旱田滴灌系统管网布置模式优化研究

发布时间：2020-10-09 05:54

　　滴灌管道输水灌溉方式具有节约土地、减少水量损失,适应更多地形条件以及便于机耕和扩大灌溉面积等多种优点,能够有效解决旱田灌溉问题,是未来输水灌溉方式的发展趋势。但滴灌系统高昂的投资成本成为制约滴灌管道灌水方式大面积推广的最主要因素。研究滴灌管网的布置方案,利用智能算法寻求最优管径及布置模式,可以减少对设计人员经验的过度依赖、降低工程投资,有利于滴灌管道灌水方式应用到旱田灌溉生产实践中,提高灌溉水利用率,促进农业生产的发展。本文针对旱田滴灌管网骨干管道“梳”子型布置、“丰”字型布置、“π”型布置三种不同布置方式,考虑灌水顺序进行轮灌单元划分,建立优化模型,并基于萤火虫算法进行求解。以黑龙江省八五一一农场1300亩旱田作为研究实例,主要研究内容及结论如下:(1)按照轮灌组划分的基本原则,考虑多农户用水均衡受益,针对每种布置方案下的滴灌管网工程划分轮灌组,保证在每种布置方案中相同地块灌溉的顺序相同,以此来消除因作物灌水顺序差异造成对生长发育的影响,避免干扰方案的优化评价。(2)以优化工程投资最小为目标函数,工作压力及管道内水流流速为主要约束条件,建立旱田滴灌管网的优化模型,并结合萤火虫算法(FA)进行求解。调研数据拟合研究区水泵功率与投资的价格变动曲线,以此作为参与方案比较的水泵及配电装置的投资取值依据。以轮灌组为单元优化管径与水泵加压装置,得到投资最低的组合。整理分析各次优化结果组合,得到在同种布置形式中的最优方案,综合考虑滴灌工程实践应用中所包含各项附属投资项,最终得出滴灌管网工程的最优布置模式。(3)以Visual Studio 2012作为平台,利用matlab与C++计算机语言,开发旱田滴灌工程优化设计的桌面化软件,并应用于旱田滴灌管网系统工程实践设计。(4)结果表明,经过模型优化及综合附属投资因素,骨干管道“丰”字型布置的滴灌系统亩投资最低,为820.69元;分别较“梳”子型布置与“π”型布置节约投资1.45%与10.48%,“丰”字型布置在大面积滴灌工程中具有显著节约效果。基于萤火虫算法求解的旱田滴灌管网优化模型,能够对管道管径进行优化,减少对设计人员经验的过度依赖。以Visual Studio2012作为平台,利用matlab与C++计算机语言,开发的应用于旱田滴灌优化的设计软件界面友好,操作简便,经工程实例验证运行效果良好,在旱田滴灌管网优化设计中具有使用价值。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S275.6
【部分图文】：

技术路线图

位置图,旱田,概况,黑龙江省

研究区位置图

典型区域,湿润比,保证率

图 2-2 典型区域图Fig. 2-2 Study area graphics制度微灌工程技术规范》[55]（下文简称规范）及当地实际情况与相关研究资料数选值：溉保证率计保证率为 90%。溉水利用系数利用系数取 0.90。计耗水强度地研究资料，滴灌设计耗水强度为 4.0 mm·d-1。壤湿润比壤湿润比 p=60%。滴灌工程灌溉制度的确定：计净灌水定额= 0.1

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