本文關(guān)鍵詞：滴灌均勻度合理取值及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：在滴灌技術(shù)的應(yīng)用與推廣中,如何在降低系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上保證水分利用效率一直是眾多學(xué)者關(guān)注的熱點問題。灌水均勻度是指導(dǎo)滴灌系統(tǒng)設(shè)計和運行管理的關(guān)鍵參數(shù),直接影響到系統(tǒng)成本和作物產(chǎn)量。針對現(xiàn)行設(shè)計均勻度取值科學(xué)依據(jù)不足的問題,已有研究對不同氣候區(qū)代表性作物,通過田間試驗探討了滴灌均勻系數(shù)對土壤水、氮、鹽分分布和作物生長的影響,指出現(xiàn)有滴灌工程設(shè)計規(guī)范中的均勻度標準(Cu=0.8)具備可行性并有進一步降低的空間。土壤水分再分布對灌水不均勻有補償作用,同時作物根系的延展能夠緩解水肥分布不均帶來的不利影響,因此為了將理論上存在的“降低空間”轉(zhuǎn)換為切實可行的技術(shù)指標,應(yīng)在綜合認識系統(tǒng)-土壤-作物三者關(guān)系的基礎(chǔ)上,以經(jīng)濟效益最大為目標,針對不同氣候和作物特征,提出均勻度合理取值的標準。為此,本文以均勻度為研究對象,通過試驗研究、數(shù)值模擬和理論分析的方法,建立了一種滴灌水力計算模型,提出了不同根系特征的作物的系統(tǒng)均勻度最優(yōu)值;同時得到了系統(tǒng)均勻度、土壤含水率均勻度和作物產(chǎn)量的定量關(guān)系,保證了系統(tǒng)均勻度選取的安全性;最后對實際工程優(yōu)化設(shè)計中的一些問題進行了探討。主要結(jié)論如下:(1)基于有限元法建立了一種水力計算模型,局部水頭損失通過當量長度法和局部阻力系數(shù)法添加到模型中,減小了模擬值與實測值的偏差,可以有效的應(yīng)用到不同形式的滴灌管網(wǎng)水力解析中,能夠準確計算支管單元壓力流量分布、系統(tǒng)均勻度和流量偏差等指標。(2)與取土測定相比,試驗中TDR連續(xù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)能更好的反應(yīng)生育期內(nèi)土壤含水率均值及均勻度的變化規(guī)律,土壤水分分布特征評價的準確性與測點位置、測點個數(shù)、測定時間和時長的選取有關(guān);隨著滴頭間距和毛管間距的減小,土壤含水率均勻度升高,同時提高了氮素和鹽分分布的均勻性;提出的模型能夠衡量土壤含水率均勻度與系統(tǒng)均勻度的關(guān)系,計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)較為吻合。(3)土壤含水率均勻度通過影響根系生長和形態(tài)來影響作物產(chǎn)量,整體上,隨著土壤含水率均勻度的提高,作物產(chǎn)量和水分利用效率均會提高。當均勻度在0.80-0.94間時,產(chǎn)量雖產(chǎn)生顯著差異,但總體保持平穩(wěn),繼續(xù)低至0.79時產(chǎn)量急劇下降,對于淺根系密植作物,應(yīng)保證土壤含水率均勻度維持在0.79以上。(4)提出了合理均勻度的選取辦法,根據(jù)根系特征不同,選取密植和非密植兩種典型作物進行分析,得到:種植棉花時,系統(tǒng)合理設(shè)計均勻度為0.78;對于橄欖,系統(tǒng)合理設(shè)計均勻度為0.86。(5)對有限元模型進行了優(yōu)化,極大提高了收斂速度并保證了計算精度,應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計中發(fā)現(xiàn),環(huán)狀管網(wǎng)更為靈活可靠,某些情況下均勻度更高,投資更低。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S275.6

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