枝状管网水力瞬变工况的试验与数值模拟

采用试验并结合特征线法(MOC)对带有一个分支管管网阀门关闭时产生的水锤压力及波动规律进行了研究,试验采用压力传感器监测水锤压力波动、角位移传感器测定阀门的关闭时间及关闭规律,结果表明:MOC方法能较好地预测管网阀门关闭产生的最大水锤压力值,管网监测点计算与试验值相对误差小于13％,但MOC方法计算所得压力波的衰减比较缓慢,而试验得到的压力波衰减很快,是由于在计算中使用的恒定流摩阻所致;在此基础上对5种阀门关闭方案产生的瞬变流动进行了数值计算,表明管路末端2个阀门同时关闭时管网中产生的水锤压力最大,在实际工程中应避免阀门同时关闭的操作;管网最大水锤压力随关阀时间的延长而减小,当阀门关闭时间一定时,采用曲线关闭规律产生的最大水锤压力比直线关闭规律产生的要小,而采用两阶段直线关闭规律产生的最大水锤压力压力小于线性关闭的,对于实际工况中的两阶段关闭应通过延长第一阶段关闭时间以减小最大水锤压力．     

哈密地区特色林果滴灌毛管优化设计研究

对哈密地区葡萄大枣滴灌工程作一简单介绍,在此条件下分别铺设滴灌毛管:一行一管,一行两管,一行三管,一行四管等4种方案[1,2].通过计算各种方案单位面积的投入费用和对各种处理下葡萄、大枣生长量和产量效益分析,最终得出葡萄园4种毛管铺设方式下滴灌系统管带及水电的单位面积投入分别为:1 245、2 400、3 480、4 545元/hm2,与传统的沟灌4 950元/hm2的投入而产量为32.25 t/hm2相比,其产量分别为27.9、34.95、36.3、37.8 t/hm2,选定一行三管的毛管铺设方式最为经济合理.大枣园4种毛管铺设方式下滴灌系统管带及水电的单位面积投入分别为:1 080、1 860、2 565、3 375元/hm2,与传统的沟灌3 225元/hm2的投入而产量为12 t/hm2相比,其产量分别为10.35、13.95、14.4、20.55 t/hm2,选定一行四管的毛管铺设方式最为经济合理.     

聚氯乙烯球阀水流阻力特性及流动规律分析

为了研究排灌工程管网中PVC球阀水流阻力及流动规律,对2种PVC球阀DN75和DN50进行了试验,采用角位移传感器监测阀门开度,同时采用Realizablek-ε紊流模型对2种球阀进行了数值模拟并分析验证,在此基础上对3种规格球阀DN110、DN90和DN63进行了数值模拟研究,得到5种规格球阀的阻力系数计算表达式。比较试验与数值模拟结果,DN75和DN50球阀模拟的阻力系数值与试验吻合的较好。DN75球阀流场特征显示相对开度为0.91时流态比较稳定,无明显漩涡;相对开度为0.36时压力、速度梯度较大,在球阀YZ截面出现大小相当、方向相反的对称漩涡,造成了较大的水头损失。研究结果可为管网的水力计算提供参考。     

不同灌水处理对寒旱区紫花苜蓿叶面积指数的影响

【目的】研究紫花苜蓿叶面积指数变化规律,分析不同生育阶段灌水周期和灌水定额对紫花苜蓿叶面积指数的影响。【方法】对紫花苜蓿在浅埋式滴灌条件下进行大田试验,利用LAI-2200C植物冠层分析仪,测量不同灌水处理在不同生育阶段的紫花苜蓿叶面积指数,运用自定义函数拟合法,拟合紫花苜蓿在最适宜灌水条件下冠层生长模型。【结果】紫花苜蓿在适宜灌水条件下,冠层生长模型为LAI=0.978/(1+exp(5.96-0.271 t+0.002 t²))。对拟合的模型进行检验,实测值和模拟值之间的相关系数r为0.96,平均绝对误差为0.372,拟合的模型对于适宜灌水条件下的叶面积指数具有较好的模拟效果。可为紫花苜蓿高产栽培条件下冠层变化规律提供理论依据。【结论】紫花苜蓿叶面积指数变化基本呈较缓慢生长—快速生长—缓慢下降的规律,在适宜灌水条件下紫花苜蓿叶面积指数生长模型可用改进的Logistic函数进行模拟,且对于适宜灌水条件下的叶面积指数具有较好的预测效果。     

磁化水灌溉对苜蓿生长及产量的影响

为促进干旱地区苜蓿的发展,对2015年和2016年磁化水灌溉处理下苜蓿植株生长势和产量进行试验研究。结果表明:磁化水灌溉可以促进苜蓿植株生长和提高产量,且随着磁化强度增大,其株高、茎粗和产量增大。对比2015年和2016年,磁化水处理平均株高与对照处理相比分别高出17.57和8.31cm,平均茎粗与对照处理相比高0.36和0.13mm,平均产量与对照相比高0.17和0.14kg·m~(-2)。产量与株高和茎粗呈线性相关关系(R=0.968),拟合方程为y=-0.588 6+0.003 6x_1+0.370 8x_2。     

PVC三通管水流阻力与流动特征分析

对DN75×75和DN75×50两种PVC三通管进行了试验与数值模拟研究,结果表明主管-侧管流向的局部阻力系数ζ01和主管-直管流向的局部阻力系数ζ02随雷诺数的增大而减小,在雷诺数大于1.5×105之后基本趋于稳定;ζ01、ζ02与分流比呈二次抛物线关系,通过验证数值计算与试验结果基本吻合.在此基础上对5种常见型号的三通管进行了数值模拟,表明ζ01、ζ02随管径比的增大而减小,ζ01的变化幅度远大于ζ02的幅度,并给出了局部阻力系数随分流比变化的定量表达式;流动特征分析可知引起局部水头损失ζ01的主要原因是水流方向变化的损失和离心力造成的速度分布变化损失,而引起ζ02的主要原因是在较大分流比时水流的剪切和横向环流导致直管分岔处上侧的漩涡运动和流速梯度变化损失.     

灌溉管网中变径管水力特征的试验研究与数值模拟

运用RNGk-ε紊流模型,对不同流速条件下管道中流体的流动进行了数值模拟。给出了6种常见PVC变径管件的模拟计算结果,并选取其中4组进行试验验证。对变径管件的局部能量损失机理进行了探讨,分析了灌溉管网中变径段独特的水流特性及能量耗散机理。结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,得到了局部阻力系数与变径管上下游管径比的拟合关系式。     

紫花苜蓿田间滴灌毛管布置优化研究

【研究目的】为了进行苜蓿浅埋滴灌技术的推广与示范,确定出适宜的苜蓿优质高产的浅埋滴灌布置方式,通过建立数学模型,利用Hydrus-2D软件模拟田间毛管不同埋深和不同间距下的水分入渗特征,采用大田试验进行验证,与模拟结果进行对比分析。结果表明：HYDRUS-2D模拟结果可靠,可用于模拟苜蓿地下滴灌土壤水分运移规律,鉴于埋深5 cm和埋深20 cm时,间距为60 cm时能获得较优产量,且产量相差不大,且由于埋深为5 cm时更容易进行浅埋作业,建议在该地区采用地下滴灌埋深为5 cm,毛管间距为60 cm的布置方式。     

新疆库山河洪水过程模拟分析

全球气候变暖背景下极端洪水灾害频发,对地处干旱、半干旱地区的新疆影响尤为明显,洪水灾害风险增大。为了提高干旱区洪水灾害应对能力,针对新疆典型流域库山河构建了洪水分析计算模型,确定模型关键参数和边界条件,经场次洪水验证,水深平均绝对误差为24.1 cm,相对误差为24%,决定系数为0.66;流量纳什系数为0.86,决定系数达到0.97,模型具有较高的计算精度。利用高精度河道地形,洪水灾害风险普查结果、遥感信息等资料建立流域数据底板,计算了不同频率下洪水行进过程、淹没范围、水深分布以及淹没历时等情景,实现了大尺度、全流域干旱区河流的洪水演进模拟,研究成果可以为干旱内陆区河流洪水风险分析提供技术依据。     

和田河沙漠段生态输水植被恢复遥感评价和植被变化驱动因素分析

【目的】结合和田河沙漠段生态输水以来植被变化情况,评价和田河沙漠段治理成效,研究植被变化的驱动因素,为和田河沙漠段生态修复提供指导。【方法】运用卫星遥感影像数据和野外调查资料,对和田河沙漠段生态输水以来植被响应特征指标NDVI值进行系统研究分析。【结果】2002年生态输水以来,和田河沙漠段NDVI值整体提高,平均增幅达37.24%。生态输水对河岸1~2.75 km范围内植被影响显著,年际间NDVI值呈先升高后降低又升高趋势。整个沙漠段植被呈现上、下游较好,中游较差的特点,两河汇合口下游15~115 km为植被脆弱区域。沙漠段NDVI值变化与气温和河段耗水均呈正相关关系。【结论】和田河生态输水促进河道两岸植被的生态恢复,植被变好趋势明显。沙漠段NDVI值变化与气温和河段耗水密切相关,温度升高和上、下游断面水量损耗（生态引水）增加,均有助于和田河沙漠段植被改善。