坡地喷灌均匀性和水滴打击动能研究

发布时间：2020-10-23 02:50

　　 坡耕地是目前广大丘陵山区群众赖以生存和发展的生产用地,但是由于受地形坡度影响,坡耕地土壤具有不同程度的旱、瘠、薄、粗等特点,使得坡耕地作物因需水量不足而导致大幅减产,从而影响经济效益。因此,选取合理的灌溉方式对坡地作物生长至关重要,而喷灌作为一种新型节水高效灌溉技术,具有省工、省水、对地形条件适应能力强等优点,是坡地灌溉常用方法之一。喷灌均匀度和水滴打击动能是衡量喷灌系统性能优劣的重要指标,国内外学者对此展开了大量研究,但以往研究主要集中于平地,关于坡地上的研究相对较少。为了给坡地喷灌系统设计提供切合实际的参数,以农田灌溉中常用的雨鸟LF1200型喷头为研究对象,通过试验分析和数值模拟相结合的方法,对坡地喷灌均匀性和水滴打击动能进行了研究。主要研究内容与结论如下:(1)揭示了坡地喷灌水量分布特性。分析了坡度对单喷头水量分布、射程及喷头组合均匀度的影响,结果表明,单喷头水量分布图大致呈“鸡蛋型”,上部扁而凸,下部长而尖;离喷头越近,水量分布越集中,且随着坡度的增大,水量有向上坡方向集中的趋势;喷头上坡射程随着坡度的增大而减小,下坡射程随着坡度的增大而增大;喷头工作压力和间距对均匀度的影响显著,其中工作压力影响最大,间距次之,坡度最小;另外,为了便于工程设计,通过理论分析推导出了坡地喷头射程计算公式,经试验验证,该公式具有一定的准确性。(2)构建了坡地喷灌水量分布计算模型。针对坡地喷灌水量分布实测困难的问题,以坡地喷头射程计算公式为基础,依据弹道理论和水量平衡原理,构建了喷灌水量分布由平地向坡地转换的计算模型,并通过试验验证了模型的正确性。利用该模型分析了喷头布置方式、间距、工作压力和坡度等因素对喷头组合喷灌水量分布及均匀度的影响。结果表明,喷头正三角形布置下的喷灌均匀度要优于正方形布置下的;随着喷头间距的增大,喷灌均匀度呈下降趋势;喷头低压运行时,喷灌均匀度相对较低,不能满足喷灌质量要求,随着喷头工作压力的增大,喷灌均匀度逐渐增大;在一定坡度范围内,坡度对组合喷灌水量分布和均匀度的影响较小。(3)研究了坡地喷灌水滴直径分布规律,提出了坡地喷洒水滴动能强度计算模型。在室内无风条件下,应用视频雨滴谱仪实时监测了坡地喷洒水滴直径和速度等信息,研究了不同坡度下水滴平均直径及直径频率沿射程方向的变化规律,分别建立了水滴平均直径、速度和坡度等之间的数学关系。并以此为基础,结合坡地喷灌水量分布计算方法,提出了坡地喷洒水滴动能强度计算模型,并通过试验验证了模型的正确性。应用该模型重点分析了喷头布置方式、间距和坡度等因素对喷头组合喷洒水滴动能强度分布的影响。结果表明:随着喷头间距的增大,水滴动能强度分布越来越不均匀,且动能强度高值区所占比例不断减小;坡度变化对水滴动能强度分布的影响不明显;喷头正三角形布置对于减小组合喷洒水滴动能强度具有一定作用。(4)初步提出了适用于雨鸟LF1200型喷头的坡地喷灌应用技术参数。综合喷灌均匀性和水滴打击动能两方面考虑,在进行坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,喷头布置方式建议优先选用正三角形布置,喷头间距推荐采取0.8倍的平地喷头射程,且喷头工作压力宜选用300kPa,地形坡度不宜大于0.15。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S277.94
【部分图文】：

第二章 坡地喷灌水量分布及均匀性研究单喷头水量分布是喷灌均匀度计算和系统规划设计的最基本资料之一，但是受限制，坡地喷灌水量分布资料获取比较困难，因此过去常用平地上实测喷头水据进行坡地喷灌系统设计，往往造成很大偏差，不能满足设计要求。为了给坡地喷灌系统设计提供切合实际的参数，本章以农田灌溉中常用的200 型喷头为研究对象，通过人为调节支架高度的形式模拟出坡度为 0、0.05.15 时的坡面，并将喷头分别安装在坡面的顶端和底端进行喷灌试验，从而获得不同坡度下的水量分布情况，并探讨了坡度对单喷头射程、水量分布及喷头组的影响。 材料与方法1 试验装置

钢槽 3.高度可调节支架 4.压力传感器 5图 2-1 坡地喷灌水量分布试验装置l setup for the sprinkler water distribut

图 2-3 坡面射程测试方法示意图g. 2-3 The schematic diagram of test method for range on sloping 度测试过程中，利用视频雨滴谱仪可直接测得测点各水滴在落上相互垂直的 2 个水平速度bv 和cv ，从而可计算出各2 2arctanab cvv v 试指单位时间内喷头喷洒在单位面积上的水量，是喷灌系据，也是喷头等装备设计、制造的重要性能指标（吴涤1000MPAt 喷灌强度，mm/h；M 为雨量筒内水的质量，g；A 为雨
【参考文献】

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本文编号：2852455