喷灌水量分布动态模拟与均匀性研究

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．025*喷灌水量分布动态模拟与均匀性研究1，211韩文霆王玄孙瑜(1．西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100;2．西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西杨凌712100)摘要: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1m的FYＲB-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

2、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。关键词:喷灌喷头均匀系数水量分布动态模拟中图分类号:S275.5文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0159-06引言1材料与方法喷灌是将灌溉水通过由喷灌设备组成的喷灌系1.1喷头试验系统

3、统(或喷灌机具)，形成具有一定压力的水，由喷头喷头试验在国家节水灌溉杨凌工程技术研究中喷射到空中，形成水滴状态，洒落到土壤表面，为作心的灌溉水力学大厅内进行，该试验场地长80m，物生长提供必要的水分。喷灌水量分布的均匀性是宽30m。试验系统由提供固定压力0～500kPa的喷灌系统设计中必须考虑的因素，这是因为均匀程调频泵及管道组成，如图1所示。度过低会影响作物对土壤水分的利用，而均匀程度试验选用的喷头是喷洒角度可调的FYＲB-471又与系统投资密切相关，高的均匀程度必然需要大型喷头，试验程序和方法参照文献［17－19］。试验的投资。喷头安装在垂直固定的竖管上，试验中喷嘴安装高对

4、喷头水量分布的研究早在20世纪80年代就度为距地面1.2m，压力表距离喷嘴25cm，试验所已经开始，提出许多很有实际意义的理论并建立了用的雨量筒开口直径为19cm，高度为23cm，满足相应较为准确的数学模型，其中有些模型转化为程试验要求。雨量筒采用径向型布置方式，沿喷头喷［1－7］序软件，实现了电算化。洒方向，每间隔1m均匀布置雨量筒，如图2所示。目前关于喷灌水量分布的研究大都考虑风、坡试验场平整，最大坡度小于1%，室内无风。由于试［8－16］地等影响因素，没有综合考虑喷头工作压力、验是在无风条件下进行的，可以认为各个方向与喷不同的喷头组合方式和插值方法对喷灌水量分布均头相同距

5、离远处的降水深基本相同，所以可用一条匀性的影响。本文旨在利用单喷头无风喷洒径向试辐射线的数据代替其他方向辐射线的数据，从而减［8］验数据，使用Sprinkler3D和SIUEW1.0两个喷灌少试验工作量。均匀性分析软件，在不同工作压力和不同组合方1.2喷灌均匀系数和分布均匀系数计算方法式下运用不同的插值方法计算喷灌均匀系数CU克里斯琴森最早提出了描述喷灌水量分布均匀和分布均匀系数DU，从而建立喷头工作压力与喷程度的定量指标，并在世界各国得到广泛应用，我国［20］头均匀性的模型，实现复杂工况下喷灌水量分布制定的《喷灌工程技术规范》也采用了克里斯琴的模拟。森均匀系数(CU)。克里斯

6、琴森均匀系数描述的是收稿日期:2014-07-01修回日期:2014-08-11*“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2011BAD29B08)和新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-12-0473)作者简介:韩文霆，研究员，博士生导师，主要从事节水灌溉技术与装备研究，E-mail:hanwt2000@126．com160农业机械学报2014年水深度较小的那一部分，有利于保证作物获得必要的最小灌水量，因此美国农业部推荐采用DU来描［21］述水量分布的均匀性。对于径向布置的雨量筒喷洒试验，需用不同计图1试验系统原理图算方法将实测径向降水深数据转换为网格点的水Fig．1Diag

7、ramofexperimentalsystem深，然后计算CU和DU。一般是根据喷头不同的组1．储水槽2．离心泵3．阀门4．压力表5．输水管6．喷头合方式和组合间距，通过二维插值，将单喷头圆形喷7．雨量筒洒域的水量分布试验数据转换为多喷头组合的网格型数据，然后按照喷灌均匀系数和分布均匀系数的计算方法求得多喷头组合喷灌均匀系数和分布均匀系数。常用的二维插值方法包括距离插值法、平面插值法和两次插值法，其中两次插值法又有线性插值法、立方插值法和三次样条插值法。距离插值法又称作反距离加权法，其插值原