【摘要】：農(nóng)業(yè)是傳統(tǒng)用水大戶，農(nóng)業(yè)用水量占全國用水總量的63.4%，然而農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)卻十分低下，僅為0.523。節(jié)約農(nóng)業(yè)用水是應(yīng)對(duì)我國當(dāng)前日益嚴(yán)重的用水供需矛盾的有效途徑，對(duì)于緩解眾所周知的水資源危機(jī)有著重要意義。2012年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要》(2012-2020年)，強(qiáng)調(diào)把節(jié)水灌溉作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略和發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)根本性措施,因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水任重道遠(yuǎn)。 畦灌是我國農(nóng)田灌溉中應(yīng)用最廣泛的地面灌水方法，在山西省等北方地區(qū)尤為常見。目前畦灌灌水效率仍然很低，提高畦灌灌水效率對(duì)推進(jìn)我國節(jié)水灌溉有重要意義。本論文在對(duì)山西省畦灌田間水利用系數(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行測算分析基礎(chǔ)上，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算與田間試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)畦灌灌水過程、灌水質(zhì)量指標(biāo)和灌水技術(shù)參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)果如下： 1、根據(jù)山西省灌區(qū)特點(diǎn)，選擇了三個(gè)不同水源類型的灌區(qū)作為實(shí)測地段，對(duì)田間水利用系數(shù)現(xiàn)狀和影響因素進(jìn)行(單因素)分析，結(jié)果表明：影響田間水利用系數(shù)的主要因素分別為灌水定額、土壤質(zhì)地、畦塊大小和土壤計(jì)劃濕潤層深度；在一定質(zhì)地及灌水定額條件下，田間水利用系數(shù)與畦幅數(shù)呈線性正相關(guān)，在選定根系層或濕潤層范圍內(nèi)田間水利用系數(shù)隨計(jì)劃深度的加大而增大，二者之間的關(guān)系符合對(duì)數(shù)函數(shù)；田間水利用系數(shù)隨灌水定額單因素增大而逐漸減小，二者之間呈現(xiàn)較為明顯的對(duì)數(shù)關(guān)系；當(dāng)土壤計(jì)劃濕潤層深度一定，畦幅數(shù)在一定的范圍內(nèi)，相同灌水定額條件下，土壤質(zhì)地為粘土的畦塊田間水利用系數(shù)大于壤土畦塊的田間水利用系數(shù)，而壤土畦塊的田間水利用系數(shù)又大于砂土畦塊的田間水利用系數(shù)，且差別較為顯著。 2、通過分析最小二乘支持向量機(jī)的特點(diǎn)，建立了基于最小二乘支持向量機(jī)的田間水利用系數(shù)預(yù)測模型和田面糙率預(yù)測模型。田間水利用系數(shù)模型僅需輸入畦長、畦寬、田面坡度、單寬流量和灌水定額5個(gè)比較容易獲取的參數(shù)便可預(yù)測田間水利用系數(shù)，模型的預(yù)測最大相對(duì)誤差為11.98%，可以用于田間水利用系數(shù)預(yù)測；建立的兩類4個(gè)基于最小二乘支持向量機(jī)的田面糙率預(yù)測模型，均可用于田面糙率預(yù)測，特別是第二類LSSVM-N-II模型不需要區(qū)分地塊類型，具有統(tǒng)一的輸入輸出，有較高的易用性。 3、根據(jù)畦灌灌水過程中水流沿田面運(yùn)動(dòng)和水分下滲的特點(diǎn)，構(gòu)建了零慣量模型和二維土壤水分運(yùn)動(dòng)方程耦合的畦灌灌水?dāng)?shù)學(xué)模型，分別采用歐拉積分法和有限元法對(duì)零慣量模型和土壤水分運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解。模型通過內(nèi)部耦合，采用迭代法實(shí)現(xiàn)了零慣量模型和土壤水分運(yùn)動(dòng)方程的有效耦合，模型能模擬畦灌灌水水流推進(jìn)過程、水流退水過程和土壤水分分布特性。并通過實(shí)測黏土、壤土、砂土三類畦田的灌水過程和灌水指標(biāo)，對(duì)畦灌水流運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明本文所建立的零慣量與土壤水分運(yùn)動(dòng)耦合模型可以很好的模擬畦灌水流運(yùn)動(dòng)過程、畦田土壤水分運(yùn)動(dòng)和灌水質(zhì)量指標(biāo)，說明本文所建模型是正確的。 4、基于畦灌條件下零慣量模型和土壤水分運(yùn)動(dòng)耦合模型，建立了畦灌灌水技術(shù)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用網(wǎng)格搜索法對(duì)其進(jìn)行求解，并進(jìn)行了優(yōu)化結(jié)果分析，結(jié)果表明在本文模擬條件下田間水利用系數(shù)和灌水均勻度均隨著單寬流量、灌水定額和田面坡度呈先增大后減小的變化規(guī)律，最優(yōu)灌水定額為35-45m3/畝，單寬流量為0.0035-0.0055m2/s，田面坡度為0.003-0.005。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S274
【圖文】：

圖 4-3 歐拉時(shí)空單元網(wǎng)格Fig.4-3 Euler temporal and spatial cell grid4.2.1 基本方程離散化4.2.1.1 進(jìn)水階段（1）第一時(shí)段（0 0 01 1 1 0A 0, Z 0,Q Q,01 0Q Q,1 1 12 2 2A 0, Z 0, Q 0）本單元為水流推進(jìn)第一單元，如圖 4-4 所示，為三角單元。

圖 4-3 歐拉時(shí)空單元網(wǎng)格Fig.4-3 Euler temporal and spatial cell grid0 01 1 0 0, Z 0,Q Q,01 0Q Q,1 1 2 2 A 0, Z 一單元，如圖 4-4 所示，為三角單元。

水利用系數(shù)與儲(chǔ)水效率間存在著正比關(guān)系，因此本論文主要計(jì)算田間水利用系數(shù)和灌水均勻度。4.5.1 田間水利用系數(shù)田間水利用系數(shù)是指灌水后儲(chǔ)存于計(jì)劃濕潤作物根系土壤區(qū)內(nèi)的水量與實(shí)際灌入田間的總水量的比值，即()/()3341VVVVVVs (4-81)式中： ——田間灌溉水利用系數(shù)，%；Vs——灌溉后儲(chǔ)存于計(jì)劃濕潤作物根系土壤區(qū)內(nèi)的水量，m3或 mm；V3——儲(chǔ)存在計(jì)劃濕潤層內(nèi)的水量， m3或 mm；V4+V1——主要指深層滲漏，m3或 mm；V——輸入田間實(shí)施灌水的總水量，m3或 mm。見圖 4-8。

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李云開;楊培嶺;田英杰;任樹梅;趙煥勛;;強(qiáng)烈侵蝕產(chǎn)沙區(qū)小流域土壤侵蝕強(qiáng)度的支持向量機(jī)預(yù)報(bào)模型研究[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

2 陳雨孫;孫寶祥;王宥智;;非穩(wěn)定有限分析格式[J];工程勘察;1991年02期

3 陳雨孫;解析有限單元法的基本原理[J];工程勘察;1994年05期

4 粟宗嵩;用水量平衡法求解長畦灌水力計(jì)算[J];灌溉排水;1983年02期

5 陳亞新;地面水—土壤水—地下水連續(xù)系統(tǒng)田間水有效性評(píng)價(jià)[J];灌溉排水;1993年01期

6 周振民,劉月;畦田灌溉水流演進(jìn)計(jì)算簡化模型研究[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2005年02期

7 史學(xué)斌,馬孝義;關(guān)中西部畦灌優(yōu)化灌水技術(shù)要素組合的初步研究[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2005年02期

8 李毅;王全九;王文焰;邵明安;;入滲、再分布和蒸發(fā)條件下一維土壤水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2007年01期

9 聶衛(wèi)波;馬孝義;王術(shù)禮;甘學(xué)濤;;畦灌下滲水形狀系數(shù)變化規(guī)律與水流推進(jìn)簡化解析模型研究[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2008年03期

10 董孟軍;白美健;李益農(nóng);許迪;;地面灌溉土壤入滲參數(shù)及糙率系數(shù)確定方法研究綜述[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2010年01期

本文編號(hào)：2806160