微灌系统田间管网设计的一种模拟模型

微灌系统田间管网的设计是系统设计的中心环节,计算繁琐。本文利用常用的微灌系统水力学公式建立了一种实用的田间管网设计模拟模型。它适用于各种微灌系统的辅助设计。     

基于最大控制面积和最低费用的微灌小区管网优化

传统微灌田间管网优化设计需讨论系统允许水头差在毛管、支管间的分配和不同地形坡度下管道压力最大、最小值的位置,且对灌水小区最大控制面积缺乏准确地定量描述。为扩大灌水小区面积、简化管网系统并进一步降低管网建设和运行成本,该文为毛管单向和双向布置的微灌灌水小区建立基于最大控制面积和单位面积管网最低投资费用的目标函数,应用遗传算法进行优化求解,得到满足灌水均匀度压力约束条件的各目标函数的管道组合方式。该优化方法将灌水小区作为一个整体,依据系统内压差影响因素坡度(地形高差)和水力坡度(沿程、局部水头损失)直接获得各出水口的相对压力值,方法简便且能使结果趋于最优。经算例计算表明,若以控制面积最大为目标,毛管双向布置的单位面积费用可比毛管单向布置少23%~36%,同时前者控制面积扩大23%~24%;若以单位面积费用最低为目标,与毛管单向布置相比,毛管双向布置的单位面积费用节省7%~10%、控制面积扩大105%~200%。可见,2种布置模式中,毛管双向布置在单位面积经济性和控制面积最大化方面比单向布置优势更大。该研究对于微灌管网优化设计具有重要的理论价值和实践意义。     

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。     

基于GIS的微灌管网智能化设计系统研究

微灌管网智能化设计系统是利用地理信息系统技术，在对微灌管网水力学优化设计模型研究成果进行可视化技术集成的基础上，建立的智能化设计系统。该文对该系统的开发原则、功能结构和系统结构进行了详细论述，并解释了系统实现的技术要点。该系统采用面向对象技术，具有可视化、智能化、易操作、易扩展等特点。     

基于ArcGIS的水土保持区域评估土石方量计算方法

在水土保持区域评估报告编制过程中,为便于后续区域内各规划地块的管理,常需要对各规划地块的土石方进行计算,但受招商引资及入驻企业开发进度的影响,各规划地块往往没有具体的设计资料,仅有评价区域的控制性详细规划和原地貌实测地形图,加之评价区域面积大,时间紧、任务重,利用常规方法难以在短时间内定量对各地块土石方进行分析评价。利用ArcGIS软件,通过评价区域内大比例尺原地貌地形图和控制性详细规划中的控制标高对区域土石方进行计算,分地块进行统计并生成数据表,自动标注形成各地块挖填方量分布图。     

基于地形剖面线的陕北黄土高原地貌信息熵差分析

[目的]计算黄土高原地貌评价指标和剖面上高程数据信息熵,用以拟合地形起伏,评价地形,为地貌研究提供新理论依据。[方法]通过对研究区域进行剖面分析,获取地形剖面线,利用高程数据计算不同地貌类型中剖面线信息熵,绘制地形剖面线图和地形剖面线信息熵图,用来检验和评价地貌信息熵对地形的表达效果,统计两者离散程度指标,通过线性拟合找出两者相关性指标。[结果]将两图进行对比分析,发现两图走势具有一定的相似性,采用统计指标作为指示器,结果表明高程曲线与信息熵曲线具有较强的相关性,采用侵蚀模数验证,表明信息熵在表示地貌起伏或侵蚀方面具有可靠性。[结论]地貌信息熵可以用来模拟地形,且模拟效果良好,可以用于评价地貌类型。     

播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

基于GIS地貌形态特征分形信息维数与等高距关系研究

首先论述了以地理信息系统(GIS)为平台,基于分形信息维数(FID)表征地貌形态特征的原理和方法．采用Avenue语言开发了基于ArcGIS环境下地貌形态特征FID计算软件;并以长江流域白水溪小流域为例,进行了不同等高距下地貌形态特征FID的计算,通过对FID与等高距耦合关系的深人分析,结果表明：基于FID不仅可以对流域地貌形态特征进行宏观性、综合性定量表征,而且能够实现不同等高距下流域地貌形态特征的相互转换,有利于与流域形态特征相关联的水文、水土流失过程的动态模拟．同时可实现对现有地形数据的充分挖掘,填补我国大比例尺基础地理信息数据不足的缺陷。     

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。     

筒装料管道水力输送动边界环状缝隙流水力特性数值模拟

针对农产品长距离输送中存在的运输效率低和输送成本高等问题,提出了一种具有应用前景的农业机械运输方式—筒装料管道水力输送技术.该文基于Fluent软件,采用RNG k-ε 湍流模型、6DoF耦合模型以及PISO算法对动边界环状缝隙流进行数值模拟,分析不同环状缝隙宽度对动边界环状缝隙流场水力特性的影响.同时,对不同环状缝隙宽度条件下管道车在平直管道的运移进行模型试验,并将试验结果与模拟结果进行对比.结果表明:模拟结果和试验结果基本一致,最大相对误差不超过5.3%;动边界环状缝隙流中管道静边界区域压强呈现出进口区域压强降低,中间区域压强升高以及出口区域压强再次急剧降低的变化趋势;动边界环状缝隙流的水力特性不仅受到管道车动边界结构参数的影响,而且还受到管道车动边界上、下游管道内部流场的影响.该研究不仅完善了动边界环状缝隙流的相关理论,而且为进一步探究筒装料管道水力输送中动边界环状缝隙流水力特性提供了一种切实可行的研究手段.     

土壤物理特性对地下滴灌毛管灌水质量的影响

压力水头偏差率和滴头流量偏差率是评价微灌灌水质量的重要指标。该文建立了地下滴灌毛管水力计算数学模型,利用该模型,分析了土壤物理特性对地下滴灌毛管水力特性分布规律和灌水质量的影响。结果表明,由于土壤物理特性对地下滴灌毛管滴头流量的制约作用,致使地下滴灌毛管压力水头与滴头流量偏差率比地表滴灌的要小;土壤物理特性对毛管灌水质量指标的影响不显著,但土质较重、土壤体积质量和初始含水率较大时,毛管压力水头与滴头流量偏差率较小,灌水质量较好。说明地下滴灌毛管灌水质量优于地表滴灌,土壤物理特性有利于毛管灌水质量的提高。计算与分析结果可为进一步研究地下滴灌田间管网水力特性及地下滴灌技术应用提供参考。     

地下滴灌田间管网室内试验测试系统(简报)

针对地下滴灌管网中各灌水器出流量难以测量的问题,提出一种新的试验测试方法--称重测量法,可获得各灌水器的出流量.测试系统由称重传感器、压力变送器、数据采集系统和计算机及相关软件构成,可同时间接获得地下滴灌管网中各灌水器的出流量和直接测量出支管与毛管的沿程压力.而且还可实现自动监控、自动采集和存储测试数据的功能.实测结果表明:系统测试精度可满足试验要求.该测试系统操作简便,是室内试验研究地下滴灌田间管网水力要素变化规律的有效方法.     

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。     

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%。     

涌泉根灌节水灌溉技术特点、应用及展望

涌泉根灌是一种可以直接将水肥输送到作物根区进行局部灌溉的地下微灌技术,由于克服了其他微灌技术灌水器易堵塞、毛管易老化、对果林树灌水效率低等缺点,是一种节水、省工且水肥利用效率高的灌溉技术,在中国果树节水灌溉领域具有广阔的发展前景。该研究从涌泉根灌技术在节水灌溉技术应用中的特色出发,介绍了涌泉灌溉技术结构特点、工作原理、灌溉方式、布置形式、水力性能以及投入成本与运行管理等方面的特点,分析了涌泉根灌与传统微灌相比表现出的优势,探讨了该技术在田间水分利用、土壤水氮运移以及对作物生长发育和产量影响等方面的应用效果和研究进展,在总结对比前期研究取得进展基础上,提出了涌泉根灌技术存在田间试验单一、研究周期不连续、施肥条件下相关研究不足以及灌水器性能需改善等方面的问题,同时针对涌泉根灌技术存在的问题,明确了涌泉根灌灌水技术在灌水器性能改进、典型果树灌溉制度优化、土壤水氮运移与利用以及信息化与自动化管理等方面需进一步研究的方向,对于进一步完善涌泉根灌节水灌溉技术利用具有一定借鉴意义。     

微灌系统压差式施肥罐施肥性能试验研究

压差式施肥罐是中国应用最多的微灌施肥装置,但尚未形成明确的运行操作规程。该文对不同施肥量和压差条件下施肥罐出口肥料溶液浓度的动态变化进行了测试和分析。试验中施肥量选用13、26 kg两个水平,通过施肥罐的压差选用0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 MPa 6个水平,而所有试验中施肥罐出口压力固定为0.10 MPa。研究结果表明：通过施肥罐的流量随压差的增大呈幂函数关系增加,施肥罐出口肥液浓度随时间持续减小,施肥开始阶段尤为明显;由于压差是影响肥液浓度变化的最主要因子,为了在微灌系统内获得均匀的肥料分布,保证施肥开始后和施肥过程中压差稳定至关重要。该文还建立了可用于估算肥液浓度动态变化和肥液浓度衰减为零时的回归模型。     

用凯勒均匀度进行微灌系统设计的质疑

用凯勒均匀度指标进行微灌系统设计的方法,美国还在使用,为了探讨该设计方法是否正确,该文从凯勒均匀度的定义与多孔出流管水力学原理出发,对凯勒均匀度的两种定义进行比较分析后,认为两种定义有实质性差别,不能混淆.凯勒均匀度的田间实测数据计算公式(定义1)只能作为微灌系统的后评价指标,用凯勒均匀度指标进行微灌系统设计的方法,是以制造偏差系数为基础的(定义2),而后者只是工作压力最小点的灌水器出流特征,作为设计指标,缺乏合理性;该方法中用推荐均匀度(EUT)来替代计算均匀度(EU),导致最小压力灌水器的流量期望值计算公式缺乏科学根据;而允许水头差计算公式与多口管水力学规律不符.出现上述错误的原因,在于当时多口管水力学研究还不成熟,而微灌生产实际又迫切需要设计方法.时至今日,应该重新审视这一设计方法.