微灌毛管环状管网水力特性研究

发布时间：2020-11-03 13:54

　　 我国目前已建的微灌工程中毛管布置方式以树状为主，但树状管网节点压力沿管线降幅较大，滴头出流不均匀，而且管道利用率低，灌溉时总有部分管道闲置，影响了微灌技术高效用水优越性的充分发挥。环状管网具有供水可靠，节点压力相对均衡，管道利用率高等优点，但其在灌溉中的应用较少。为此，本文通过试验分析微灌毛管环状管网布置下各节点压力分布和管段流量分布等水力特性，探讨毛管进口压力、铺设长度、毛管管径及滴头类型等因素对灌水均匀度的影响，并与树状管网作对比，并对简单环状管网进行水力解析。通过上述研究，主要得到以下结论： （1）不同工作压力下环状管网各毛管的流量分配更均匀，流量分配比变化幅度较小，且随着工作压力的升高这种趋势更加明显；环数较少时，环状管网支管总流量几乎平均分配给各毛管。 （2）环状管网灌水均匀度随着工作压力的增大而增大，相同压力下环状管网灌水均匀度要好于树状管网，毛管环状布置更有利于提高整个管网的灌水均匀度。另外，由于环状管网的压力补偿作用，其灌水均匀度随着环数的增加呈抛物线分布。 （3）三种工作压力下环状管网毛管各测点压力值高于树状管网毛管相应测点压力值，且随着环（树）数的增加，两种管网相同测点的压力差变大，环状管网管网的压力损失较小。另外，环状管网各测点压力的变化幅度比树状管网各测点压力的变化幅度小。因此环状管网压力分布更均匀，有利于提高管网系统压力的稳定性。 （4）两种管网结构下灌水均匀度均随毛管进口压力、毛管管径的增大而增大，随毛管长度和滴头流量的增大而减小。相同条件下环状管网的灌水均匀度要比树状管网的高1%-2%。流量偏差率均随毛管进口压力和毛管管径增大而减小，随毛管长度和滴头流量的增大而增大。各个因素下环状管网流量偏差率基本在20%以内，满足工程设计要求，而树状管网流量偏差率要大于20%。因此，环状管网可以提高滴灌系统灌水质量。 （5）通过环状灌溉管网和树状灌溉管网影响因素的方差分析，可知对于环状管网，毛管管径对环状管网灌水均匀度的影响呈显著水平；对于树状管网，毛管管径和滴头流量对树状管网灌水均匀度的影响呈显著水平；且环状管网各因素对应的F值较小，更便于运行管理、水力特性更稳定、适用范围更广。另外，毛管管径对环状管网和树状管网流量偏差率的影响均呈显著水平。在环状管网中，降低压力水头、增加毛管管长、增大滴头流量并不会对其流量偏差率造成明显影响，在滴灌工程设计中可考虑适当采用毛管管网环状布置形式。 （6）在试验基础上，确定微灌毛管环状管网的初始流量分配。通过对微灌环状管网的水力计算进行研究，可知在管网环数小于5环时，利用环状管网初始流量分配公式（4-4）对微灌环状管网进行初始流量分配计算，进而解环方程组。对于单环微灌管网，当系统流量、管道布置等确定时，可按式（4-7）至式（4-15）计算各毛管管段流量和节点压力；对于双环微灌管网水力解析，可通过式（4-16）至式（4-23）计算各毛管管段流量和节点压力；对于环数较多的复杂管网，应借助计算机程序进行进一步解析。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S275.5
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 灌溉技术发展现状
        1.3.2 微灌水力学研究进展
        1.3.3 树状管网水力优化计算研究现状
        1.3.4 环状管网水力优化计算研究现状
        1.3.5 微灌灌水均匀度评价方法及影响因素研究现状
    1.4 存在问题
    1.5 研究内容
        1.5.1 微灌毛管环状管网压力和流量分布规律
        1.5.2 微灌毛管环状管网灌水均匀度影响因素研究
        1.5.3 微灌毛管环状管网水力计算方法
    1.6 研究方法与技术路线
        1.6.1 研究方法
        1.6.2 技术路线
    1.7 创新点
第二章 微灌毛管环状管网压力流量分布特性
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验设计
        2.1.2 试验装置与步骤
        2.1.3 灌水均匀度、灌水均匀系数、流量偏差率的计算方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 毛管环状布置和树状布置方式下的流量分配
        2.2.2 毛管环状布置和树状布置方式下的灌水均匀度指标分析
        2.2.3 毛管环状布置和树状布置方式下的压力分布
    2.3 本章小结
第三章 微灌毛管环状灌水均匀性的影响因素研究
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验设计
        3.1.2 试验装置与步骤
    3.2 结果与分析
        3.2.1 各因素对灌水均匀度、流量偏差率的影响
        3.2.2 各因素对灌水均匀度、流量偏差率影响的方差分析
    3.3 本章小结
第四章 微灌环状管网水力计算
    4.1 环状管网水力计算原理
        4.1.1 管段、节点和基环数之间的关系
        4.1.2 环状管网的基础方程
        4.1.3 微灌工程环状管网水力计算原理
    4.2 单环微灌管网系统水力解析
    4.3 双环微灌管网系统水力解析
    4.4 简单环状微灌管网计算实例与试验验证
    4.5 本章小结
第五章 总结与建议
    5.1 主要结论
    5.2 有待进一步研究的问题
参考文献
附录
致谢
作者简介

【参考文献】

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本文编号：2868662