畦灌关口时间优化改善灌水质量分析

灌溉关口时间是灌溉管理中的重要要素之一,合理关口时间的确定能有效改善田间灌水质量。该文在提出畦灌控制指标R和畦灌关口时间优化方法的基础上,将畦灌模拟模型与关口时间优化方法相结合,对土质、畦长、坡度、田面平整精度和入流量不同的106 176个灌溉事件进行灌溉模拟及关口时间寻优分析,提出了不同灌溉条件下畦灌关口控制模式。畦长小于70 m下R值不宜小于1,若同时坡度大于3‰且田面平整精度很好则R值不宜小于1.1;畦长大于70 m下坡度小于1‰时,R的范围为0.8~1;坡度大于1‰时,R的范围为0.75~0.95。研究结果对畦灌关口控制依据具有重要的指导意义,实际灌溉中R准确取值可参考表2给出的建议值。     

不同畦面结构下地面灌溉效果的对比分析

为研究畦面结构变化对地面灌溉效果的影响,在4种不同畦面结构的大田灌溉试验基础上,用WinSRFR3.1模型对平作畦灌、细沟灌、畦作浅沟灌和微垄沟灌的田面土壤特性参数和灌水效果进行估算和模拟,比较了不同灌溉方式由于畦面结构改变引起的田面土壤特性和灌水效果差异,并提出不同畦面结构的适宜畦田规格。研究认为,不同畦面结构的田面糙率系数和土壤入渗特性差异明显,微垄沟灌糙率系数最大而平作畦灌糙率系数最小,平作畦灌入渗速率最快而畦作浅沟灌入渗速率最慢;对长畦田来说,畦作浅沟灌灌水效果最好,微垄沟灌次之,平作畦灌最差;在     

不同灌水技术要素组合下畦灌灌水深度的控制目标

研究地面灌溉反馈控制技术,加强对灌溉过程的控制和管理是当前改进地面灌溉技术的重点所在。该文基于以往研究成果,结合农民实际灌水经验,提出3种灌水深度控制目标(即田面最小灌水深度大于0时关口,入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口,田面最小灌水深度等于灌溉需水量时关口),并借助灌溉模拟模型以确定关口时间,从而控制灌溉水量。将田间试验与数值模拟相结合,分析不同土质、地形、畦长、入畦单宽流量下灌溉性能指标值对3种灌水深度控制目标的响应关系,确定不同灌水技术要素组合下适宜的灌水深度控制目标。结果表明,灌水深度控制目标对灌溉性能指标值的影响程度受畦长影响最为明显,其次是田面坡度和土质、再后是田面平整精度,入畦流量的影响不明显。砂壤和黏壤土质下畦长为50 m时,灌水深度控制目标取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为100 m时,零坡度下灌水深度控制目标取田面最小灌水深度大于0时关口最佳,有坡度下取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为150 m时,除黏壤土有坡度田面平整精度好的情况采用入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳外,其他建议采用田面最小灌水深度大于0时关口。研究成果为畦灌反馈控制方案的制定提供了决策依据。     

激光控制平地方法的经济可行性分析

根据激光控制土地精平试验结果和不同田面平整精度处理下的田间畦灌对比试验数据,对激光控制平地成本费用和节水增产效果进行分析,完成激光控制平地方法的经济可行性分析。土地精平成本费用随田面平整绝对改善度的增加呈线性增长,节水增产效益随田面平整精度的提高明显增加。在激光精平效果3年持续期内,考虑激光控制平地设备折旧下的静态效益费用比值为1.8,动态下的相应比值为1.6。农田生产力提高带来的节水增产效益超过土地精平成本的事实表明,在我国现状条件下采用激光控制平地方法可以获得较好的收益回报。     

区域尺度内畦沟灌溉灌水技术要素组合的优化研究

以陕西省杨凌区进行的大田灌水试验为基础,采用SRFR软件对大田灌水试验的灌水质量进行模拟,将实测结果与模拟结果进行了对比。结果表明SRFR软件模拟畦灌和沟灌灌水质量可靠。以SRFR软件为基础,通过改变不同灌水技术要素组合,提出了研究区域内不同条件下畦灌和沟灌灌水技术要素的优化组合。该研究结果可提高现有畦灌和沟灌技术的灌水质量,达到常规地面灌溉的节水目的,同时也可为其它地区制定地面灌溉灌水方案提供方法借鉴。     

地面灌田面行水流动的数值模拟及应用

根据我国地面灌现状提出极限灌水状态和最佳灌水状态及其灌水技术参数的概念。用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法和Ｐｒｅｉｓｍａｎ法对畦灌田面行水流动的零惯性模型进行求解，实现畦灌田面行水流动模拟。在此基础上探讨了畦灌的行水、入渗机理。用计算机模拟试验方法建立极限灌水定额ｑ_０、Ｌ关系的数学模型，并研究灌水技术参数ｑ_０、Ｌ对极限灌水定额的影响，进而探讨了ｑ_０、Ｌ对灌溉系统性能的影响。给出了适宜的畦长Ｌ和单宽流量ｑ_０的确定方法。结合通县宋庄地区实际，给出了该地区冬小麦适宜畦幅规格与灌水技术参数。利用上述畦幅规格与灌水技术参数对冬小麦灌水，收到节水增产的效果。     

滴灌系统滴头设计水头的取值依据

滴头设计水头是滴灌系统中的重要技术参数,为解决其取值缺乏理论指导的问题,研究了滴头设计水头的取值实质、提出了评判灌区田面状况对系统灌水质量影响的指标——高差流量偏差率及其算式;用此指标对不同田面状况下现行滴灌系统进行评判,结果表明：滴头设计水头采用习惯取值,常使滴灌系统对地形的适应能力过高,造成投资和运行费用的浪费,是滴灌系统一项可以挖掘的潜力;进而按滴灌系统适应地形的能力与灌区田面状况相匹配的原则,导出了滴头设计水头的计算式。     

基于土壤入渗变异性的畦灌单宽流量优化

农田土壤入渗变异性给畦灌系统的设计和管理带来了困难.为进一步提高畦灌灌水质量,该研究利用已有考虑土壤变异条件下的畦灌灌水质量计算模型,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,扩展了模型的使用范围,并结合畦灌试验资料对其进行了验证;在此基础上分析了土壤入渗变异性对畦灌灌水质量的影响,提出了考虑农田土壤入渗变异条件下入畦单宽流量的确定方法.结果表明,文中扩展后的模型可用于计算异质土壤和均质土壤情景模式下的畦灌灌水质量指标,其计算值与田间实测值和WinSRFR软件模拟值一致性较好,相对误差均值分别为10％;土壤入渗变异对畦灌灌水质量的影响显著,贡献度高达56.71％～95.68％,其对灌水均匀度的影响最为敏感,其次为灌水效率和储水效率;基于均质土壤入渗条件下优化的入畦单宽流量,可用于异质土壤畦灌灌水流量设计,两者符合1∶1的线性关系.研究结果可为考虑农田土壤变异性的畦灌系统设计和管理提供理论依据和技术支撑.     

不同地表状况耕地的田面糙率研究

田面糙率是影响田面水流运动的重要参数之一.该文针对裸地、翻耕地和作物地3种不同地表状况耕地的田面糙率进行研究.分析确定了裸地和翻耕地田面糙率的主要影响因素为田面凹凸程度,作物地田面糙率的主要影响因素还包括根茎宽度和根茎高度;进行了3种地表状况的田面凹凸程度、根茎宽度和根茎高度的田间实测及田面水流运动试验;将零惯量模型与优化方法相结合,建立了田面糙率求解的优化模型;根据田面实测资料,利用优化模型求得3种耕地的田面糙率值,据此,建立了裸地、翻耕地和作物地3种耕地田面糙率与其主要影响因素之间的关系式,验证试验结果表明,所建立的关系式正确.这对合理设计田面灌溉系统,提高灌水质量具有重要参考价值.     

随机生成的畦面相对高程最小样本容量确定方法

利用畦面微地形随机模拟方法开展微地形空间变异性对畦灌系统性能影响的分析评价中,如何确定随机生成的畦面相对高程最小样本容量成为关键所在。针对特定的畦灌数值模拟试验条件,借助概率统计学原理与方法,基于构建的畦灌系统性能评价指标的统计特征值与随机生成的畦面相对高程样本容量阎的关系,确定用于表征总体的随机生成的畦面相对高程最小样本容量。结果表明,对同类畦头而言,较佳畦面平整状况下要求的最小样本容量较少,而较高估计区间精度下要求的最小样本容量较大,且最小样本容量值对估计区间精度非常敏感。随机生成的畦面相对高程最小样本容量的确定,可为开展畦面微地形空间变异性对畦灌系统性能影响的数值模拟分析与评价提供有效的依托手段。     

激光控制平地系统控制技术的研究与试验

该文基于模糊控制理论,研制开发了一套与中国常用中等功率拖拉机匹配、面向旱田土地精细平整作业、具有自主知识产权、价格低廉、性能优良的激光平地机的控制系统。试验结果表明：研制的液压控制装置具有良好的静动态特性,泵的卸荷压力为0.4 MPa,平地铲提升时的滞后时间为80 ms,下降时的滞后时间为44 ms,并且无静沉降;激光控制平地系统的平整精度可达到2.5 cm,作业效率0.81 hm²/h。     

农田土地激光平整技术应用及初步评价

平整土地是一项改进田间地面灌水质量的重要措施,作为世界上最先进的土地平整方式——激光平地技术已在欧美发达国家广泛应用。该文介绍了激光平地设备的构成和工作原理,在初步应用基础上,对激光平地效果、作业效率、平地成本等进行了分析评价。结果表明激光平地方法可以使田块平整精度指标达到小于２ｃｍ的水平,在目前华北平原井灌区内现有农田地面平整状况下,土地平整精度每改善１ｃｍ所需投入的直接平地费用约为８３ＲＭＢ元／ｈｍ^２。     

激光控制农田土地精细平整应用技术体系研究进展

借助激光控制技术、GPS和GIS、先进机械制造技术等现代高科技手段对传统的农田土地平整技术与方法进行升级改造并构建激光控制农田土地精细平整技术。激光控制农田土地精细平整技术的推广应用,可明显改善田面微地形条件,大幅度提高地面灌溉条件下的灌溉效率与灌水均匀度,获得显著的节水、增产、省工、提高土地利用率等效果。该文在阐述具有中国特色的激光控制农田土地精细平整应用技术体系构架基础上,对近年来国内开展的主要研究工作及取得的成果进行了综述,探讨了激光控制农田土地精细平整应用技术体系的发展趋势与研究方向。     

水田激光平地机调平系统动力学建模

为实现基于动态过程模型的控制,提高平地机调平控制系统控制精度和稳定性,该文建立平地机调平系统动力学模型。水田激光平地机调平系统是一种典型的机械电控液压一体化结构,该文建立其从比例阀输入电流至平地铲水平倾角的动力学模型。首先根据平地机调平物理系统结构与工作原理,在简化和假定条件下,建立平地机调平系统受力分析图,以此分析和建立基于微分一代数方程的动力学模型,即DAE(differential—algebraic equations)模型。通过求解DAE模型,得出输入电流与输出平地铲角度的仿真结果,并用试验方法将仿真结果与实际结果对比来验证模型。结果表明该文提出的系统模型能较好地描述平地机调平系统动态响应。该文提出的研究方法不仅对不同机型的平地机机械设计与控制系统设计有指导意义,还对其他机电液一体的农机作业机械动力学建模与试验验证提供参考。     

农田土地平整方法的组合应用及效果

采用修正平面法完成农田土地平整的工程设计,在常规平地方法和激光平地技术应用基础上对2种方法实施后的平地效果进行分析评价。激光平地精度随常规方法的平整程度下降而减小的趋势表明,激光精细平地的效应必须建立在良好的土地粗平基础上。在我国现有的常规平地机械设备条件下,粗平后地面平整精度达到4～5cm时,实施激光精平作业才能取得较好的平地效果     

随机模拟畦面微地形分布及其差异性对畦灌性能的影响

畦面微地形对畦灌性能具有较大影响,该文针对畦面相对高程分布具有随机性和空间相关性的特点,基于Monte-Carlo随机模拟方法和半方差分析方法建立了随机模拟畦面微地形分布状况的方法,并借助二维地面灌溉模型评价随机模拟的畦面微地形分布状况及其差异性对畦灌性能的影响。研究结果表明：同一畦面相对高程标准偏差值下随机模拟的畦面微地形分布间存在的差异性对畦灌性能的影响取决于该值大小,等于或大于3 cm以上的畦面微地形分布间存在的较大差异对畦灌性能影响显著,而小于3 cm的畦面微地形间存在的分布差异对畦灌性能影响相对较小,此条件下随机模拟的任一组畦面微地形分布状况均具有典型代表性,可直接作为二维地面灌溉模型的输入数据用于评价畦面微地形分布状况对畦灌性能的影响。     

中国黑钙土地区土地整理方法探讨

黑钙十具有较高肥力,但十地利用方式与自然条件(坡度、气候等)的限制会使黑钙土地区存在一定程度的土壤侵蚀与退化,通过土地整理增强其水土保持能力与耕地生产力.该文将GIS与遥感影像引入土地整理,根据研究区土壤特性与地理要素,通过运用GIS软件并结合模拟分析方法,探讨适宜于黑钙土地区耕地整理中田、水、路、林的设计方法.研究结果:黑钙土地区土地平整应依据实际生产方式与土壤特性采取修改局部地形面方法;农田水利设施需采用喷灌系统进行节水灌溉;田间道路设计须根据实地条件与生产方式最人限度节约耕地;营造防护林以减缓有害风;注重培肥地力、改变耕作方式以改良土壤.研究结论:黑钙土地区耕地整理应针对侵蚀区域进行局部平整,避免大规模表土搬运与平整,同时采用喷灌设施,改善生态环境,并注重土壤改良,保持黑钙土肥力.     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。