地下滴灌田間管網系統(tǒng)水力要素室內試驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下滴灌是一項具有廣闊應用前景的高效節(jié)水灌溉技術之一。由于地下滴灌滴頭埋在土中,地下滴灌田間管網水力特性受到土壤物理特性的影響,但目前對這一問題缺乏深入系統(tǒng)的研究。本文采用室內試驗、數(shù)值模擬和理論分析相結合的方法,研究了地下滴灌滴頭、毛管和田間管網水力要素的變化規(guī)律及其影響因素,主要研究成果如下：(1)提出了一種新的試驗測試方法,建立了相應的地下滴灌滴頭與毛管水力要素室內試驗測試系統(tǒng),用稱重傳感器測量地下滴頭出水量的質量值,用壓力變送器

2、測量管網壓力值,并由數(shù)據采集系統(tǒng)和計算機實現(xiàn)試驗數(shù)據的自動采集、傳輸和存儲,其測試精度可滿足試驗要求,為研究地下滴灌滴頭和毛管水力特性提供了有效的試驗測試手段。(2)在試驗數(shù)據的基礎上,建立了以紊流迷宮內鑲式滴頭工作壓力、土壤容重和土壤初始含水率為自變量的地下滴灌滴頭流量計算的經驗公式。采用這一公式分析可知,地下滴灌滴頭流量隨工作壓力的增加而增大,壓力越大,地下滴灌與地表滴灌滴頭流量越接近,壓力水頭是影響地下滴灌滴頭流量的主要因素；土壤

3、容重和土壤初始含水率對滴頭流量有微弱的制約作用。(3)提出了地下滴灌毛管水力要素的試驗方案。利用地下滴灌毛管水力要素試驗數(shù)據,建立地下滴灌毛管水力計算的非線性方程組,運用MATLAB編程,可計算試驗條件下毛管上每個滴頭的流量值以及毛管局部水頭損失加大系數(shù)。在此基礎上,建立地下滴灌毛管水力計算數(shù)值模擬模型。應用這一模型,分析不同條件下的毛管水力要素變化規(guī)律,結果表明,土壤容重和土壤初始含水率越大、土質越重,滴頭流量越小,相應的毛管沿程水頭

4、損失較小,毛管沿程壓力較大；但不同土壤容重、土壤初始含水率和土質之間的地下滴灌毛管壓力和滴頭流量差異不顯著。土壤質地越重、土壤容重和土壤初始含水率越大,地下滴灌毛管壓力水頭和流量偏差率越低。地下滴灌毛管壓力水頭偏差率與流量偏差率之間的關系可近似采用地表滴灌毛管壓力水頭偏差率與流量偏差率關系式表示。(4)建立了地下滴灌田間管網水力計算數(shù)值模擬模型。利用該模型,分析了不同組合下的田間管網灌水均勻度。結果表明,地下滴灌灌水均勻度要高于地表滴灌

5、灌水均勻度；壓力越高,地下滴灌與地表滴灌的灌水均勻度越接近；一般,當?shù)孛鏋槠狡隆⒅Ч芎兔懿贾梅绞较嗤瑫r,不同滴灌管在地表滴灌時的田間管網灌水均勻度變化規(guī)律,均隨著支管進口壓力的增大而提高,但在地下滴灌中,隨支管進口壓力的增大,不同滴灌管田間管網灌水均勻度可能增大,也可能降低,這是由于不同滴灌管對土壤物理特性的敏感性不同所造成的。其它條件相同時,土質越重、土壤容重和土壤初始含水率越大,則灌水均勻度越大,但總體上來看,土質、土壤容重和土壤