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

1、地下滴灌是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的高效節(jié)水灌溉技術(shù)之一。由于地下滴灌滴頭埋在土中,地下滴灌田間管網(wǎng)水力特性受到土壤物理特性的影響,但目前對(duì)這一問題缺乏深入系統(tǒng)的研究。本文采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法,研究了地下滴灌滴頭、毛管和田間管網(wǎng)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(yàn)測(cè)試方法,建立了相應(yīng)的地下滴灌滴頭與毛管水力要素室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),用稱重傳感器測(cè)量地下滴頭出水量的質(zhì)量值,用壓力變送器

2、測(cè)量管網(wǎng)壓力值,并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸和存儲(chǔ),其測(cè)試精度可滿足試驗(yàn)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(yàn)測(cè)試手段。(2)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了以紊流迷宮內(nèi)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(jì)算的經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(yàn)方案。利用地下滴灌毛管水力要素試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立地下滴灌毛管水力計(jì)算的非線性方程組,運(yùn)用MATLAB編程,可計(jì)算試驗(yàn)條件下毛管上每個(gè)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(chǔ)上,建立地下滴灌毛管水力計(jì)算數(shù)值模擬模型。應(yīng)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(jié)果表明,土壤容重和土壤初始含水率越大、土質(zhì)越重,滴頭流量越小,相應(yīng)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(zhì)之間的地下滴灌毛管壓力和滴頭流量差異不顯著。土壤質(zhì)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(guān)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(guān)系式表示。(4)建立了地下滴灌田間管網(wǎng)水力計(jì)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(wǎng)灌水均勻度。結(jié)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(dāng)?shù)孛鏋槠狡隆⒅Ч芎兔懿贾梅绞较嗤瑫r(shí),不同滴灌管在地表滴灌時(shí)的田間管網(wǎng)灌水均勻度變化規(guī)律,均隨著支管進(jìn)口壓力的增大而提高,但在地下滴灌中,隨支管進(jìn)口壓力的增大,不同滴灌管田間管網(wǎng)灌水均勻度可能增大,也可能降低,這是由于不同滴灌管對(duì)土壤物理特性的敏感性不同所造成的。其它條件相同時(shí),土質(zhì)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(lái)看,土質(zhì)、土壤容重和土壤