畦田灌溉水流演进计算简化模型研究

在对水量平衡模型进行修改的基础上,结合零惯量运动方程,以水量平衡方程为基础,对畦灌水流演进模型的结构进行了研究。应用无因次系统模型,求得了模型的显式和隐式解。该模型可以用来计算畦灌水流演进距离。对山东省陈垓引黄灌区畦灌水流演进计算结果表明,该模型比以往使用的模型简单,计算精度与较复杂的零惯量模型的计算精度相当。模型计算不需编程,可以用手算完成全部计算过程,解决了传统的水量平衡模型无法解决的问题。     

用水量平衡法推算畦灌水流推进过程及求解合理畦长

前言畦灌水流运动在水力学上属于非恒定,非均匀、透水性底面上明渠水流的一种特殊情况,水流的运动同时受入畦流量、土壤渗吸速度、地面坡度、地面糙率及作物耕作状况等许多因素的影响。以往的计算模型(包括流体动力学模型、零位惯性模型、运动波模型)难以求解,而且精度并不高,实际应用受到限制。本文将推出新的水量平衡模型,并据此提出供实际应用的畦长公式。一、畦灌水流推进过程     

畦灌灌水要素决策服务系统

根据精细灌溉的要求,采用零惯量模型和土壤入渗理论,开发建立了可进行畦灌水流运动模拟、灌水质量评价、灌水技术参数优化、利用灌溉试验资料率定糙率和入渗参数等功能的畦灌决策计算机服务系统,该系统可为灌区技术人员确定畦灌技术参数、指导灌水实践提供决策服务,也可作为科研人员研究节水灌溉的一种技术工具。     

畦灌下渗水形状系数变化规律与水流推进简化解析模型研究

以Fok和Bishop提出的下渗水形状系数计算公式为基础,通过整理并分析部分国内外已有的文献资料,提出了计算下渗水形状系数的简化公式和经验公式。根据水量平衡原理,通过引入地表储水形状系数和提出的公式所计算出的下渗水形状系数,建立了基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型。结合已有文献资料和田间试验对模型进行检验,表明所提出计算下渗水形状系数的简化公式和经验公式是可靠的,以此建立的水流推进简化模型具有严谨的物理基础,且计算求解方便、精度较高,可用于畦灌合理灌水技术指标的确定。     

膜孔灌溉评价方法的研究

膜孔灌溉是在传统的地面沟畦灌和地膜栽培基础上发展起来的节水灌溉新技术。本文通过对水流前峰在沟畦中的行进距离与时间进行幂指数回归，确定行进方程的有关参数；由水量平衡模型确定入渗方程ｚ＝ｋｔｎ。根据行进方程和入渗方程，推导出灌水均匀度Ｅｄ，灌溉效率Ｅａ，深层渗漏损失ＤＰＲ和尾水废泄损失ＴＷＰ公式，并计算和评价不同条件下的灌水质量，以确定最优灌水指标和有关参数，达到节水灌溉目的。     

基于WinSRFR软件的河套灌区水平畦田规格的优化

为了提升河套灌区的土地资源与灌水质量,以大田水平畦灌试验水流推进与消退实测数据为基础,采用数值模拟和分析方法,对河套灌区现状畦田规格进行优化设计.通过WinSRFR软件系统设计功能,基于田间各灌水要素,采用水量平衡法计算灌水质量指标并采用零惯量模拟率定.模拟出不同畦田规格组合的灌水质量指标等值线图,确定了满足灌水要求并具有较高灌水质量的灌溉系统的优化范围,考虑土地权属与畦田规格现状,提出了典型田块设计方案.方案1:合并田-毛渠-田,畦长为102 m、畦宽为65~95 m,畦田面积为6 670 ~10 005 m².方案2:合并田-毛渠-田-路-田,畦长为154 m、畦宽为65~110 m,畦田面积为10 005 ~16 675 m².     

膜孔灌溉评价方法的研究

膜孔灌溉是在传统的地面沟畦灌和地膜栽培基础上发展起来的节水灌溉新技术。本文通过对水流前峰在沟畦中的行进距离与时间进行幂指数回归，确定行进方程ｘ＝ｐｔｘ＾ｒ的有关参数；由水量平衡模型确定入渗方程ｚ＝ｋｔ＾ｎ。根据行进方程和入渗方程，推导出灌水均匀度Ｅｄ，灌溉效率Ｅａ，深层渗漏损失ＤＰＲ和尾水废泄损失ＴＷＲ公式，并计算和评价不同条件下的灌水质量，以确定最优灌水指标和有关参数，达到节水灌溉目的。     

畦田Philip入渗参数和田面综合糙率同步推求

以水量平衡原理为基础,通过对畦灌地表水面线的概化,并将Philip入渗公式等同为α=0.5的Kostiakov修正模型,由此建立了利用畦灌水流推进过程同步推求Philip土壤入渗参数和田面综合糙率的模型.结合文献资料和大田试验对所建模型进行验证,并采用Matlab软件求解,得出不同地表储水形状系数σh下的入渗参数和糙率,并分别对入渗参数和田面综合糙率的可靠性进行了验证,结果表明所建模型同步推求土壤入渗参数和田面综合糙率是可靠的,并且计算方便,精度较高.     

长畦分段灌溉法灌水技术的研究

本文提出了长畦分段灌溉法的一种设计模型。它是根据水量平衡原理、考虑相邻灌水段水流可以相互迭加、同时采用畦灌水流运动的普遍理论而建立的。根据模型的两种具体边界条件(水平畦和单向推进)提出了进水口间距的确定方法,包括解析法、图解法和电子计算机解法。试验结果表明,这个模型对长畦分段灌溉的设计是有效的且简便实用。可以使长畦分段灌溉准确实现定额灌溉,特别是小于35立米/亩的低定额灌溉,灌溉水分布均匀度、田间水利用率及灌溉水贮存率均超过80—85％,并随畦长而增加,比畦灌省水40—60％,灌溉效率可以提高一倍。文中还讨论了模型设计参数的确定、长畦分段灌溉法配合作物间作套种的增产作用等问题。     

水平畦田灌溉的分析模型

<正> 目前,在世界各地,水平畦田灌溉仍是一种重要的灌水方法,其声望在过去的15年里迅速提高。为此,本文就畦田灌溉条件下水流模型的研究及其应用作了简要介绍。 近年来,国外一些学者在水平畦田灌溉中采用了Strelkoff与Kotopodes(1977)提出的零惯量法,他们均应用了数值解法并对零惯量微分方程进行离散处理以便将其转换成非线性代数方程式,然后通过Rreissmonn双曲线算法求解。此法为一种高斯消除法,其缺点是这些方程均被局部线性化,精度不够理想而且较为复杂。为克服上述缺点,GerdH·Schmitz和Gunther J·Sens对零惯量微分方程式稍加修改,为水平畦田灌溉提供了一个简单的易于应用的数学模型。     

Simple mathematical model for water advance determination

The explicit volume balance model was modified and combined with the motion equation of the zero inertia to predict water advance in border irrigation. A system of dimensionless notation was used to obtain implicit and explicit solutions of the model. This model is simpler than previously used models, yet maintains a high degree of accuracy. The proposed model requires no programming and can easily be performed using a hand calculator. The outcomes of the proposed model were comparable to those of the more sophisticated zero inertia model. Using well-documented field examples, the proposed model provided acceptable results, implying that it could be used in practice to determine the advance distance with insignificant errors. In addition, the model is applicable to conditions under which the traditional volume balance model fails.     

Prediction of the advancing wetting front in border strip irrigation

Summary Four methods of predicting the advance of the water front in border irrigation are compared for nine sets of experimental data reported in the literature. The water balance method (Bishop et al., 1967), the method of Katopodes and Strelkoff (1977) based on zero inertia hydraulics and the method of Michael (1978) enable the distances that the wetting front advances to be calculated for various advance times. A new method presented in this paper, although less accurate than that of Katopodes and Strelkoff, and particularly for nearly flat border strips, enables the coefficients of exponential advance equations to be simply calculated. The dependence of all four methods on reliable infiltration characteristics and on the accurate prediction of the Manning roughness coefficient is emphasized.Lecturer and Visiting Senior Lecturer, respectively     

Dimensionless advance curves for infiltration families

Dimensionless advance curves of border irrigation have been developed for Soil Conservation Service (SCS) infiltration families. The volume balance equation was nondimensionally formulated and then used to plot a dimensionless advance curve for each infiltration family that is a function of the exponent a in the infiltration power function and the dimensionless time t^*. Initially, the SCS infiltration formula was fitted into a power function. The equivalent parameters for each SCS infiltration family were obtained through a nonlinear regression analysis. The dimensionless curves for a given inflow rate, slope, and roughness coefficient can be used to determine either advance distance at a particular time or time of advance for a certain distance through a few simple steps. The curves also allow reviewing the advance trend of each infiltration family for a sufficiently wide range of dimensionless time covering any condition of dimensioned input parameters. It is anticipated that the curves will help in designing, evaluating, and managing irrigation borders. The more complex zero inertia model has also been used to enhance results of obtained dimensionless advance curves and of fitted SCS infiltration parameters.     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型：II验证

基于撒施施肥方式下畦灌试验数据,从传统平均相对误差和马尔科夫随机过程两个角度,对二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型进行了验证．基于传统平均相对误差的结果表明,模型模拟的水流推进与消退的平均相对误差分剐为4．98％和9．37％,水量平衡误差为0．28％,模拟各测点的溶质质量浓度变化过程平均相对误差为8．64％-14．22％,溶质平衡误差O．58％,构建的模型不仅具有较好的模拟二维撒施畦灌地表水流运动和溶质质量浓度变化过程的能力,还具备较佳的水量与溶质质量守恒性．基于马尔科夫随机过程的计算结果表明,地形项的随机性对模拟效果的影响为88．68％-96．21％,而畦面土壤物理属性等模型未能考虑因素的随机性对各测点溶质质量浓度变化的影响为3．79％-11．32％,因此仅考虑畦面微地形分布随机性的模型,具备优良的二维撒施畦灌地表水流和溶质运移过程的模拟性能．构建的模型为评价撒施施肥方式下的畦灌施肥系统性能,提供了合理完备的实用性数值模拟工具．     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型:Ⅱ验证

基于撒施施肥方式下畦灌试验数据,从传统平均相对误差和马尔科夫随机过程两个角度,对二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型进行了验证．基于传统平均相对误差的结果表明,模型模拟的水流推进与消退的平均相对误差分别为498％和937％,水量平衡误差为028％,模拟各测点的溶质质量浓度变化过程平均相对误差为864%～1422％,溶质平衡误差058％,构建的模型不仅具有较好的模拟二维撒施畦灌地表水流运动和溶质质量浓度变化过程的能力,还具备较佳的水量与溶质质量守恒性．基于马尔科夫随机过程的计算结果表明,地形项的随机性对模拟效果的影响为8868％～9621％,而畦面土壤物理属性等模型未能考虑因素的随机性对各测点溶质质量浓度变化的影响为379％～1132％,因此仅考虑畦面微地形分布随机性的模型,具备优良的二维撒施畦灌地表水流和溶质运移过程的模拟性能．构建的模型为评价撒施施肥方式下的畦灌施肥系统性能,提供了合理完备的实用性数值模拟工具．     

膜孔畦灌水流推进过程试验及数值模拟研究

利用膜孔畦灌田间水流推进实测资料,根据膜孔灌室内点源入渗模型验证了大田膜孔畦灌水流推进距离与时间呈乘幂函数的关系,并推求了不同开孔率情况下的膜孔灌点源入渗参数。假定不同的田间糙率基于SRFR软件对膜孔畦灌水流推进进行数值模拟,使模拟水流推进时间与真实情况达到最佳匹配,来确定田间的糙率,为膜孔畦灌技术要素设计及田间试验提供了参考。     

Evaluating infiltration for border irrigation models

The infiltration characteristics of a soil are important to the design, evaluation and management of border irrigation systems. The use and verification of border irrigation models also rely heavily on infiltration. This paper presents a technique for determining infiltration when detailed information is available on the total infiltrated volume during the irrigation which can be obtained from measurements of inflow, outflow, and water depths on the border strip. The method uses a volume balance at progressive times and is an extension of earlier work. Data from this method were used as input to the zone-inertia border irrigation model and good agreement was found between measured and computed values of advance, recession, runoff rates and volumes, and surface water depths.     

膜孔灌溉田面综合糙率系数的确定

根据膜孔灌溉田面水流运动特性 ,建立了膜孔灌溉田面水流运动零惯性量数学模型 ,并将其与优化理论相结合 ,提出了确定膜孔灌溉田面综合糙率系数的优化模型。实例计算与方法验证表明 ,该方法能够简单而有效地确定膜孔灌溉田面综合糙率系数。该研究成果为膜孔灌溉理论与技术的进一步研究奠定了基础