微灌坡地双向毛管最佳支管位置遗传算法优化设计

在分析微灌坡地双向毛管水力特性的基础上,提出一种基于遗传算法的双向毛管最佳支管位置的优化设计方法,建立了数学模型,给出了优化算法,编制了优化设计程序。该模型与算法能确定最佳支管位置和毛管进口压力,计算出毛管上每个灌水器的压力、流量及特征值,使双向毛管上的平均灌水器流量等于灌水器设计流量,保证最大灌水均匀度。研究结果表明,该模型与算法求解速度快、精度较高、可靠性强。     

对微灌滴头水流流态若干问题的思考及补偿机理的探索

滴头水力计算对于管道工程设计是十分重要的。该文研究了压管道水流流态划分的依据与水流条件、滴头工作水头与管流沿程损失水头的区别,及滴头流量的水温修正。并对无弹性件滴头流态指数x<0.5的现象,作了机理探讨,提出了"面积补偿"法。结果表明:1)将尼古拉兹水力实验成果为依据的有压管流流态套用于滴头水力计算中(除微管滴头外)是错误的;2)认为对流态指数x=1的滴头,按层流流态对滴头流量做水温修正是正确的;对x≤0.5的滴头,不需做流量的水温修正,原因在于流道内基本上全为局部损失,而不是滴头流态为紊流阻力平方区;对1>x>0.5的滴头,目前可不做水温修正,可在滴头水力试验中使用设计温度的水,获取符合水温要求的水力关系。3)对于滴头流态区分,仅对已基本淘汰的微管滴头有必要,对其余滴头并无实际需要,应于放弃。4)无弹性件滴头x<0.5的现象机理是"面积补偿",即过流面积随水头增大而减小,原因是流道边界的急剧变化和水流惯性与水头(流速)正相关。     

微灌自压软管合理铺设长度的确定

自压软管微灌技术是目前经济技术条件下一种比较实用的节水灌溉技术,在新疆得到了迅速推广,有广阔的应用前景。该文在室内试验的基础上,结合水力学理论和高等数学知识对自压软管的水力性能进行了分析研究,提出了确定软管合理铺设长度的计算方法,给出了满足均匀度要求的适宜铺设长度,结果与工程成功经验相比是一致的。该文结合工程算例,给出了设计步骤,可供膜下自压软管灌溉规划设计时参考。     

额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞的影响及机理分析

为探究引用高含沙水滴灌时额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞风险的影响及相应机理,该研究对3种不同额定流量（2、4、8 L/h）的纽扣式滴头按照不同的毛管安装位置（毛管进水口处的支管长度分别为：w、2w、3w,毛管间距w=204 mm;依次为内侧、中间和外侧）进行浑水堵塞试验。试验结果表明：滴头额定流量与毛管位置会影响毛管与支管内的断面平均流速,从而对管中沉积泥沙的起动产生影响,影响滴头堵塞进程。额定流量为4 L/h的滴头,其平均相对流量和灌水均匀度系数下降速率最慢,即抗堵塞性能最优,且其有效灌水次数最多,平均使用寿命比2和8 L/h的滴头分别提高了11.84%和49.11%。滴头额定流量越小,毛管位置对滴头使用寿命影响越明显,其毛管内滞留泥沙质量越大、沉积的大颗粒泥沙占比越多,大颗粒泥沙相对小颗粒泥沙更容易被滞留在毛管中。滴头额定流量越大、在单根毛管上的安装位置越靠近前段,其排出的泥沙粒径越大。毛管中沉积泥沙的起动是导致大流量滴头更快堵塞的主要原因。试验为滴灌系统堵塞机理的研究提供了思路,为实际应用中滴头额定流量的选用与滴头堵塞的预防提供了参考。     

微灌系统综合流量偏差率的计算方法

在分析目前水力偏差率以及流量偏差率计算方法的基础上，提出并定义了地面偏差率，确定了地面偏差率的计算方法，并对原有灌水器制造偏差率进行了重新定义；综合考虑制造偏差、水力偏差和地面偏差，分别推导出了不同偏差影响下的流量偏差率计算公式，并推导出了综合流量偏差率和极限综合流量偏差率的计算方法。研究结果为更准确设计微灌系统工程提供技术指导，使微灌系统实际运行指标与系统设计指标保持一致。     

水头压力对橡塑渗灌管渗水性能的影响（英）

对2种不同规格的橡塑渗灌管进行实验室渗水测试,考查水头压力对其渗水性能的影响。试验结果表明,在渗灌管初始渗水阶段,渗水速率迅速下降;在试验渗水压力范围内（0～70 kPa）,渗水速率与水头压力呈幂函数关系;2个试验样品的渗水速率变异系数在50～60 kPa区间的某一水头压力下分别达到最小值;结果表明,水头压力是影响渗灌管渗水速率和渗水均匀性的重要因素,管径较大的橡塑渗灌管渗水性能优于管径较小的渗灌管。     

支毛管安装射流三通的滴灌系统水力性能研究

为分析脉冲水流对滴灌系统水力性能的影响规律,该文基于射流附壁和切换原理设计了一种支管射流三通,并与毛管射流三通开展组合试验。在毛管铺设长度为60 m,4种支管三通进口水头(9.5、12、14、15.5 m)条件下,研究支毛管安装射流三通或普通三通时灌水小区的灌水均匀度、脉冲频率与水头损失变化规律,并建立描述支管射流三通出口流量和压力的拟合关系式。结果表明,当支毛管三通均采用射流三通时,支毛管中均为间歇性脉冲水流,脉冲频率随支管进口水头增加而递增;毛管滴头流量在1.2～2.2L/h之间,沿程水头损失在0.9～1.6m之间;灌水均匀性系数在95.88%～98.56%之间,流量偏差率在8.35%～15.14%之间,灌水均匀度最高。根据研究结果,确定了灌水小区中支毛管三通的最优组合方式,可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据。     

全补偿微灌系统灌水均匀度参数之间的关系分析

该文采用数理统计学方差估计理论，针对全补偿微灌系统的灌水均匀度系数进行了研究分析，从理论上推导出全补偿微灌系统均匀度系数与流量偏差系数之间基本关系式，同时采用传统的随机数字模拟方式对导出的公式进行了验证和分析，并且探讨了均匀度系数和流量偏差率之间的关系规律，最后通过实例说明了上述公式的运用价值。该研究成果为全补偿微灌系统的设计、工程灌水均匀度评价和补偿式灌水器制造偏差控制等提供了参考依据。     

均匀坡度下滴灌系统流量偏差率的计算方法

为了精确地模拟滴灌系统流量偏差率,该文从水力学的基本原理出发,通过对不同坡度毛管水头损失变化规律的分析,确定了不同坡度条件下滴灌系统最大、最小工作压力滴头的分布情况,在此基础上推导出了考虑地面坡度及水力偏差的单毛管流量偏差率计算公式,进而推导了小区流量偏差率的计算方法。与规范算法相比,该文的计算结果更接近于实际情况,为准确设计滴灌系统工程提供技术指导,使滴灌系统实际运行指标与系统设计指标基本保持一致。     

微灌系统过滤装置优化选型与配置

为降低微灌过滤装置造价与运行费用,根据微灌系统过滤器组合形式与工作特性,以年费用最小为目标,建立了单体过滤器优化选型与单级组合过滤装置优化配置的数学模型,提出微灌系统过滤装置优化选型与配置的步骤与方法。算例分析表明优化选型与配置方法简便实用,所需计算参数少,易于获得最优解。单体过滤器优化选型算例的年费用降低41.5%,单级组合过滤装置优化配置算例的年费用可降低53.0%或21.2%,有效地降低了过滤装置的年费用。该文研究结果能够为微灌系统过滤装置优化与产品的研发与生产提供依据,对于降低微灌工程的造价与运行费用,促进微灌技术的发展,具有重要的参考和实用价值。     

均匀坡度下考虑三偏差的滴灌系统流量偏差率的计算

为了精确地模拟滴灌系统流量偏差率,使滴灌系统的设计既经济又可靠,该文以考虑地形坡度及水力偏差的流量偏差率的计算方法为基础,根据不利组合原则与概率论知识,深入分析了制造偏差对滴灌系统流量偏差率的影响,并通过进一步水力计算和数学推理,建立了均匀坡度下滴灌系统流量偏差率与制造偏差率、水力偏差率及地形偏差率三者之间的函数关系,推导出考虑三偏差的流量偏差率计算公式。该公式不但可以用来模拟不同保证率下的滴灌系统流量偏差率,而且简便实用,可直接应用于滴灌工程设计中。     

微灌压力调节器参数对出口预置压力影响的研究

压力调节器是微灌系统重要的调压设备,可显著提高系统灌水均匀性和系统运行可靠程度。该文通过力学平衡分析得出影响压力调节器性能的主要参数为弹簧劲度系数、弹簧初始压缩长度、调节组件出口断面积和进口断面积比及调节组件距离进口花篮堵头的初始间距,并采用正交试验研究了调节器结构参数对出口预置压力的影响。结果表明：各参数对压力调节器性能影响显著。通过回归分析,建立了压力调节器出口预置压力与4个主要影响参数之间的定量关系,结果显示压力调节器出口预置压力与4个参数之间存在很好的线性关系,为压力调节器的开发提供了参考。     

活动式坡地集雨及滴灌系统研究

雨水利用是干旱半干旱地区农业发展的生长点，该文依据干旱半干旱地区自然降水特征、农耕地分布特点、农业种植制度、作物需水与土壤水分动态变化规律，提出了“上坡春季种粮，秋季覆膜集雨，地边打窖贮水，补灌下部作物”的坡地活动式集雨及灌溉系统，并对其集雨效率、农田水分效应和系统产出效益进行了试验研究。研究结果表明，该系统具有集水效率高、保水效果好和增产效益明显的优点，是一种适合于干旱半干旱地区的集雨灌溉农业模式。     

基于物联网的干旱区智能化微灌系统

基于物联网技术的智能化微灌系统能够实现精准灌溉,是干旱区农业可持续发展的有效途径。该文采用物联网技术,根据棉花灌溉决策与管理的实际需求,设计并实现了棉花智能化微灌系统,并将其应用于新疆库尔勒棉花智能化膜下滴灌示范区中。该系统解决了示范区墒情监测布点缺乏依据的困难和关键硬件产品进口价格过高、难以推广等问题。与国外同类产品相比该微灌系统成本降低了44.8%。与传统灌溉方式相比,作物水分利用效率提高了22.6%。     

长江三峡花岗岩坡面管流在壤中流中的作用

 大孔隙中运动的水流称为管流,管流是优先流的一种形式。在花岗岩地区,管流是一种普遍现象。为研究管流在壤中流中的作用,在长江三峡花岗岩坡面 ,选择了受人为活动影响较小的天然次生马尾松林地作为试验场地,研究长江三峡花岗岩坡面管流过程和土壤渗流过程。结果表明:管流的出现较渗流出现时间迟 ,但其结束的时间较渗流早。管流与渗流峰值出现时间存在一定差异,在所研究的2场降雨中,管流达到峰值的时间比渗流提前约1～2h以上。同渗流一样 ,管流流量及其过程,主要受由降雨引起的下渗水分影响和制约,管流流量的大小变化,与渗流存在一定差异,但总体上,与渗流流量的变化趋势一致 ,即在管流产流时段,渗流流量增大时,管流流量也随之增大。管流水分通量远大于渗流的水分通量,它对于提高壤中流流量和水分通量,具有促进作用。在不同降雨过程中,管流对壤中流的作用也存在差异,即降雨量越多,降雨强度越大,管流的特性表现得越明显,对壤中流的贡献也越大。