灌溉渠道分水口非等流量配水优化模型研究

灌溉配水优化模型旨在解决渠道各分水口运行时流量调度的最优组合方案,常规的轮灌分组模型只适用于分水口相同流量情况,且采用以小时为单位的各引水时段作为状态变量,变量多,求解不易。对于分水口的流量不相同的情况,提出了以引水开闸时刻和引水结束时刻作为优化变量,以灌溉期总流量保持恒定为目标函数的优化模型,该模型自然满足一次性引水约束条件。采用了多点交叉的改进遗传算法对该模型进行优化求解,提高了收敛速度,优化结果表明该优化模型及求解方法较好地解决了分水口非等流量的问题,具有普遍的适用意义。     

灌溉渠道分水IEI非等流量配水优化模型研究

灌溉配水优化模型旨在解决渠道各分水口运行时流量调度的最优组合方案，常规的轮灌分组模型只适用于分水口相同流量情况，且采用以小时为单位的各引水时段作为状态变量，变量多，求解不易。对于分水口的流量不相同的情况，提出了以引水开闸时刻和引水结束时刻作为优化变量，以灌溉期总流量保持恒定为目标函数的优化模型，该模型自然满足一次性引水约束条件。采用了多点交叉的改进遗传算法对该模型进行优化求解，提高了收敛速度，优化结果表明该优化模型及求解方法较好地解决了分水口非等流量的问题，具有普遍的适用意义。     

配水渠道轮灌组合优化模型及其遗传算法

为满足渠系优化配水中轮灌分组的需要,对配水渠道轮灌组合优化模型进行了改进,在使渠系输水损失最小的基础上,以轮灌组数最少为目标函数,建立轮灌分组的０－１规划模型,用新兴的遗传算法加以优化计算。在基本遗传算法的基础上设计了应用于配水渠道轮灌组合优化的算法,尤其对其编码方式的设计较为巧妙,该算法能更为迅速地得到满意解。     

射流三通组合的水力性能试验研究

【目的】探究支管射流三通与毛管射流三通组合下灌水系统的水力性能。【方法】根据3种支管射流三通进口压力水头(10、12、14 m)和3种滴灌带单侧铺设长度(60、70、80 m)设置9组试验,建立了射流三通水头振幅、脉冲频率、进口流量与水头损失的非线性拟合关系式,并分析了不同射流三通组合对灌水系统灌水均匀度的影响。【结果】水头振幅与水头损失、脉冲频率与水头损失均呈对数函数关系,流量与水头损失呈线性函数关系,且相对误差均小于1%;当支管毛管均采用射流三通时,灌水系统的灌水均匀系数提高了0.43%～0.92%,流量偏差率降低了5.32%～6.68%。【结论】可选择能够提高灌水均匀度的支管射流三通与毛管射流三通的最佳组合,并精确地预测3个模型下灌水系统水头损失的变化规律。     

灌溉管网调压池布置与管径同步优化研究

【目的】保证大规模自压式树状灌溉管网的安全运行,在管网系统中布置若干个调压池进行分区灌溉。【方法】采用基于整数编码的双重编码方法,将调压池和干管管网作为一个整体,以干管管道造价与调压池造价与干管管道造价之和最小为目标函数,以压力节点水头与管道流速为约束条件,建立相关数学模型,并运用遗传算法求解。【结果】该方法实现了调压池布置优化与管径优化的同步进行,最终在系统中共布置2座调压池,分别位于节点2与节点4,将管网系统分为3个区域。优化得到的配水干管总长度10 973.7 m,较人工经验法减少12.02%,系统总投资464.80万元,较人工经验法减少17.23%。优化后每个区域内各节点水头更为均衡,水头差最大区域为第Ⅰ区,仅有12.5m,较人工经验法的26.4m更为稳定均衡。【结论】基于整数编码的双重编码方法可获得较优的自压式树状灌溉管网调压池布置方案,为地形条件相似的管网布置提供了参考。     

矩形渠道分水口水力性能试验研究

为了研究矩形渠道含堰坎分水口水力性能,对不同渠宽比下的分水口进行了试验研究,试验选取了5种流量,每个来流量下通过调节下游水深获得不同分流比,总共75组试验,测量了分水口附近的水深等水力因素,获得了分水口附近的水面变化曲线,分析了影响分流比的因素,根据堰流公式,拟合了各渠宽比下流量系数与相对堰上水头之间的关系式.结果表明:分水口处的水面变化在不同流量下变化规律大致相同,随距分水口距离的不同,水面变化也不同;同一渠宽比、流量下,分流比与相对堰上水头呈线性关系,随相对堰上水头的增加而增加,随主渠道上下游傅汝德数的增加而减小;拟合得到的流量系数计算公式精度较高,相关系数大于0.9,满足测流精度要求.该研究对分水口处水力性能进行了初步的研究,以期为灌区量水提供参考依据.     

立式与卧式自清洗网式过滤器水头损失试验研究

自清洗网式过滤器水头损失决定着过滤器在过滤过程中的工作效果。【目的】探究立式和卧式2种自清洗网式过滤器水头损失的变化规律。【方法】通过室内原型试验,重点开展了自清洗网式过滤器水头损失与进水流量,含沙量与过滤时间关系的试验探究。【结果】2种过滤器水头损失变化规律一致,进口流量对自清洗网式过滤器水头损失的影响远大于含沙量的影响,随进口流量的增加,水头损失增加;同时,根据连续性方程及局部水头损失公式建立了进水流量与水头损失之间的数学表达模型;将试验结果进行拟合验证,发现2种过滤器计算结果与试验结果误差均小于5%,且公式拟合度均可达96%以上。【结论】公式可指导自清洗网式过滤器水头损失的理论计算,确保自清洗网式过滤器最优工况运行。     

清水条件下鱼雷网式过滤器水头损失试验研究

鱼雷网式过滤器是一种新型网式过滤器,其核心部件是鱼雷和滤网。【目的】研究鱼雷网式过滤器在清水条件下的水头损失随流量的变化情况。【方法】本研究分别对过滤器在壳体、滤网(80目、120目)及鱼雷网式条件下的水头损失随流量的变化情况进行分析。【结果】3种试验条件下,过滤器水头损失均随进水流量的增大而增加,但变化情况有所不同;壳体+滤网试验中,相同流量条件下,装有120目滤网过滤器的水头损失比装有80目滤网过滤器的水头损失大;然而,滤网内装入鱼雷后,120目滤网的过滤器产生水头损失比装有80目滤网过滤器的小;根据对流量与水头损失之间拟合关系,每种试验条件下的水头损失和流量符合良好的幂函数关系。【结论】清水条件下,水头损失与流量符合幂函数关系。     

卷盘式喷灌机用斜击式和切击式水涡轮外特性试验与对比分析

【目的】了解斜击式和切击式卷盘式喷灌机水涡轮的外特性。【方法】构建了水涡轮外特性试验装置,测试了一定转速下2种型式水涡轮的流量、进出口水压力、扭矩、转速等外特性数据,获得了2种型式水涡轮流量-水头、流量-轴功率和流量-效率特性曲线以及一定水头下2种型式水涡轮的转速特性,即转速-效率、转速-功率曲线。【结果】斜击式水涡轮的最优运行转速在300 r/min左右,最高效率仅为13.8%,而切击式水涡轮的最优运行转速在600 r/min左右,效率为33.7%。在2种型式水涡轮效率最高时,切击式水涡轮的轴功率增加了34.3%,运行流量减少了约29.7%,效率提高了19.9%。【结论】切击式水涡轮总体性能高于斜击式水涡轮。     

轮灌分组灌溉优化模型与二维编码的遗传算法实现

灌溉优化模型旨在求解干渠各出水口运行时流量调度的最优组合方案，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。在“等流量、变历时”的轮灌分组的优化模型上，采用遗传算法进行了优化，选用了高斯适应度函数，并根据约束条件的特点，提出了二维编码并对选择、交叉和变异过程进行了改进，仿真结果表明该改进的遗传算法效果起好，说明该算法设计是可行的。     

地埋式内镶贴片滴灌灌水器水力性能模拟研究

[目的]探究地埋式内镶贴片滴灌灌水器的水力性能。[方法]对具有M型双肩过滤出口的地埋式内镶贴片滴灌灌水器进行了不同工作压力条件下的流量测试试验,并采用RNGk-ε湍流模型分别对平面简化流道、实际微弯流道、实际微弯流道+进口、实际微弯流道+M型双肩过滤出口以及实际微弯流道+上述进出口的5种情况进行了相应工作压力下的三维数值模拟。[结果]三维全流道数值模拟流量与实测流量相近,其最大误差为8.87%。无控制的出口结构,水流在出水孔中心处形成旋涡,采用M型双肩过滤机构的出口会在主流两侧产生2个旋流,出水孔中心处无旋涡。[结论]地埋式内镶贴片滴灌灌水器流道模型的微弯对贴片灌水器水力性能有一定的影响。滴灌灌水器采用M型双肩过滤机构的出口有利出流且提高了抗堵塞性能。     

渐缩式比例施肥器的设计与试验

【目的】解决压差施肥罐施肥质量浓度随时间衰减的问题。【方法】采用在压力罐中设置可变形的肥袋,压力罐、肥袋与主管连接点中间设置减压阀的方法,研制了一种通过压力罐向管道注肥的渐缩式比例施肥器,实现了比例施肥。理论分析了其并联特性,在此基础上试制了样机,开展了性能试验,测试了4种管道工况下施肥质量浓度变化。【结果】可变形肥袋起到了水肥分隔、水肥等量置换作用,其水力系统为并联管道系统,当结构形式一定时,施肥比例是常数,其仅与2个支路管径以及局部损失系数有关,不受来水管道压力、流量变化影响,同一工况、不同时刻出水管道肥液质量浓度最大偏差为4.7%,来水管道工况变化时平均质量浓度最大偏差为3.5%,属于均匀施肥,施肥器的最大水头损失为0.47 m,施肥比例可在0～10%范围内调节。【结论】研制的渐缩式比例施肥具有施肥质量浓度稳定、水头损失小,适合各种管道压力的特点,可应用于设施农业喷灌、滴灌系统加药、施肥。     

圆形喷灌机系统两井泵汇流装置水力性能研究

【目的】为了满足入机流量需求,圆形喷灌机在实际应用中常用多台井泵并联供水,在喷灌机入机处安置井泵汇流装置,以调节流量和稳定水压。【方法】通过设计两井泵汇流装置,开展了汇流装置水力性能试验及数值模拟,研究了雷诺数和两进口汇流比(较小流量与较大流量之比值)对装置水力性能的影响。【结果】汇流装置的总水力损失模拟值与试验值较吻合,相对误差范围为0.5%～3.3%,且随雷诺数和汇流比均呈二次函数关系,当汇流比为0.8左右时,装置的总水力损失最小;两进口对应的局部阻力系数均不随雷诺数产生变化,但随汇流比变化趋势相反,当汇流比为0.2～1.0之间时,较大流量进口的局部阻力系数为1.16～1.31,较小流量进口的局部阻力系数为1.31～4.22。【结论】两井泵汇流装置结构及水力性能可用于圆形喷灌机灌溉工程设计和运行管理。     

偏心文丘里流量计的试验与数值模拟

【目的】克服传统的文丘里流量计用于低压管道输水灌溉系统测流时上游侧容易产生淤积的问题。【方法】以直管段管径DN100、缩径比为0.35的偏心文丘里管为例,分别进行了实际测流试验及基于FLOW-3D的数值模拟研究,并对偏心文丘里管压力差及流出系数进行了对比分析。【结果】数值模拟的流出系数与试验流出系数基本一致,利用FLOW-3D进行偏心文丘里流量计模拟分析是可行的;偏心文丘里流量计流出系数的相对误差小于5%,能满足低压管道输水灌溉量水要求。【结论】偏心文丘里流量计在低压管道输水灌溉量水领域有较好的应用前景。     

基于混合蛙跳算法的自压微灌管网系统优化设计

【目的】解决自压微灌管网系统布置与管径优化设计的问题,节省工程投资造价。【方法】以新疆某灌区一微灌工程为研究对象,以微灌系统中各级管道的管段长度、管径为决策变量,支毛管允许水头差、工作压力、管径、流速等为约束条件,以管网总投资最小为目标,分别建立了双向毛管布置和单向毛管布置的自压微灌管网数学模型,并采用混合蛙跳算法进行求解,优化管网的布置及各级管道的管径。【结果】该优化设计方法对自压微灌管网系统能够实现管网系统布置与管径的同步优化,优化设计后的方案干管段数减少,干管每一段的长度和每条支管长度增加,部分管段管径减小,所需总投资为469 129.3元,与依据相关规范和经验进行设计的原方案相比,管网投资降低了21.5%。【结论】该优化设计方法所得的优化结果节省投资明显,混合蛙跳算法收敛性能稳定,计算速度较快,具有较高的计算精度,对水源有保证、地面坡度不大且较为均匀的自压微灌管网系统的优化设计具有一定的应用价值。     

薄壁微喷带沿程水头损失试验研究

【目的】研究薄壁型微喷带沿程水头损失的水力性能。【方法】采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43、N45、N50、N64 mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改,得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。【结果】薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。【结论】采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。     

南方大型灌区水稻田灌溉制度实时优化方法研究

【目的】提高南方大型平原自流灌区农业用水效率,发展精准灌溉。【方法】针对江苏省洪金灌区,基于降雨短期预报和水量平衡方程,开展水稻灌溉制度的实时优化研究。【结果】基于7 d短历时天气预报,2017年7月7─13日洪金灌区采用实时优化方法确定的灌溉方案与传统灌溉制度相比,在满足同样灌水要求情况下的灌溉水量减少了32%。【结论】该方法对南方水稻区种植具有普遍指导意义,能够更加精确地安排水稻灌溉制度,提高雨水利用率,优化地区水资源分配。