微灌系统灌水均匀系数合理取值研究

论文摘要

微灌灌水均匀度是微灌工程规划设计中的一项重要参数，直接决定了微灌系统灌溉质量的优劣。本文首先提出了微灌毛管局部水头损失计算方法，在此基础上应用步进法水力学解析原理，建立了考虑水力、制造和微地形偏差的微灌均匀系数计算模型，同时建立了灌水量和作物产量的函数关系，分析了支管单元系统年费用的计算方法，通过数值模拟方法，模拟了不同微灌支管单元的均匀系数和产投比（作物产值与系统年费用比值），并以均匀系数为决策变量，以产投比最大为目标函数，构建了适宜于不同作物的微灌均匀系数优化模型。通过上述研究，主要得到以下结论：（1）毛管局部水头损失hj由灌水器流量q、灌水器插头断面面积A1、灌水器个数N及毛管内径D决定；局部水头占沿程水头损失的比例与灌水器流量q、灌水器插头断面面积A1、灌水器个数N成正比关系，与毛管内径D和灌水器间距Se成反比关系。（2）在灌水小区不同参数情况下，局部水头占沿程水头损失的比值变化范围较大，本文数据分析中最低可达到0.02，最大可达到1.10，在某些极端情况下，会出现局部水头损失大于沿程水头损失的现象。在计算毛管局部水头损失时，不能仅按照规范中要求的占沿程水头损失的10%-20%估算，否则将造成较大误差，使得实际均匀度偏离要求的均匀度，建议通过本文推导的计算公式推算毛管局部水头损失。（3）产投比随均匀系数的增大先增大后减小，存在一个极大值。以西瓜为例，经过分析得到最优均匀系数为0.78。当均匀系数大于合理取值范围（0.73-0.83）时，其微小地增加会引起产投比的急剧下降。均匀系数由0.83增长到0.93，产投比降低了58.57%，因此，微灌工程设计中不能一味追求高的灌水均匀系数，否则会造成经济上的不合理。（4）灌水器制造偏差、微地形偏差和支管入口压力等因素对均匀系数均有影响，通过对影响因素与均匀系数的关系分析，建议灌水器生产过程中，将制造偏差系数控制在0.00-0.10范围内。对于微压滴灌系统或者当支管入口压力较小时，建议微地形偏差系数Sz不大于0.01m。对于微地形偏差不大于0.09m的平坦地形，建议支管入口压力取值在6m以下，但对于灌水器设计工作水头或灌水器最小工作水头的精确合理取值，还需要进一步的系统的优化设计。（5）开发了均匀系数优化设计与分析软件，该软件能够针对不同作物选取合理均匀系数取值，并进行基于步进法的灌水器流量与压力推算，作物产量与系统年费用的模拟。可用于分析管网参数对均匀度及产投比的影响。并生成AutoCAD设计图及文本文档。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 灌溉质量评价方法及影响因素
• 1.2.2 灌水均匀系数合理取值
• 1.2.3 局部水头损失计算方法
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究内容
• 1.4.1 均匀系数计算模型建立
• 1.4.2 均匀系数合理取值
• 1.4.3 微灌工程规划设计计算机辅助软件研发
• 1.5 研究方法及技术路线
• 第二章 微灌系统灌水均匀系数计算模型
• 2.1 毛管局部水头损失计算方法
• 2.1.1 毛管局部水头损失占沿程水头损失的比例
• 2.1.2 毛管局部水头损失占沿程水头损失比例与影响因素的关系
• 2.2 考虑三偏差的均匀系数计算模型
• 2.2.1 均匀系数计算模型的建立
• 2.2.2 均匀系数计算模型的试验验证
• 2.3 系统年费用计算方法
• 2.4 灌水量与作物产量的关系
• 2.5 小结
• 第三章 微灌系统灌水均匀系数合理取值
• 3.1 优化方法
• 3.2 算例
• 3.3 灌水均匀度及产投比与影响因素
• 3.3.1 制造偏差对均匀度及产投比的影响
• 3.3.2 微地形偏差对均匀度及产投比的影响
• 3.3.3 毛管管长对均匀度及产投比的影响
• 3.4 小结
• 第四章 微灌工程规划设计计算机辅助软件的研制
• 4.1 软件设计指导思想
• 4.2 软件开发平台及技术简介
• 4.3 软件总体设计及流程
• 4.3.1 微灌系统基本参数输入
• 4.3.2 均匀系数计算及优化
• 4.3.3 计算结果文档输出
• 4.3.4 设计图
• 4.3.5 数据分析
• 4.3.6 帮助
• 4.4 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介