Effects of terrain slope on water distribution and application uniformity for sprinkler irrigation

In order to provide practical parameters for sprinkler irrigation system design on slope land,the effects of terrain slope on water distribution,sprinkler throw radius and water application uniformity were analyzed for the Rainbird LF1200 sprinkler.The results show that,the water distribution curve is roughly“heart-shape”on slope land,and the water has the trend of focusing on the upslope with the increase of the slope.Throw radius decreases for the upslope and increases for the downslope as the slope increases.For the convenience of sprinkler irrigation system design on slope land,a formula for computing throw radius on slope land was put forward by the theoretical derivation,and it was verified by the experimental data.The impact of sprinkler pressure and spacing on CU for slope land is more significant than that for flat ground.Under the experimental condition,no significant change is found regarding the influence of terrain slope on water application uniformity at the confidence level of 95%.Taking irrigation quality and economy into account,the Rainbird LF1200 sprinkler should be operated at the manufactures’recommended pressure,rather than low pressure,with sprinkler spacing from 8 m×8 m to 10 m×10 m below the slope of 0.15 in practice.

基于射流脉冲三通的桁架喷灌机水力性能试验

为了研究安装射流脉冲三通的桁架喷灌机与普通桁架喷灌机水力性能的差异,试验喷灌机搭载4个距地面高度1 m的Nelson D3000型折射式喷头,分别设置100、150、200 kPa 3种进口压力和3.0、3.5、4.0 m 3种喷头组合间距进行全因素组合试验。通过间距500 mm的5列9行雨量筒阵列集水,测试了安装射流脉冲三通喷灌机的定喷、行喷水量分布和安装普通三通的行喷水量分布。结果表明:定喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,4 m喷头组合间距的克里斯琴森均匀系数Cu与分布均匀性系数Du均最高,分别大于90%和84%;行喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,脉冲组的水深峰值比对照组分别降低了27.1%、27.9%、28.6%,克里斯琴森均匀系数Cu分别提升了17.1%、12.6%、3%,分布均匀性系数Du分别提升了24.2%、11.2%、9.5%。射流脉冲三通提供的脉冲流能够有效降低桁架喷灌机的峰值喷灌强度并提高水量分布均匀性。

摇臂式喷头组合喷洒均匀性的改进

该文针对摇臂式喷头副喷嘴为圆形,径向水量分布中部较高不利于组合的问题,根据水射流原理,设计出一种新型结构的副喷嘴,其上端设有盖板,起到阻挡水流的作用,使副喷嘴水流射出后主要分散在近处,从而有利于提高组合喷洒的均匀性。分别对15PY、20PY、30PY摇臂式喷头副喷嘴改进前后的水量分布进行了对比试验,同时,以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒匀性系数。结果表明:副喷嘴的改进消除了改进前喷头中间部分水量,使径向水量分布呈"三角形"。改进副喷嘴后提高了均匀性系数,不同组合间距下的值均为80%以上,平均喷灌强度符合喷灌规范中的要求。最后,提出副喷嘴改进后15PY,20PY,30PY摇臂式喷头的最佳组合间距分别为1.2R,1.3R,1.1R,计算出组合均匀性系数值分别为85.6%,86.3%,85.3%。改进后的副喷嘴对喷洒均匀性有较好的改善作用。

玉米冠层对喷灌水量空间分布的影响

作物冠层对喷灌水量分布的明显影响 ,为了弄清楚作物冠层对喷灌水量分布的影响作用 ,该文以春玉米为研究对象 ,进行了多组试验 ,初步探讨了在不同生育期玉米冠层上部与下部水量的分布情况。田间试验结果表明 ,玉米冠层对喷灌水量近地表附近分布均匀度有很大影响。喷灌水量到达玉米冠层后 ,通过 4种途径落向地面 ,即 :秆径流水量、叶尖水量、叶下水量和行间水量。这 4部分水量在其分布点上的均匀程度很高 ,但作为一个整体 ,其水量的连续分布均匀性则很差。可见冠层对喷灌水量分布的影响不容忽视 ,有必要进一步弄清它们之间的影响机理 ,这将为喷灌制度的设计提供重要依据。

正三角形组合喷灌均匀度计算方法!

喷灌均匀度是衡量喷头水力性能和喷灌质量的重要指标,为研究雨量筒取样间距、计算网格点间距以及插值方法对喷灌均匀度计算结果的影响规律,利用雨量筒径向间隔为1 m和2 m的Nelson R33型喷头无风喷洒试验数据,取1 m和0.5 m的计算网格点间距,采用线性插值、立方插值、三次样条插值的两次插值法、距离插值法和平面插值法计算了克里斯琴森均匀度。结果表明,采样间隔1 m比2 m计算出的均匀度小1.3～3.4个百分点;计算网格点间距越小,喷头组合均匀度越大,但相差都小于1.2个百分点。采用线性插值、立方插值、三次样条插值的两次插值法和距离插值法,喷灌组合均匀度计算结果非常接近,但平面插值法计算结果的差异较大。均匀度影响因素正交试验的方差分析结果表明,雨量筒采样间距、计算网格点间距、插值方法对均匀度的影响依次降低。

喷灌水量分布动态模拟与均匀性研究

为研究压力、喷头组合方式和插值方法对喷灌均匀系数CU和分布均匀系数DU这两个评价指标计算结果的影响规律，利用雨量筒径向间隔为lm的FY RB-471型喷头无风喷洒试验数据，模拟出了喷头在不同压力下的水量分布情况。在喷头矩形组合方式和正三角形组合方式下，采用线性插值、立方插值、三次样条插值、距离插值和平面插值法计算了不同压力下的喷灌均匀系数和分布均匀系数。结果表明，采用三角形组合方式比矩形组合方式计算的喷灌均匀系数CU高1．56～4．77个百分点，同样，三角形组合方式比矩形组合方式计算的分布均匀系数DU高4．26～9．19个百分点；不同的插值方法对喷灌均匀系数与分布均匀系数的计算结果影响不明显，而压力是影响喷灌均匀系数的一个重要因素。

喷灌水量分布均匀性评价指标的试验研究

利用多喷头组合喷洒试验研究了分布均匀系数ＤＵ 与喷灌均匀系数ＣＵ 之间的关系。试验表明，ＤＵ 随ＣＵ的增大而线性增加，当ＣＵ等于规范规定值７５％ 时，ＤＵ值约为６６％ 。通过田间试验探讨了喷灌均匀系数对水量在土壤中分布均匀程度的影响。发现喷灌水量在土壤中的分布比其在地表的分布均匀得多，这一结果为合理降低喷灌均匀系数设计值提供了一个新的研究空间。该文还对作物冠层对喷灌水量分布的影响进行了田间试验，结果指出，冠层截留可以使喷灌水量分布的均匀性得到一定程度的改善。

基于MATLAB全射流喷头组合喷灌计算模拟

对国内原创全射流喷头组合喷灌进行研究后,提出了一种分析处理喷头水量分布数据以实现三维可视化编程的方法.研究表明,MATLAB语言可以方便可靠地将喷头径向水量分布数据转换为网格型数据,并绘制出单喷头和喷头组合的三维水量分布图.通过插值叠加求出各网格点总降水深,求出不同组合间距系数下的全射流喷头组合均匀系数,实现计算结果可视化.根据模拟分析,提出了组合间距系数值:正方形布置时为1.2,各喷头均匀系数平均值为82.4%;三角形布置时为1.5,各喷头均匀系数平均值为85.7%.另外认为,MATLAB语言编程进行喷头喷洒分析具有功能强大,方便快捷,可视性强等优点,适用于任何喷头水量分布的分析.

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。

喷灌均匀系数研究现状及发展趋势

喷灌作为一项先进的节水灌溉技术,有着广阔的发展空间,其均匀系数是表征灌水质量的基本参数之一。从喷灌均匀系数的表征方法、测算方法、土壤水分均匀系数以及均匀系数对作物影响等4个方面,分析了喷灌均匀系数研究的现状及发展趋势。结论如下,鉴于不同均匀系数表征方法的统计特性和实质,应根据实际需要酌情选用,并可充分利用计算机技术提高均匀系数测算效率,以作物需求为出发点,通过试验和模拟等进一步研究喷灌土壤水分均匀系数及其对作物产量的影响,为选取合理喷灌参数提供参考。

滚移式喷灌机压力对喷灌均匀性影响

为解决喷灌机械的喷灌均匀性差、移动不方便等问题,研制一种操控简单、适应性强的大型滚移式喷灌机,对其水量分布均匀系数和喷灌强度进行试验.试验采用单因素多重比较设计方法,选取距进水端距离分别为40,150,260 m处为测试处,喷灌压力分别为0.20,0.25,0.30,0.35,0.40 MPa,并运用Design-expert软件进行分析,研究各喷灌压力在各测试处对水量分布均匀系数和喷灌强度的影响.结果表明,各测试处的压力对水量分布均匀系数的影响均为显著性差异,且随喷灌压力的增大,水量分布均匀系数增大.喷灌压力对喷灌强度的影响呈正相关性,但喷灌压力高于0.30 MPa时影响不显著.喷灌压力为0.40 MPa时,水量分布均匀系数平均可达88.75%,喷灌强度为12.3 mm/h,各处的水量分布均匀系数和喷灌强度能够保持均匀一致,并能够稳定作业,达到最优状态,完全满足大型滚移式喷灌机的性能要求.该项研究对于促进滚移式喷灌机推广和应用具有重要意义,为其深入研究提供了参考依据.

喷头水量分布仿真及组合优化软件系统研究

喷灌以其适应性广、易于机械化作业等优点成为目前世界上广泛采用的节水灌溉技术之一。喷灌均匀度是衡量灌溉质量和喷头水力性能的重要指标,是喷灌系统规划设计中的重要参数。通过接口软件MATCOME4.5,结合MATLAB与Visual C++工具混合开发出喷头水量分布仿真及组合优化软件系统。该系统操作简单,功能强大,能够脱离混合开发环境独立运行。用户只需输入雨量筒实测数据,选择喷头组合方式,插值方法及插值间距等指令,系统即可快速得出基于给定组合方式下的多种喷灌均匀度系数,喷洒水量分布图,或以某种均匀度系数为评价指标的喷头组合间距优化结果。系统给喷灌质量或喷头性能的评价分析工作以及喷灌系统的规划设计工作带来了极大便利。

基于弹道理论坡地喷灌水量分布模拟及均匀度计算

为解决坡地喷灌水量分布实测困难的问题,该文基于弹道轨迹方程,考虑水滴运动蒸发,通过三维坐标系降维转化,计算坡地喷灌水滴空间运动轨迹,以平地实测水量分布为基础,根据水量平衡原理,建立坡地喷灌水量分布计算模型。结果表明,实测与模拟的水量分布、射程的相对误差小于9%和5.04%,说明建立的模型能够准确反映坡地喷灌水量分布规律,具有一定的可靠性,可应用于坡地喷灌系统设计。以雨鸟LF1200喷头为研究对象,应用模型重点分析地形坡度、喷头布置方式、间距和工作压力等因素对喷灌均匀度的影响,结果表明,在95%的置信度下,地形坡度、喷头工作压力、布置方式和间距对喷灌均匀度的影响均呈显著水平,其中喷头工作压力影响最大,布置方式和喷头间距影响次之,地形坡度影响最小,且在一定坡度范围内,地形坡度对喷灌均匀度的影响远小于工作压力、喷头布置方式和间距。在坡地喷灌系统设计时,如果选用雨鸟LF1200喷头,须保证喷头在正常工作压力下运行,不宜低压作业,应优先考虑方形布置,在兼顾系统成本和喷灌质量时,建议喷头间距宜为其平地射程的0.8倍,且喷头不宜在15°以上的坡地作业。研究可为坡地喷灌系统规划设计提供参考。

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。

动态水压坡地喷灌水量分布特性与均匀度研究

针对坡地喷灌水量分布不均匀、灌溉质量较低的问题,将动态水压供水技术引入坡地喷灌,以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,分析了动态水压喷灌对喷头流量、射程、喷洒湿润面积、单喷头水量分布和组合喷头水量分布及均匀度的影响。结果表明:对于单喷头而言,采用动态水压喷灌的上下坡射程差在2.3 m左右,动压参数中动压振幅对射程影响较显著,动压喷灌时,振幅建议采用喷头正常工作压力范围内的较大值;单喷头水量分布均匀度在56%左右,动态水压参数对单喷头水量分布和喷灌均匀度影响不显著。在组合喷头的情况下,采用正三角形和矩形布置的均匀度高于正方形布置,其中采用矩形布置喷灌质量最佳。综合考虑工程投资、水量分布以及均匀度,动态水压喷灌时,当喷头采用三角形布置方式时,建议喷头间距为1.0～1.2R(R是喷头平地射程),当喷头采用矩形布置方式时,坡向间距宜采用0.6～0.8R,垂直坡向间距宜采用1.0～1.2R。

不同工况对喷灌水量分布的影响

为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.

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。

旋转折射式喷头移动喷洒水量分布计算模型构建与应用

【目的】探讨旋转折射式喷头移动喷洒水力特性,优化喷灌机组运行参数和配置。【方法】采用喷灌强度等效拉伸法,构建了基于一次正交多项式拟合的移动喷洒水量分布计算模型,应用该模型对R3000、S3000、O3000喷头进行模拟计算,分析了工作压力(50~150 kPa)、移动速度(20~45 m/h)和组合间距(1.2~6 m)对3种喷头移动喷洒水量分布和均匀度的影响。【结果】①模型计算结果与实测值偏差在5%以内,模型精度较高。②R3000、S3000、O3000喷头移动降水深随距喷头距离的增加而减小,3种喷头移动喷洒均匀度较固定喷洒分别提高11.17%、10.72%和2.36%。③随着工作压力的增大,R3000、S3000、O3000喷头的有效喷灌半径逐渐增大,降水均匀度呈先增大后减小的趋势,最大降低幅度达35.66%,平均降水深和均匀度随移动速度的增大逐渐降低,但3种喷头喷洒均匀度的平均变化幅度仅为0.59%、1.38%、0.99%,说明移动速度对均匀度的影响较小。随着组合间距的不断增大,均匀度呈波动下降的趋势。④考虑工作压力和组合间距双因素影响,R3000、S3000、O3000喷头在低组合间距和高工作压力范围内取得较高的移动喷洒均匀度,在150 kPa/3.6 m、150 kPa/2.4 m、130 kPa/3.6 m的工作压力/组合间距配置组合条件下,喷洒均匀度最高。【结论】等效拉伸法降低了模型构建过程中的拟合次数,提高了计算精度;增大工作压力和降低组合间距有助于提高喷头移动喷洒均匀度。

低水头微喷带喷洒均匀度试验研究

为分析在低水头(1~5 m)条件下工作水头和铺设长度对微喷带喷洒均匀度的影响,以国内常见的N45(折叠带宽45 mm)单列斜5孔微喷带为研究对象,截取不同长度(20、40 m)的试样,分析水量分布特征,采用克里斯琴森均匀系数评价喷洒均匀度。结果表明:N45微喷带在小于3 m工作水头下,管带铺设长度不宜超过20 m;在3~5 m工作水头下,铺设长度不宜超过40 m。铺设长度一定时,通过增大工作水头可以提高喷洒均匀度;工作水头一定时,通过减小铺设长度可以提高喷洒均匀度。

单喷头水量分布函数拟合研究

喷灌系统的均匀系数通常由单喷头的水量分布数据通过叠加法计算得到。为给均匀度计算提供更精准可靠的水量叠加基础,本文采用量筒径向布置法测量了6个不同型号单喷头的水量分布数据,根据各个喷头水量分布特点分别采用连续多项式函数和分段函数来拟合单喷头水量分布。结果表明:单喷头水量分布根据总体形态可分为单峰、双峰、下降式和平缓式等;GJYA-2和FY RB-471喷头的水量分布呈平缓单一的单峰或平缓下降式,采用连续多项式函数拟合即可达到拟合效果,而中原12y喷头的水量分布呈比较复杂的双峰,需采用分段拟合来提高拟合精度和效果;采用分段函数拟合时函数式次数较低精度更高,但分段函数用于组合均匀度叠加计算时比采用连续函数叠加更为复杂。