沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌工程设计

云南省沾益区炎方乡来远银杏苗圃采用滴灌方式灌溉,设计灌溉面积180hm~2,支管、毛管铺设是滴灌设计的核心内容。以项目区基本资料和灌溉制度为基础,通过水力计算来确定支管、毛管铺设参数。项目区分10组轮灌,灌水周期5d,灌水延续时间6h,净灌水定额18mm,毛灌水定额20mm。滴头流量2L/h,工作压力水头15m。最终:支管铺设长60m,间距60m,50孔,选用0.8MPa DN63PE100级管;毛管铺设长100m,间距1.2m,100孔,选用0.6MPa DN25PE100级管;选用?16(0.15MPa)压力补偿滴头。     

水肥一体微喷带施肥均匀性试验研究

为探究水肥一体化微喷带大田施肥均匀性及影响因素,通过两种长度微喷带在4种首部工作压力下肥液浓度测定试验,分析沿微喷带方向与垂直于微喷带方向的肥液浓度变化规律。结果表明:使用微喷带进行田间施肥时,微喷带铺设长度对肥液浓度均匀性影响不大,但随着沿程压力降低,施肥量会随灌水量的降低而减少;垂直于微喷带方向的肥液浓度在靠近微喷带的位置点变化平缓,沿微喷带方向肥液浓度小幅度减小。不同的铺设长度存在不同的最优首部工作压力,微喷带铺设长度为20 m、首部工作压力为40 kPa左右时和铺设长度为40 m、首部工作压力为28 kPa左右时,肥液浓度变化相对平缓。微喷带与比例式施肥泵配套使用进行水肥一体化灌溉时,肥液均匀性较高,实际使用时应进行合理配置并设置适宜的首部工作压力。     

旱塬区滴灌系统水力特性研究及系统优化设计

为解决陕西省渭北旱塬区滴管系统灌水均匀度较低的问题,通过试验与实际工程相结合的方法,研究不同进口工作水头与毛管铺设长度对系统单孔流量、灌溉均匀度和流量偏差率的影响,结果表明:系统单孔流量和灌水均匀度与毛管铺设长度呈反比,与进口工作水头呈正比,而流量偏差率与毛管铺设长度呈正比,与进口工作水头呈反比,工作水头在9 m左右,毛管铺设长度在30 m左右范围内时,可在节约成本的情况下,使系统灌溉均匀度最高;进口工作水头、毛管铺设长度与灌水均匀度的关系呈良好的二次抛物线关系,并得出了滴灌系统灌溉均匀度与毛管铺设长度、进口工作水头之间的函数关系式,可为渭北旱塬区滴灌系统的设计与施工提供理论依据。     

滴灌毛管管径优化研究

本论文对毛管管径与毛管成本、铺设长度、滴灌系统造价的关系进行了研究,认为在压力和抗拉强度相同的条件下,可近似地认为毛管成本与管径平方成正比;在毛管允许水头偏差、灌水器间距、灌水器设计流量确定的条件下,毛管铺设长度可近似地认为与毛管管径d1.729成正比,毛管管径越大,铺设长度越长;通过分析毛管管径与系统投资关系认为,滴灌带管径应根据实际灌溉对象控制在6mm-25mm之间,管径太大或太小,滴灌系统造价都会偏高。因此,在产品开发中,应根据实际农田地块大小与形状,开发不同管径的滴灌带,以降低滴灌系统造价。     

滴灌毛管灌水均匀度试验研究

以内镶贴片式滴灌带为研究对象,通过测定不同铺设长度、铺设坡度以及入口压力下滴头沿毛管的流量分布,计算出各种条件下毛管灌水均匀度,并结合滴头的制造偏差及田面微地形对高差流量偏差率的影响,分析了降低入口压力对毛管灌水质量的影响.结果表明:铺设长度较短时,在10-2 m 压力水头范围内,降低毛管入口压力对灌水质量的影响可以忽略;在-5‰～10‰的坡度范围内,毛管灌水均匀度随铺设坡度的增大而增大.综合分析认为,毛管入口压力水头可以降到4 m左右.     

滴灌系统田间管网优化设计分析

在调研新疆地区滴灌工程基础上,分析了地区现行滴灌工程管网布置及长度确定方式,提出运用毛管最大长度计算公式和经济指标作为重要衡量参数,确定田间毛管布置的最经济长度。结果表明,在毛管间距相等情况下,毛管铺设经济长度会随滴头间距增加、流量减小而增加。同时,增加灌水小区面积,田间毛管经济长度亦会增加。     

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。     

地下滴灌灌水器堵塞特性田间评估

以运行2年的日光温室番茄地下滴灌系统为对象,通过对灌水器流量进行测试,分析了滴灌带埋深、施肥次数、施肥量和土壤层状结构等对灌水器堵塞程度及灌水均匀性的影响.滴灌系统包括滴灌带埋深为0、15和30cm的33个小区,2年累计施肥次数的变化范围为0～19,累计施尿素量变化范围为0～1 023kg/hm2.结果表明,运行2年后地表和地下滴灌灌水器发生了轻微堵塞,其中流量降低超过25%的灌水器占2.7%,完全堵塞的灌水器占2.1%;施肥次数、施肥量和土壤层状结构对堵塞的发生没有明显影响,地表滴灌比地下滴灌堵塞略为严重;未发现根系入侵造成的灌水器堵塞.对发生堵塞灌水器在系统中的位置进行调查后发现,大部分堵塞灌水器位于毛管的最末端.为了定量评价灌水器堵塞程度对灌水均匀性的影响,建立了灌水器流量变差系数与流量降低百分数之间的回归关系,结果表明灌水器流量均匀系数随堵塞引起的流量降低百分数的增大而线性增大.     

滴灌带灌水均匀度田间试验分析

以2种不同类型滴灌带为研究对象,通过测定不同铺设长度、铺设坡度以及入口压力下滴头沿毛管的流量分布,计算出各情况下毛管灌水均匀度,并测试了滴头的制造偏差,分析了降低入口压力对两种毛管灌水质量的影响。结果表明:B型滴灌带在各种情况下灌水均匀度均优于A型滴灌带,但在灌水均匀度允许范围内,A型滴灌带以其价格优势易于推广。     

考虑灌水均匀性及年费用的不规则微灌单元管网优化布置

为了评估不规则微灌单元毛管单/双向布置时出水桩位置、单元控制面积和单元形状参数对单元水力性能和年费用的影响,利用Matlab和EPANET软件构建了微灌水力设计及评价模型HAPIS(Hydraulic Analysis of Pressurized Irrigation System)。以直角三角形的不规则微灌单元为例,集成水力性能和年费用计算的评估结果表明,毛管单/双向布置模式下,通过出水桩位置优化可使微灌单元流量偏差率分别降低29%和7%,毛管双向布置可有效降低灌水均匀性对出水桩位置的敏感性。出水桩布置在长毛管分布区域有助于降低灌溉年费用。支管直径一定时,随微灌单元控制面积增加,微灌单元流量偏差率和年费用分别呈明显升高和降低趋势。支管公称外径40～63 mm时采用毛管单向布置,支管公称外径≥75 mm时采用毛管双向布置,是提高单元控制面积的有效方法。不规则单元中不宜使用过大直径支管(如公称外径90 mm),以避免支管单价较高造成的灌溉单元年费用明显升高。相同控制面积下,毛管双向布置可降低直角三角形单元底角变化对灌水均匀性的影响,灌水均匀性高于毛管单向布置。基于构建的HAPIS模型可...     

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。     

Optimal Design for Pressurized Irrigation Subunits with a Minimum Cost and Maximum Area for Uniformly Sloping Fields

The optimal design for pressurized irrigation subunits is a complicated problem that not only requires a confirmation of the layout but also requires a pipe diameter combination. Using a subunit with single lateral and a subunit with paired laterals as research objects, four mathematical optimization models were established to identify the optimal microirrigation subunit design. The optimization criteria were minimizing the annual total cost (C_T) and maximizing the subunit size (A); it was assumed that all the emitters have equal discharge, and only rectangular subunits were considered in this study. No allowable pressure differences allocation between the lateral and the manifold were made in this study, considering that there are many factors that affect the distribution ratio and the overall optimization of the subunit. A genetic algorithm was used to obtain the optimal design when simultaneously considering the layout and pipe diameters of the subunit. The results indicated that the investment cost (C_a) is the most important factor, and it makes up 43–66% of the C_T, followed by the water cost (C_w), which accounts for 28–49% of the C_T. A subunit with paired laterals is superior to a subunit with single lateral in terms of both the total cost and the control area. On the whole, with the increase in the lateral diameter, both the total cost and the control area will increase. With an increase in the emitter discharge, the total cost increases, while the control area decreases. The change of slope in the lateral direction has little effect on the total cost and control area. The method proposed in this study is applicable to the simultaneous optimization of the subunit in which the layout and area are undetermined, and it may provide a new path towards subunit optimization.

     

尾枪开闭对圆形喷灌机变量喷灌施肥均匀性的影响与改进

为了增加方形地块四角的灌溉面积,工程应用时经常在圆形喷灌机末端安装尾枪,而尾枪周期性地关闭和打开会改变喷灌机入机流量,导致喷灌施肥均匀性降低。为此本文设计了基于北斗技术控制尾枪开闭的圆形喷灌机变量施肥系统,并以安装D3000低压喷头和P85A摇臂式喷头为尾枪的圆形喷灌机为对象,研究了在尾枪关闭和打开两种工况下变量喷灌施肥均匀性。结果表明,圆形喷灌机行走状态下,尾枪关闭和打开两种工况时喷灌施肥均匀C*_(UH)系数为66.1%~68.4%,电导率变异系数C_V为0.9%~3.7%;圆形喷灌机停止状态下,尾枪关闭和打开两种工况时克里斯琴森均匀系数C_U为98.2%~99.2%,电导率变异系数C_V为0.9%~2.1%。试验过程中尾枪定位和开闭切换由变量施肥系统自动控制,表明研发的变量施肥系统运行稳定可靠。     

滴灌系统运行方式对砂壤土水氮分布影响的试验研究

以一种砂粒含量高达95%的砂土为对象，开展了滴灌施肥灌溉条件下，灌水器流量、灌水量和系统运行方式对水分、硝态氮和铵态氮分布影响的室内试验。灌水器流量的变化范围为0.5～2.0L/h，灌水量为6～7.7L；系统运行方式包括不同灌水和施肥次序组成的4种方案。研究结果表明，径向和垂直湿润距离随灌水量的增加呈幂函数关系增加；灌水量相同时，随灌水器流量的增大，灌水器周围的土壤含水率增加，垂直湿润距离减小，而径向湿润距离变化不大；灌水器流量一定时，垂直湿润距离随灌水量的增大而明显增加。对氮素分布的测试结果表明，硝态氮在湿润体边界存在累积现象；铵态氮在灌水器附近出现浓度高峰，且铵态氮集中在灌水器周围15cm范围内。滴灌施肥灌溉系统运行方式对硝态氮在土壤中的分布影响明显，建议采用最初用灌水施肥总时间的1/4灌水，再用1/2时间施肥，最后用1/4时间冲洗管道的运行方式，以便将施入土壤的氮素最大限度地保留在作物根区内，防止硝态氮淋失。     

畦灌施肥模式对土壤水氮时空分布的影响

对冬小麦生长期施用尿素条件下不同畦灌施肥模式的土壤水和氮时空分布状况及变化趋势开展研究,评价作物有效根系层土壤水氮沿畦长空间分布均匀性,探讨适宜的畦灌施肥模式。结果表明,畦灌施肥模式差异对作物有效根系层土壤水分沿畦长空间分布状况及其分布均匀性的影响较小,而对土壤氮素的影响较为明显。基于入畦单宽流量4L.s-1.m-1和在灌溉全程内均匀施肥的畦灌施肥模式,可在返青水和扬花水灌后2d作物有效根系层内形成较佳的土壤水氮空间分布状态及其分布均匀性,该效果对返青水可延续到灌后10d。采用较大流量和全程施肥的畦灌施肥模式,可为作物高效吸收利用水肥提供相对均布的土壤水氮状态。     

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。     

层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析

田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%～57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%～925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%～9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%～186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。     

Low-Head Portable System for Small Scale Irrigation

Abstract

A localized irrigation system consisting of an open-pipe network of polyethylene hose fed from a low-head (0.3 to 1.5 m) is proposed. The feasible area for irrigation covers 0.1 ha of flat ground. The irrigation laterals are portable and have an approximate length of 10 m with 12 to 15 nozzles. The nozzles can be 0.89 mm diameter diffusers, or else, holes punched with a stainless steel 1.19 mm diameter punch. Flow rates measured at the laboratory in a single lateral vary from 2 to 6 l/s, with the smaller values corresponding to the punched hose. Average coefficients of variation are to 0.03 for the hose with diffusers and to 0.10 for the punched hose. The field measurements for the pipes with diffusers at seven laterals with 14 outlets each show that the flow rate should be reduced by 35 percent with respect to the value measured in the laboratory. The cost is lower than that of any other low-head system available.