中心支轴式喷灌机用可伸缩悬吊装置研制

针对现有中心支轴式喷灌机悬吊装置不能随作物长势进行调整,造成田间灌溉水利用率和灌水均匀度降低的实际问题,创新研制了可伸缩悬吊装置,可使喷头升降幅度达100 cm,实现作物"贴合式"喷灌。中心支轴式喷灌机应用可伸缩悬吊装置后,喷洒均匀系数在72.3%～94.1%之间,田间灌溉水利用率在82.8%～89.8%之间。可伸缩悬吊装置能够有效减少灌溉水的飘移损失,提高田间灌溉水利用率和灌水均匀度。     

摇臂式喷头喷嘴结构改进及水力性能试验研究

为了降低摇臂式喷头在工程应用中的运行成本、提高喷灌质量,本文针对8034D摇臂式喷头主、副喷嘴结构进行了优化改进,并研究了喷嘴结构改进后对喷头流量、径向水量分布和组合喷灌均匀度的影响。结果表明,主喷嘴内腔锥度角对喷头流量的影响呈显著水平,内腔锥度角越大,喷头流量越小;当工作压力相同时,改进副喷嘴结构对喷头流量的影响不大。随着测点与喷头水平距离的逐渐增加,不同内腔锥度角和圆柱段长度下的径向喷灌强度均呈递减趋势。组合2(1 mm#54°主喷嘴与改进后副喷嘴组合)在4种组合方式中的喷灌均匀性较好,其在喷头正方形布置下7种组合间距(12 m×12 m～18 m×18 m)时的平均喷灌均匀系数为87.8%,其中17 m×17 m时的喷灌均匀系数峰值达到89.3%。综合考虑喷灌质量和经济性两方面,在实际工程设计时,建议8034D摇臂式喷头主、副喷嘴的组合方式优先选用组合2,喷头工作压力设置为250 kPa,且组合间距以17 m×17 m为宜。     

圆形喷灌机低压阻尼喷头水滴直径分布规律的试验研究

为了提高机组喷洒均匀性、降低对土壤作物的打击强度,近几年国内圆形喷灌机逐渐安装低压阻尼旋转喷头,以替代非旋转低压喷头。本文采用面粉法对R3000和A3000低压阻尼喷头在安装3种喷嘴(直径为2.98、4.96和6.95 mm)和2种工作压力(100和140 kPa)下的水滴直径分布规律进行了试验,分析了水滴平均直径和总体水滴直径分布,探讨了水滴直径与喷头转速、喷嘴直径及工作压力的关系。结果表明,在相同工作压力和喷嘴直径下,A3000喷头转速要快于R3000喷头,但射程和末端水滴直径均有所减小。在相同喷嘴直径下,两种喷头随着工作压力的增大,射程均有所增大,但末端水滴直径呈变小趋势;在相同工作压力下,随着喷嘴直径增大,喷头射程均呈增大趋势,但末端水滴直径变化不显著。A3000喷头总体水滴直径分布范围比R3000喷头窄,不同工况下测得的A3000喷头水滴中数直径比R3000喷头小3.6%~8.9%。两种喷头径向不同位置处的水滴平均直径与喷头距离呈指数关系,中数直径随工作压力增大或喷嘴直径减小而变小。     

新型五嘴雾化喷头喷灌强度及水量空间变化规律研究

为探明五嘴雾化喷头的喷灌强度及水量空间变化规律。采用自计雨量盒,喷头测试高度分别设置为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m和2.5 m共5个水平,在100 kPa、150 kPa、200 kPa、250 kPa、300 kPa五个喷头工作压力下,测定喷洒水量、喷灌强度等指标,计算流量偏差系数。结果表明:0.5m安装高度,200 kPa下均匀度最高。增大喷头工作压力、升高喷头安装高度均有利于水量的扩散;喷头的安装高度过低会导致较高的水量峰值,易产生地表径流,0.5 m高度水量峰值变化范围为6.06 mm/h～7.44 mm/h。结果可为确定喷灌系统雾化指标和喷头安装高度提供参考依据,避免因水量峰值过大而产生地表径流。     

节水灌溉在法国

法国是一个历史悠久美丽富饶的国家,可耕地面积3150万hm~2,每年实际耕种面积约1800万hm~2。法国大部分地区属海洋性气候,年降雨量在700mm～1000mm,作物种植计划和年内雨量分配协调,对灌溉的依赖性不强。目前全国可灌溉耕地面积170万hm~2,仅占耕地面积的9％。其中地面灌溉面积仅占灌溉面积的5％,微灌面积占5％,主要是经济作物,制约微灌发展的主要因素是费用高。灌溉面积的90％采用喷灌,其中固定式占11％,圆形喷灌机及平移式喷灌机占14％,卷盘式喷灌机为65％。固定式喷灌多采用大型垂直摇臂式喷头,在二三十年前曾是喷灌的主要形式,     

余姚茶场茶叶喷灌技术经济指标分析

余姚茶场共有茶园面积855田,投产面积830亩。1975年开始建设固定管道式喷灌系统,78年列为全国茶叶喷灌试点单位,81年2月竣工,共建成提水工程3处,加压泵站4处,安装喷灌用变压器4台375千伏安,架设10千伏输电线路1.9公里,埋设主管7085米,支管5030米,配置余工农Ⅱ型喷头289只,总投资282141元。喷灌系统的有效控制面积为741亩,占投产茶园总面积的90%,此外,还有39亩采用小型流动喷灌机喷灌。随着喷灌系统的陆续建成,为茶叶的高产稳产创造了良好的条件。据统计,全场茶叶总产和亩产,分别由1975年的2160担和260斤增加到1982年的4300担和518斤,成为全国茶叶单产最高的国营茶场。现对该场固定管道式喷灌系统的技术经济指标作如下分析:     

基于冲蚀耦合动网格方法的摇臂式喷灌喷头冲蚀变形数值模拟研究

喷灌喷头长期冲蚀磨损引起的喷嘴结构变形是影响其水力性能的主要原因之一。为了探究喷头的冲蚀变形及变形对其水力性能的影响规律,基于冲蚀耦合动网格方法以PY1-20sh型喷头为研究对象,利用标准k-ε湍流模型与Generic冲蚀模型建立喷头固-液两相流数值模型,针对3组不同水流含沙量工况开展喷头运行160 h内的冲蚀变形数值模拟研究。结果表明：喷头的冲蚀磨损主要发生在主喷嘴处,持续地冲蚀磨损使其质量减小,主喷嘴冲蚀变形表现为管壁向外不均匀扩张使得出口直径增大,变形程度与喷头运行时长及水流含沙量均呈正相关,变形速率随运行时间的延长而减缓,形状系数变大说明出口断面逐渐偏离圆形。喷头水力性能的变化表现为冲蚀变形使出口流量增加但流量系数减小,且由理论分析发现喷头射程随运行时长逐渐缩短,末端水滴直径逐渐减小但变化幅度不大。研究结果可为喷头的合理使用与结构设计提供参考依据。     

移动式喷灌系统的指标确定及计算

一、节水灌溉制度和指标的确定(一)主要技术指标的确定喷灌工程。以地下水为水源的喷灌工程,灌溉设计保证率不低于90%,灌溉水利用系数不低于0.85,喷灌均匀系数应大于0.75。卷盘式喷灌田间工程布局为喷头车走向与作物种植垄向一致。移动式喷灌田间工程布局为一般支管与作物种植垄向一致。(二)灌溉制度的确定根据当地有关资料确定喷灌灌水定额和灌水周期。其公式为:     

边墙型喷头湿墙性能试验研究

为探讨边墙型喷头打湿墙面的性能,选取了4种类型的喷头,在开间为3m的房间内进行洒水分布性能试验研究。喷头安装间距为3m、工作压力为0.05~0.2MPa。试验结果显示:边墙型喷头有6%~20%的水量喷洒到对面墙上,且均能喷洒到对面墙距溅水盘1.2m高度以下的墙面。喷头湿墙集水率受工作压力影响较小,边墙型家用喷头和扩大覆盖面积洒水(EC)喷头的集水率优于边墙型标准喷头;在喷水湿墙均匀性方面,工作压力越高,喷头喷洒到墙面的水量越不均匀,且边墙型标准喷头优于家用喷头和EC喷头。在房间开间为3m时,不适宜采用EC喷头。     

喷头不同组合模式下水量分布和喷灌均匀度的田间试验及数值模拟

利用三次样条两次插值叠加法并结合单喷头水量分布可计算得到多喷头组合水量分布。为验证该方法的适用性及探究变间距条件下喷灌均匀度的变化情况,通过田间试验,得到ZY-2型单喷头水量分布及多喷头18 m×18 m组合形式下水量分布,计算了喷灌均匀度。利用MATLAB软件构建了喷头组合条件下水量分布的数值模拟模型,计算出不同组合模式下水量分布和组合喷灌均匀度。结果表明:模拟与实测喷灌水深的相对误差(RE)和均方根误差(RMSE)分别为8.49%和3.17 mm,组合喷灌均匀度的相对误差为1.85%,表明构建的模型能较准确地模拟不同喷头组合条件下的水量分布和组合均匀度; ZY-2型喷头在正方形21 m×21 m布置形式下,喷灌均匀度达到最高(0.873);在变喷头间距和变支管间距两种矩形布置时,喷灌均匀度整体上随着支管间距的增加而逐渐降低,但喷头间距增加时喷灌均匀度降低的幅度更大。研究结果可为优化喷头布置形式提供技术支撑。     

铺设长度及入口压力交互作用对小流量滴灌带灌水均匀度的影响

为探究滴灌带铺设长度与入口压力交互作用对灌水均匀度的影响。以3种J型（进口型号）滴灌带和1种G型（国产型号）滴灌带为研究对象,分别对不同铺设长度和入口压力组合下的滴头流量进行测定,并运用变差系数（v）、Christiansen均匀系数（C_u）及Keller均匀系数（E_u）进行了评价。结果表明：C_v、C_u、E_u均随着滴灌带铺设长度和入口压力的变化而变化,C_u与E_u呈正相关,与C_v呈负相关;以滴水孔流量变差系数C_v为判别指标,滴灌带铺设长度为200 m时,J₁型入口压力为5~11 m、J₂型入口压力为3~11 m的滴灌带质量等级均为A（优）;入口压力在1~11 m范围时,J₃型滴灌带在各压力下的质量等级均为B(良)、G型滴灌带质量等级均为D（不合格）。滴灌带铺设长度为100 m时,J型滴灌带入口压力在1~11 m范围的质量等级均为A（优）;G型入口压力在1~3 m时滴灌带质量等级为C（一般）。以均匀系数E_u和C_u为判别指标,J型滴灌带铺设长度为300 m时灌水均匀度均最低,入口压力为9~11 m时灌水均匀度均最高。基于上述判别指标,本试验所选各类型滴灌带铺设长度和入口压力的最佳搭配为：J₁型滴灌带铺设长度200 m、入口压力9 m;J₂型滴灌带铺设长度200 m、入口压力11 m;J₃型滴灌带铺设长度200 m、入口压力11 m;G型滴灌带铺设长度100 m,入口压力7 m。     

滴灌系统毛管单/双向供水方式对灌水和施肥均匀性的影响

滴灌系统管网布置形式及运行管理模式是影响滴灌系统灌水和施肥均匀性的重要因素。本研究评价了供水方式、毛管长度及毛管首部压力对沿毛管压力分布、灌水器流量分布、灌水和施肥均匀性及水肥一致性的影响。试验中,毛管供水方式设置单向供水(A1)和双向供水(A2);毛管长度设置70(L1)、100(L2)和130 m(L3)3个水平;毛管首部压力设置0.02(P2)、0.04(P4)、0.06(P6)、0.08(P8)和0.10 MPa(P10)5个水平。结果表明,相同毛管长度及毛管首部压力情况下,双向供水处理流量偏差率较单向供水低18%～43%。在灌水器允许流量偏差率为20%时,双向供水毛管极限铺设长度较单向供水增加约60%。方差分析结果显示毛管供水方式、毛管长度及毛管首部压力对灌水和施肥均匀系数的影响均达到了极显著水平(p0.01),双向供水方式可以显著提高灌水和施肥均匀性。在毛管长度100 m和130 m条件下,双向供水的灌水和施肥一致性较单向供水提高3%～4%。建议在规模化滴灌系统中采用双向供水方式,以达到增加毛管允许铺设长度、提高灌水和施肥均匀性和一致性的目的。     

洞庭湖入出湖径流泥沙年内变化规律及成因分析

根据洞庭湖入出湖水文站实测月径流泥沙长序列观测资料,运用不均匀系数、集中度和集中期、MannKendall趋势检验法等方法,分析了洞庭湖入出湖径流泥沙年内变化规律及其成因。结果表明:四水入湖径流量年内分配不均,集中于5-7月;输沙量年内分配极为不均并呈现出越来越不均匀的趋势,集中于6-7月;荆江三口各站历年径流量年内分配整体趋势上变化不大,三口径流集中期均为每年的7月份,输沙量年内分配越来越不均匀;城陵矶径流量和输沙量不同年代之间的C_(V_y)值差异较大,输沙量C_(V_y)值呈较为明显的波动增大趋势,径流量C_(V_y)值无明显趋势性变化;径流集中在7月,输沙在水沙交互影响下集中于4月;水利工程和水土保持工作的实施使得洞庭湖水沙年内分配更加均匀。四水、三口和出湖集中期呈逐渐推迟的规律,泥沙的集中度均高于径流。     

基于AquaGIS模型的盈科灌区制种玉米农业用水效率分析

盈科灌区是黑河流域中游绿洲典型灌区之一,该灌区农业用水效率较低,农业用水矛盾十分突出。制种玉米是灌区主要种植作物,研究制种玉米的优化灌溉制度对实现该区域农业用水可持续发展具有十分重要的意义。利用分布式作物模型AquaGIS模型,基于盈科灌区土壤质地的空间变异性对该灌区制种玉米灌溉制度进行了优化,提出了适合灌区实际配水情况的最佳灌溉制度。通过灌溉制度优化,灌区制种玉米蒸散发量减少36~53mm,水分生产率WPET增加5%左右,灌溉水生产率WPI增加25%~48%,极大地提高了灌区农业用水效率。同时,对该灌区不同水文年灌溉制度进行优化,综合对比灌区制种玉米WPET、WPI和产量,其中丰水年灌溉3次、平水年灌溉4次、枯水年灌溉5次可以实现农业用水效率最高,为灌区高效节水灌溉提供理论指导。     

基于颗粒级配参数描述砂土持水及非饱和强度特性的土壤转换函数

以van Genuchten模型为基础,将砂土的基本物理特征与统计分析相结合,构建土壤转换函数以预测砂土持水曲线。首先,在土壤转换函数中引入控制粒径d_(60)和不均匀系数C_u这两个典型颗粒级配参数,并满足完全均匀和完全分散的两种理想颗粒材料条件;其次,结合非饱和土水力特性数据库(UNSODA)与4种颗粒级配分布较均匀的砂土持水曲线补充试验,通过量纲分析和回归分析,将控制持水曲线进气值和减湿率的参数a和n分别表示为d_(60)和lgC_u的反比例型转换函数,结果表明:这两种转换函数对参数a和n的预测效果优于已有转换函数;最后,将这两种转换函数引入非饱和强度公式,利用已有文献中的非饱和强度试验结果验证了提出的土壤转换函数在表征砂土毛细黏聚力与抗拉强度随基质吸力变化规律的有效性,相应的理论计算结果表明:砂土的毛细黏聚力随其控制粒径减小或均匀程度降低而增高。     

Lateral stability of sandbed canals

The lateral stability of unlined sandbed irrigation canals is a problem in the operation and maintenance of gravity irrigation systems. This problem has been studied from the aspect of meandering thalwegs that develop in otherwise straight channels.Hydrodynamic stability analysis of two-dimensional flow in sandbed channels has been used to predice the conditions under which meandering thalwegs will develop and lead to lateral instability. The analytical study shows that, with realistic functions for hydraulic resistance and bedload transport used herein, the two parameters which determine if meandering thalwegs will develop are the discharge intensity, q and channel width W.Results of analysis are confirmed by extensive data, especially collected for this purpose from straight irrigation canals in Pakistan. This study leads to criteria for stable channel width.Notation A _* coefficient, Equation (32) - B _* coefficient, Equation (32) - a, b dimensionless constants, Equation (5) - C _* dimensionless Chezy's coefficient - CC} dimensionless equilibrium bed material load, Equation (27) - D ₅₀ median bed material size - d flow depth - d ₀ equilibrium value of d - d perturbation in d - dd} a dimensionless dimensionless function of y - E _* coefficient, Equation (32) - G _* coefficient, Equation (32) - F Froude number of equilibrium flow - g acceleration of gravity - g _b bed material transport rate - g _b0 equilibrium value of g _b - g _bx,g _by values of g _balong x and y, respectively - H _y first partial derivative of hh} with respect to y - H _yy second partial derivative of hh} with respect to y - h water surface level, with reference to an arbitrary datum - h ₀ equilibrium value of h     

Prediction of Hydropower Energy Using ANN for the Feasibility of Hydropower Plant Installation to an Existing Irrigation Dam

Recently, artificial neural networks (ANNs) have been used successfully for many engineering problems. This paper presents a practical way of predicting the hydropower energy potential using ANNs for the feasibility of adding a hydropower plant unit to an existing irrigation dam. Because the cost of energy has risen considerably in recent decades, addition of a suitable capacity hydropower plant (HPP) to the end of the pressure conduit of an existing irrigation dam may become economically feasible. First, a computer program to realistically calculate all local, frictional, and total head losses (THL) throughout any pressure conduit in detail is coded, whose end-product enables determination of the C coefficient of the highly significant model for total losses as: THL = C·Q ². Next, a computer program to determine the hydroelectric energies produced at monthly periods, the present worth (PW) of their monetary gains, and the annual average energy by a HPP is coded, which utilizes this simple but precise model for quantification of total energy losses from the inlet to the turbine. Inflows series, irrigation water requirements, evaporation rates, turbine running time ratios, and the C coefficient are the input data of this program. This model is applied to randomly chosen 10 irrigation dams in Turkey, and the selected input variables are gross head and reservoir capacity of the dams, recorded monthly inflows and irrigation releases for the prediction of hydropower energy. A single hidden-layered feed forward neural network using Levenberg–Marquardt algorithm is developed with a detailed analysis of model design of those factors affecting successful implementation of the model, which provides for a realistic prediction of the annual average hydroelectric energy from an irrigation dam in a quick-cut manner without the excessive operation studies needed conventionally. Estimation of the average annual energy with the help of this model should be useful for reconnaissance studies.     

覆膜滴灌下枸杞耗水规律研究

通过大田枸杞滴灌和传统畦灌对照处理试验,研究了覆膜滴灌下枸杞耗水规律、水分利用效率和产量的变化规律,结果表明,枸杞覆膜滴灌生育期内耗水量相比传统畦灌平均减少了34%,生育期内灌溉定额相比传统畦灌平均节约了52%。当覆膜滴灌枸杞耗水量为612 mm时,枸杞的水分效率和干果产量达到最优组合水平。     

喷灌洒水与施肥均匀性对冬小麦产量的影响

喷灌均匀系数是喷灌系统设计的重要参数，而喷灌洒水与施肥的均匀性对作物产量的影响是确定均匀系数设计值的重要依据。1998～1999、1999～2000两年的喷灌洒水与施肥均匀系数对冬小麦产量影响的田间试验结果表明，当冠层以上均匀系数小于76%时，冠层以下喷灌均匀系数大于冠层以上喷灌均匀系数。灌溉季节内，累计灌水量均匀系数大于平均喷灌均匀系数，因此用平均喷灌均匀系数表示灌溉季节的灌水均匀程度会低估实际灌水的均匀性。喷灌施肥的试验结果表明，化肥施入量与灌水量的分布都可以用正态分布来表示，且它们的分布比较接近。田间试验还表明，对华北平原种植的冬小麦而言，在试验的喷灌均匀系数变化范围内(62%～82%)，喷灌洒水及施肥的均匀性对产量的影响不明显。