喷灌系统水量分布均匀度研究

论文题目: 喷灌系统水量分布均匀度研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水利水电工程

作者: 李小平

导师: 李远华,罗金耀

关键词: 单喷头水量分布,三角形组合,等效面积,喷灌均匀度,土壤含水率均匀度,数值模拟,差分法

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文的主要研究内容是喷灌系统水量分布均匀度问题。通常所说的喷灌均匀度是指喷灌时用承雨筒测得的地表水量分布,而该水量分布是在矩形或三角形等不同的喷头布置形式和组合间距下产生的;且地表水量分布不能很好地反映水入渗后在土壤根系层中的分布。针对上述问题,本文在研究不同喷头组合形式下的喷灌均匀度计算的基础上,对喷灌土壤水量分布的均匀度计算理论和方法进行了研究。 喷灌系统灌水均匀度是衡量喷灌系统质量好坏的关键指标之一,一般用Christiansen系数CU表示。在设计阶段用实测法获得喷头各种不同组合(喷头布置形式、喷头间距、支管间距)下的组合喷灌均匀度是相当困难的,可采用单喷头实测水量分布资料通过水量叠加的原理来计算不同喷头组合下的喷灌均匀度。实测单喷头水量分布时承雨筒的布置形式一般有两种,即射线状布置和格形布置。射线状布置测试单喷头水量分布的工作量要远小于格形布置的工作量,我国规范规定采用辐射线布置形式时的射线数为8条或12条。 当使用辐射状单喷头水量分布资料进行组合喷灌均匀度计算时,首先须将其转换为格形水量分布,以便使用矩阵的形式用计算机程序进行计算。本文提出“先径向插值,后弧向插值”的方法进行转换计算,并编制相应的计算机程序以便提高计算的准确性和工作效率。 本文首先研究了喷头矩形组合时不同喷头间距和支管间距下喷灌均匀度叠加计算,针对三角形组合的典型面积为“三角形”,不能使用矩阵进行叠加的困难,提出等效面积的概念,将三角形组合的“三角形”典型面积转换为矩形等效面积,使得能够使用矩阵进行三角形组合的叠加计算。这样,在实际喷灌工程设计中,当选定了喷头以后,只需要具备该喷头工作压力下的水量分布即可通过叠加计算的方法获得各种组合形式及不同喷头间距和支管间距下的喷灌均匀系数或均匀度。采用此法计算,还有利于进行不同组合方案的优化组合选择,使设计喷灌均匀度达到国家规范规定的要求的同时系统投资较低。 Davis、Hart、李久生等的研究发现,喷灌水量在进入土壤一定时间后在作物根区的分布比其在地面的分布要均匀得多。作物产量主要受根区土壤水分分布的影响,因此从作物高产的角度来看,喷灌水量在土壤中的分布比其在

论文目录:

1 绪论

1.1 选题的背景

1.1.1 节水灌溉对我国的重要性

1.1.2 喷灌技术及其发展

1.2 问题的提出

1.2.1 喷灌质量评价标准

1.2.2 喷灌均匀度的计算

1.2.3 喷灌均匀度对作物产量的影响

1.3 国内外研究现状

1.3.1 喷灌均匀度及其计算方法的研究现状

1.3.2 喷灌水量在土壤中再分布的研究现状

1.3.3 喷灌均匀度对作物产量影响的研究现状

1.3 本文研究工作

1.4 本章小结

2 组合喷灌均匀度的计算

2.1 单喷头水量分布资料的标准化

2.1.1 单喷头水量分布的原始资料

2.1.2 辐射状水量实测资料的标准化

2.2 用单喷头水量分布资料计算组合喷灌均匀度

2.2.1 喷头的喷洒方式和组合形状

2.2.2 喷头水量分布图形的叠加

2.3 三角形组合喷灌均匀度的计算

2.3.1 概述

2.3.2 三角形布置等效典型面积的选择

2.3.3 三角形布置矩阵的相加

2.4 实例计算

2.4.1 实测资料

2.4.2 计算

2.5 本章小结

3 喷灌条件下土壤水分运动的数学模型

3.1 土壤水分运动基本方程

3.2 数学模型

3.2.1 基本物理条件

3.2.2 基本假定

3.2.3 数学模型

3.3 数学模型的求解

3.3.1 概述

3.3.2 有限差分法概要

3.3.3 差分网格的剖分

3.3.4 差分格式的构造

3.3.5 基本方程的线性化

3.3.6 多维问题的经济算法

3.4 计算机程序设计

3.4.1 程序设计思路

3.4.2 三对角线方程组求解子程序

3.5 土壤非饱和流数值模拟中有限元法的应用

3.6 本章小结

4 喷灌条件下土壤水分分布的试验与数值模拟

4.1 试验研究

4.1.1 试验目的

4.1.2 试验一

4.1.3 试验二

4.2 数值模拟

4.2.1 对试验的模拟

4.2.2 考虑不同因素的数值模拟

4.3 本章小结

5 喷灌条件下土壤水分空间分布特性分析

5.1 喷灌条件下土壤水分运动过程分析

5.1.1 土壤水分的渗吸和再分布过程

5.1.2 土壤水分的蒸发过程

5.2 喷灌条件下土壤水分空间分布特性分析

5.2.1 喷灌洒水量的概率分布

5.2.2 喷灌洒水量和土壤含水率的空间结构

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文研究内容及取得的成果

6.2 展望

参考文献

致谢

发布时间: 2006-03-27

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