系数Cu等的变化规律。结果表明,60mm和80mm带宽的微喷带流量对压力敏感程度大、流量变动大,且水力性能较差,而其他4种微喷带的水力性能优良;不同类型微喷带有效喷洒宽度和水量分布均匀系数都随叶面积增大明显降低,喷洒的水量大部分都被紧挨微喷带的作物遮挡。相对而言,微喷带双翼N65水量分布均匀性较高且有效喷洒宽度大。     

ZGKQ50-W型抗旱灌溉机与微喷带组合应用性能参数试验

为解决现有机组设备沉重、运行成本不清以及与微喷带组合方式不明确的问题,设计研发了ZGKQ50-W型抗旱灌溉机组,机组选择汽油泵作为动力设备。试验测试了机组首部耗油量及配备4种常用型号微喷带的喷洒均匀系数,计算并验证了与不同微喷带组合后的最大灌溉面积以及灌溉667 m~2土地所需的运行成本。结果表明,机组首部与微喷带组合后的最大运行流量为20 m~3/h,与Ⅰ号微喷带组合后喷洒均匀系数低于70%,与Ⅱ号微喷带的组合方式为2条33 m以2 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为73.30%,灌溉667 m~2土地运行成本为470.9元;与Ⅲ号微喷带的组合方式为3条83.3 m以3.5 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为77.06%,灌溉667 m~2土地运行成本为175.2元;与Ⅳ号微喷带的组合方式为3条99.3 m以2 m的间距并列铺设,组合后的喷洒均匀系数为77.40%,灌溉667 m~2土地运行成本为320.0元。综合考虑喷洒均匀系数及运行成本,Ⅲ号微喷带省工省时,适合进行大面积灌溉;Ⅱ号微喷带灌溉区域灵活性强,适合在小型零散地块使用。     

风对微喷带喷洒均匀度的影响

选用10条长度均为20 m的微喷带,分别在大田进行了风对微喷带喷洒均匀度影响试验.结果表明:在微喷带工作压力50～300 kPa条件下,当风速高于3.0 m/s时,微喷带喷洒均匀度约为20～60%.     

不同工况对喷灌水量分布的影响

为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,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和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.     

2种滴灌带灌水均匀度对铺设长度和进水压力的响应

【目的】探究滴灌带进水压力和铺设长度对灌水均匀度的影响。【方法】以内嵌式滴灌带和薄壁式滴灌带为研究对象,比较了4种滴灌带铺设长度和4种进水压力交互作用下的灌水均匀度。【结果】内嵌式滴灌带的灌水均匀度较薄壁式滴灌带表现更好,且更适合于较长距离铺设使用。建立了2种滴灌带灌水均匀度与滴灌带铺设长度和进水压力的数学回归模型,并利用回归方程寻优发现内嵌式滴灌带滴灌均匀度达到0.95以上的优化铺设长度和进水压力的组合为:铺设长度60.02~109.94 m,进水压力0.09~0.2 MPa;薄壁式滴灌带的优化铺设长度和进水压力的组合为:铺设长度60.05~92.67 m,进水压力0.05~0.2 MPa。【结论】在设计田间滴灌系统时2种滴灌带的铺设长度和进水压力应在上述范围内选取,以保证灌水均匀度满足要求。     

微喷带单孔水量分布影响因素试验研究

为了探究微喷带管径、喷孔结构、工作压力以及喷射角度对单孔水量分布影响,以常用的机械打孔的Ф28,Ф32,Ф40和Ф50这4种微喷带为研究对象,通过调节微喷带的喷射角度和工作压力,研究微喷带正常运行时单孔喷水(其他孔进行遮挡,不混入测试单孔的水流中)特性,测定了不同工作压力条件下射程、湿润面积、干燥区宽度等参数.结果表明:喷水射程随喷射角度先增大再减小,射程最大值为30°~ 40°,随工作压力的增大而增大;湿润区宽度与喷射角度、工作压力均存在正相关的关系;射程与干燥区宽度随喷射角度的变化规律相同;湿润区面积的最大值出现在喷射角度为50°时.在实际运行中,建议微喷带喷射角度为30°~50°,并应根据干燥区与射程合理布置相邻微喷带的铺设间距.     

工作压力及喷射角度对微喷带单孔喷水特性影响的试验研究

针对工作压力及喷射角度对微喷带单孔喷水特性的影响进行了试验,通过对微喷带单孔喷洒射程、湿润区宽度、干燥区宽度、水滴直径以及工作状态下微喷带直径的研究分析,发现:喷射角度为30°时,微喷带单孔喷洒射程达到最大值;湿润区宽度随着喷射角度和工作压力的增大而增大;工作压力为20 k Pa时,微喷带喷洒性能参数曲线波动明显,不宜在实际生产实践中应用;工作压力和喷射角度变化对水滴直径并没有明显影响;工作状态下微喷带直径的稳定程度反映了微喷带喷洒性能的稳定程度。     

旋转式微喷头的研制和性能测试

采用组合双曲面折射,研制了一系列旋转式微喷头,由插杆、接头、微管和喷头4个部件组成,采用标准尺寸联接,各个部件均可更替和改装;通过改变喷嘴的尺寸可生成多种流量、规格的系列产品;变换转轮的流道设计,可生成多种型号的旋转微喷头。解决了微喷头品种单一、产品配套性差的问题。新研制的旋转式微喷头具有喷洒均匀度高、可扩展性强、耐久可靠等优点。通过27组单喷头喷洒试验和14组组合喷洒试验,初步建立了压力、流量、安装高度、组合间距与射程及喷洒均匀度的关系。     

水肥一体微喷带沿程压力及肥液浓度分布规律试验研究

为分析水肥一体化微喷带运行过程中沿程肥液浓度分布规律及影响因素,研究了肥料种类、施肥罐压差对微喷带沿程压力和肥液浓度分布的影响。结果表明,在微喷带铺设长度为40 m时,沿程压力逐渐降低,但降幅逐渐减缓;管首压力越大管道首尾压差越大,微喷带施肥均匀性越低。综合微喷带有效喷洒范围,大田微喷带存在适宜首部工作压力(本研究中的微喷带为50～60 kPa)。N肥(易溶肥料)沿程浓度受施肥罐作用压差影响明显,P肥(难溶肥料)沿程浓度变化趋势平缓,浓度随时间变化急剧。在实际生产实践中,应根据不同的肥料确定合适的工作压力及施肥罐作用压差,选择合适的喷洒时间以保证微喷带施肥均匀性及施肥量。     

射流式喷头水量分布动态仿真及试验

【目的】研究工作压力,喷头组合间距、组合斱式和旋转速度对射流式喷头及多喷头组合喷灌均匀性系数(CU)和分布均匀系数(DU)的影响。【斱法】采用不同工作条件下单喷头和多喷头组合喷灌水量分布的动态仿真代码,对射流式喷头开展了水力性能试验;研究了射流式喷头在不同工作压力及安装高度条件下对喷灌强度、水量分布的影响;建立了水量峰值强度与工作压力的回归关系式;模拟了单喷头在正斱形和三角形组合喷灌下的空间水量分布。【结果】喷头在1.5 m安装高度、100~300 kPa压力条件下,水量峰值集中在5 mm/h附近,标准偏差(STD)为0.23。喷头在100 kPa工作压力,安装高度为1.1、1.3 m的水量峰值强度分别可高达8.9、10.5mm/h。不同工作压力下的单喷头喷灌的DU和CU标准偏差分别为15.5%、9.3%,且DU对压力的变化相对更为敏感。【结论】在实际喷灌工程中正斱形组合喷灌的间距应小于8m,三角形组合喷头之间的间距应布置在8m附近,此时的喷灌均匀度最高,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。     

小麦中后期田间微喷灌土壤水分运移模拟分析

针对小麦中后期微喷灌湿润区域分布特点,探讨了小麦专用微喷带在不同灌溉影响因素下小麦中后期根区土壤水分运移与分布规律。通过试验测量了微喷带在不同灌溉压力下灌水强度,将有效湿润区域划分为4个子区域,得出不同灌水强度作为灌溉边界条件。考虑小麦根系吸水情况下,建立微喷灌土壤水分运动方程及求解条件。利用HYDRUS-2D模型进行微喷灌数值模拟,通过对比分析模拟结果和试验数据,证明数值模拟能够有效反应土壤含水率分布情况。对微喷带在不同灌溉压力、不同灌水下限和不同铺设间距影响因素下进行模拟分析,结果表明:在灌溉压力0.15 MPa时,有效湿润区域大且水分分布满足小麦根系需求;以田间持水量的60%作为小麦灌水下限,有利于降低微喷带铺设成本、节约灌溉水量和提高灌水利用率;在铺设间距440 cm时,根部土壤水分分布呈一条均匀带状且均匀度都在90%左右。本研究可为小麦专用微喷带铺设与运行提供合理作业参数,同时为小麦节水灌溉提供理论参考。      

小麦不同生育期微喷带水量分布均匀性

试验以常用的机械打孔的Ф32微喷带为研究对象,通过调节微喷带的工作压力,研究2种长度微喷带(20,40 m)下春小麦不同生育期水量分布均匀系数的变化规律,通过对不同高度春小麦遮挡下水量分布均匀系数的分析,探究大田试验中微喷带的水量分布均匀性.试验结果表明:作物遮挡会降低微喷带的水量分布均匀性,改变水量空间分布特征,不同作物高度截留的喷射水量不同,通过改变工作压力能改变喷射角度,进而减少作物遮挡对微喷带水量分布的影响,在文中的试验设置条件下,2种铺设长度下的最佳工作压力范围为40~45 kPa;为保证较好的灌溉均匀度,作用压力与微喷带极限铺设长度应合理设置.     

精准施药技术与装备发展现状分析

精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境污染为目的,是施药发展的方向。为此,首先介绍了国内外精准施药技术发展现状,包括变量施药控制系统、控制算法、对靶施药控制技术和基于处方图施药技术现状分析。其次,分析了国内外精准施药装备发展现状:普遍应用于果园的风送施药机极大提高了工作效率及喷雾均匀性;风幕式喷杆喷雾机适用于大田喷雾,在减小劳动强度的同时提高了喷雾均匀性,降低了药液漂失量;循环喷雾机以回收利用沉积药液为目的,可提高药液的利用效率,减轻对环境的污染。最后,通过比较国内外相关领域的研究现状,指出国内精准施药技术研究不足,需要利用电子信息和自动化技术进一步提升精准施药装备水平。     

压片式微喷带单孔水量分布特性试验研究

试验研究了不同工作压力(0.1MPa和0.15 MPa)、不同喷射角度(43°、65°和79°)和不同喷孔直径(0.5、0.6和0.7mm)对压片式微喷带水量分布的影响。试验结果表明,干燥区宽度、湿润区长度和湿润区面积主要受喷射角度影响,均随喷射角度的增大而减小;湿润区宽度相对稳定,但在0.15MPa下,随着喷孔直径的增大有明显的增加趋势;平均灌水强度随着喷射角度、喷孔直径和工作压力的增大均有增加趋势,其中喷射角度影响最为明显。     

组合滴灌管抗堵塞性能研究

【目的】研究Φ16滴灌管在含沙量与系统工作压力下滴头堵塞规律并探究组合滴灌管解决滴头堵塞的方法。【方法】采用试验因素完全组合的方法,分选出粒径小于0.10 mm的泥沙,配制成含沙量为1.00、1.25、1.50 g/L的浑水,分别在0.025 MPa和0.075 MPa压力下,针对Φ16滴灌管,采用周期性间歇灌水试验观测滴头流量,结合克里斯琴森均匀系数和滴头相对流量分析Φ16滴灌管的堵塞规律。重新铺设Φ16滴灌管,将原滴头堵塞部位及前后各750 mm滴灌管用Φ20滴灌管替换,组成组合滴灌管,在相同含沙量与系统工作压力下探究组合滴灌管的抗堵塞性能。【结果】0.025 MPa压力下,组合滴灌管能使堵塞部位分布更集中,含沙量为1.25 g/L时,组合滴灌管的抗堵塞性能较明显;0.075 MPa,组合滴灌管抗堵塞性能随泥沙浓度增大而更明显。【结论】组合滴灌管在一定条件下能够改变滴头的堵塞规律,同时能改变滴头堵塞类型。     

基于VBA的宁夏引黄灌区暗管排水间距计算方法研究

暗管排水工程是控制灌区地下水位,防治耕地盐碱化的主要技术手段。【目的】综合考虑排水条件、排水目的等因素,选择合适的计算方法计算暗管间距。【方法】对几种常用的暗管间距计算方法进行了理论分析并总结了其适用条件,编写了基于VBA的计算程序以实现不同计算方法的优选并确定相应的暗管间距。在此基础上,选取宁夏引黄灌区2个典型暗管排水工程案例进行了分析计算。【结果】稳定流状态下,当kH/q≤100时,宜选择阿维里扬诺夫-瞿兴业公式计算暗管间距,当kH/q>100时,宜选择Hooghoudt公式计算暗管间距;非稳定流状态下,以治渍为目的地区选择按地下水位下降速度计算暗管间距,以防治盐碱化为目的地区选择按排蒸比计算暗管间距。【结论】利用VBA开发的程序可以解决暗管间距计算过程中较繁琐的迭代、累加等计算问题,操作便捷,实用性强;非稳定流方法更适合于宁夏引黄灌区暗管排水间距的计算,银北灌区宜按排蒸比计算暗管间距,银南灌区宜按地下水位下降速度计算暗管间距。