Pressure-Dependent Analysis of Water Supply Network Damaged by Earthquake Based on Emitter Model

When the water supply network suffered earthquake damages, pipeline leaks and bursts may occur. In the period in post-earthquake emergency rescue and repair, the network is supplying water with additional outflow of damages (leaks and breaks), which result in pressure deficient. According to the frictional head loss along the break pipeline, a model with additional emitter at the endpoint of the disconnect pipeline was proposed to simulate the break, which simplifies the modeling of breaks. The pressure-dependent demand relationship was adopted in the process of pressure-deficient hydraulic simulation to avoid node negative pressure. Meanwhile a backtracking and line search procedure was utilized to control the iteration step of pipeline network nonlinear equations, which ensure the global convergence of the hydraulic simulation. The effectiveness of the proposed method was verified by a case study.     

经济林多点源根际滴灌装置的集成应用研究

经济林主根系垂直生长深,侧根水平阔展面积大,单点元地面滴灌水量很少能够入渗到根系的主要分布层,传统渗灌滴头易堵塞。为了解决滴灌水直接输送根际技术问题,开发研制了一种可将滴头单独埋于地下滴灌的多点源根际滴灌装置,文中对抗堵塞、易维修、多变量技术原理,传统滴头的连接方法改进,多点源根际滴灌技术组合集成,田间实施技术和不同灌溉效益等进行了论述。经山地红枣不同灌溉试验证明,滴灌和单点元、多点源根际滴灌产量比不灌溉分别增产10 375、12 445和12 530kg/hm2;滴灌WUE提高50%,单点元和多点源根际滴灌分别提高57.1%、58.8%,净收入与地表滴灌比分别增加10 958和13 550.0元/hm2。滴灌、根际滴灌使用折旧期分别为8a、12a。     

滴头最大流量偏差率计算方法及影响因素评价

首先分析了滴头水力特征曲线方程中流量系数分布规律,当流量系数服从正态分布时,流量系数在其平均值的±3倍标准差之间变化的概率为9973％(近似于100％),因此流量系数最小值为平均值减3倍标准差,最大值为流量系数平均值加3倍标准差,在此基础上提出了综合考虑水力偏差、制造偏差和微地形偏差的综合流量偏差率计算公式;然后以制造偏差系数、流态指数、压力差、平均工作水头及田面局部高差作为影响因子进行流量偏差率及毛管造价敏感性分析．结果表明:对流量偏差率影响程度由大到小的顺序为滴头制造偏差系数、滴头流态指数、压力偏差．当制造偏差系数大于004时,毛管造价急剧增大,在设计中应尽可能选择制造偏差系数小、流态指数小的滴头.对于常规滴灌系统,当滴头工作水头大于10 m时,田面局部高差对流量偏差率影响可忽略．     

迷宫型滴灌灌水器的流速模拟研究

利用Fluent软件对矩形迷宫型滴灌灌水器流道内流体的流速进行了模拟研究,通过对模型进行求解,得到了流场内的流体的流速变化。结果表明:灌水器流道的主流区集中在流道的轴线处,低速区位于流道近壁面和拐角处,接近为0,流体并没有充满整个流道,水流流态主要为紊流,每个单元之间速度分布变化不大;在流道断面面积相同、单元数相同时,矩形迷宫型灌水器内流速与压力呈正相关关系。     

矩形迷宫式滴灌灌水器的模拟研究

利用Fluent软件对滴灌灌水器流道内流体流动进行了数值模拟,得到了流道压力图、流速矢量图。根据流道内流线变化对灌水器流道结构进行了优化设计,采用了圆弧形流道结构。通过优化前、后的速度矢量图可知:优化后的滴头流道涡旋区和低速滞止区基本消除,虽然在流道拐弯处的小部分区域内流体流动速度仍有些偏高,但是从流道整体来看,优化后的流道内主流速度分布比较均匀,且流体充满整个流道,大大提高了灌水器的抗堵塞性能。     

圆柱式滴头内镶及外包对滴灌毛管水力特性影响的模拟研究

目的 研究圆柱式滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性的影响。方法 对2种内镶式滴灌毛管和1种外包式滴灌毛管进行灌水试验,同时采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对3种滴灌毛管进行数值模拟并验证。在此基础上,对不同滴头流量下内镶式及外包式滴灌毛管水头损失及铺设长度进行模拟计算。结果 滴头内镶式及外包式滴灌毛管总水头损失模拟值略低于实测值,滴头外包式滴灌毛管模拟值与实测值相对偏差较小;滴头镶嵌方式对滴灌毛管水力特性影响显著,滴头外包式滴灌毛管相较滴头内镶式滴灌毛管总水头损失较小,总水头损失减小比例超过49.2%,且随滴头流量增加总水头损失减小比例逐渐增大;滴头外包式滴灌毛管最大铺设长度较滴头内镶式滴灌毛管更长,长度增加了21.6%~56.9%;滴头内镶式滴灌毛管总水头损失相对更大的主要原因是断面流速再分布引起压力梯度急变消耗了大量水流能量。结论 滴头外包式滴灌毛管水力性能优于滴头内镶式滴灌毛管,对于长距离经济作物滴灌系统设计,可优先考虑滴头外包式滴灌毛管。     

供水压力对微孔陶瓷渗灌土壤水分运移的影响

为探明供水压力对微孔陶瓷灌水器灌水条件下土壤水分运移规律的影响,通过室内土箱模拟试验,研究了3个压力水平下的微孔陶瓷灌水器灌水时的土壤水分入渗特征。研究结果表明,微孔陶瓷灌过程中,供水压力是决定土壤水分初始入渗速率和累计入渗量的关键因素,且供水压力越大,土壤水分初期入渗速率越大,最终累计入渗量也越大;微孔陶瓷渗灌形成的湿润体轮廓为上下不对称的椭球体,湿润锋在各方向上的运移距离与时间呈幂函数关系,其中入渗向上距离水平距离向下距离,供水压力越大,水平最大入渗半径距离灌水器底部距离越远;供水压力对土壤含水分分布影响较大,供水压力越大,灌水器周围含水率越高,高含水率区域越大。在各供水压力水平下,微孔陶瓷渗灌形成的湿润体大小和含水率均能满足作物根系吸水需求。     

引黄滴灌水源中泥沙表面附生生物膜的分形特征

为了解决灌水器堵塞这个制约引黄滴灌技术应用和推广的关键问题,联合运用扫描电镜测试法和分形理论对黄河泥沙颗粒表面形貌进行了分析,结果表明:黄河泥沙颗粒表面形貌表现为以固体颗粒、微生物及其分泌的黏性胞外聚合物形成的复杂生物膜结构.黄河泥沙颗粒表面具有显著的分形和多重分形特征,简单分形维数虽然能从整体上表征颗粒物表面形貌的复杂性与不规则性,但未能刻画颗粒物局部奇异性的微观特征,而多重分形谱可以定量描述这种复杂泥沙颗粒形貌特征.黄河泥沙借助其巨大的表面积,吸附了大量的微生物,微生物分泌的胞外聚合物质量浓度高达276.08~360.68 mg/L,这就要求在控制引黄滴灌系统灌水器堵塞时,需要从以往单纯考虑泥沙颗粒物本身转变为综合考虑泥沙颗粒和微生物的耦合作用,寻求更为有效的堵塞控制策略.     

滴头堵塞率及堵塞位置对灌水均匀度的影响

采用控制堵塞试验的方法,在压力恒定的条件下,分析了堵塞率、堵塞位置对灌水均匀度的影响规律。试验结果表明：当压力在4～10 m变化时,压力对于灌水均匀度的影响不显著,其变化范围在1%以内,生产实际中可以适当降低滴灌带的工作压力达到降低造价的目的;堵塞率是影响灌水均匀度的主要原因,堵塞率越高灌水均匀度越差,当堵塞率超过10%时,灌水均匀度CU已经远低于规范的最低值;只有当堵塞率不大于10%时,堵塞位置才对灌水均匀度有一定的影响,当堵塞位置分布在滴灌带前三分之一段和全段时,对灌水均匀度的影响较明显,此时灌水均匀度最小。     

层状土壤质地对地下滴灌水氮分布的影响

以均质砂土（S）、均质壤土（L）和上砂下壤层状土壤（SL）为对象,采用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构和地下滴灌灌水器流量对水分、硝态氮和铵态氮分布的影响。结果表明,SL层状土壤中,砂-壤界面增加了水分的横向扩散而限制了水分的垂向运动,致使界面下部形成水分和硝态氮积聚区。土壤硝态氮分布还受肥料溶液浓度和土壤初始硝态氮浓度影响,对试验采用的土壤初始硝态氮浓度较低而肥料溶液硝态氮浓度较高的情况而言,灌水器周围的硝态氮浓度与肥料溶液的硝态氮浓度相近,随着离开灌水器距离的增加,土壤硝态氮浓度减小。灌水器周围的土壤含水率和硝态氮浓度随灌水器流量的增大而增大。施肥灌溉使灌水器周围5～10 cm范围内的铵态氮浓度出现峰值,而土壤质地和灌水器流量对铵态氮浓度分布没有明显影响。因此地下滴灌水氮管理措施的制定应综合考虑土壤质地及其结构、初始土壤水氮状况、灌水器埋深及流量、灌水量、肥液浓度等因素。