本文選題：微灌系統(tǒng) + 田間管網(wǎng)�。� 參考：《西北農(nóng)林科技大學》2017年博士論文

【摘要】：微灌系統(tǒng)水力設計是微灌系統(tǒng)安裝運行的前提和基礎,直接影響系統(tǒng)的工程投資、運行費、灌水質(zhì)量和安全可靠性。本文以微灌系統(tǒng)田間管網(wǎng)的水力解析與優(yōu)化設計問題為研究對象,在總結(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果的基礎上,分析了目前存在的問題,應用微灌管網(wǎng)水力學知識及數(shù)學方法,構建了均勻坡毛管和灌水小區(qū)及非均勻坡毛管的水力解析模型,進而提出了微灌系統(tǒng)田間管網(wǎng)的簡易優(yōu)化設計步驟,借助Microsoft Excel表格中的“單變量求解”功能及VBA編程語言編制了簡便實用的設計程序,進行實例驗證與分析。本文主要得到以下幾點成果及結(jié)論:(1)基于能量輪廓線法,通過修正考慮水溫的摩阻系數(shù),補充和完善了現(xiàn)有的均勻坡單向毛管水力解析模型;在提出一個新的均勻坡雙向毛管最佳進口位置參數(shù)計算公式的基礎上,系統(tǒng)構建了新的均勻坡雙向毛管水力解析模型;以與雙向毛管設計參數(shù)相同的單向順坡毛管坡降比參數(shù)為自變量,借助最小二乘法擬合了不同流量指數(shù)對應的雙向毛管最佳進口位置參數(shù)等相關設計參數(shù)的回歸方程;通過設計案例演示了在無需計算機輔助情況下快速實現(xiàn)均勻坡毛管水力設計過程;此外,分別提出了進口工作水頭已知時,均勻坡單向和雙向毛管優(yōu)化設計步驟。研究表明:均勻坡雙向毛管逆坡段長度隨坡降比參數(shù)的增大而減小,隨流量指數(shù)的增大而增大。(2)通過分析管網(wǎng)布置形式對毛管進口工作水頭及灌水均勻度的影響,提出均勻坡毛管適宜管網(wǎng)布置形式的選取標準:當坡降比參數(shù)取值為0~1時,宜雙向布置,否則,則應單向布置。以此為基礎,構建考慮適宜布置形式的毛管水力解析模型,分別推導了以坡降比參數(shù)為設計變量的均勻坡毛管設計管徑和設計管長的簡易計算公式;通過變換受水力因素影響的各灌水均勻度評價指標的計算公式,分別定義了對應于各灌水均勻度評價指標的毛管設計管徑和管長的無量綱設計參數(shù),并分別推導了各管徑設計參數(shù)與坡降比參數(shù)的關系及各管長設計參數(shù)與坡降比參數(shù)的關系,繪制了相關設計圖,并分析了管徑設計參數(shù)或管長設計參數(shù)不同取值情況下毛管設計管徑或設計管長的取值范圍;以各管徑和管長設計參數(shù)為自變量,借助最小二乘法擬合了不同流量指數(shù)對應的坡降比參數(shù)的回歸方程;進一步簡化了毛管進口工作水頭的計算公式;最終提出了滿足微灌系統(tǒng)設計要求的均勻坡毛管設計管徑和管長的優(yōu)化設計步驟。研究表明:相比現(xiàn)有的設計經(jīng)驗,本文推薦的坡降比參數(shù)定量標準,可以更可靠地優(yōu)選毛管布置形式;滿足微灌系統(tǒng)設計要求的灌水均勻度和灌水器設計流量的毛管設計管徑或設計管長存在1、2或多個設計值,且這一現(xiàn)象顯著受到灌水均勻度設計指標及流量指數(shù)的影響。(3)構建了支管和毛管在單向和雙向布置組合情況下的均勻坡灌水小區(qū)水力解析模型,提出了管網(wǎng)布置形式已知,進口工作水頭未知和已知時灌水小區(qū)的優(yōu)化設計步驟。通過設計實際案例分析不同管網(wǎng)布置形式下灌水小區(qū)各設計參數(shù)間的差異,提出均勻坡灌水小區(qū)適宜管網(wǎng)布置形式的選取標準:當毛管坡降比參數(shù)取值為0~1時,毛管宜雙向布置,否則應單向布置;當支管坡降比參數(shù)取值為0~1時,支管宜雙向布置,否則應單向布置。在此基礎上,構建了考慮適宜布置形式的均勻坡灌水小區(qū)的水力解析模型;將灌水小區(qū)作為一個整體,以灌水均勻度設計標準和灌水器設計流量為設計參數(shù),提出了灌溉面積最大及管網(wǎng)一次性投資最低的灌水小區(qū)優(yōu)化設計步驟。(4)根據(jù)概率論原理,選取實測地形高程數(shù)據(jù)的平均值和標準差2個統(tǒng)計量定量描述非均勻坡地形的特征;通過水力解析,推導了非均勻坡地形條件下毛管受水力因素影響的灌水器流量偏差系數(shù)計算公式,進而構建了非均勻坡單向和雙向毛管的水力解析模型;在此基礎上,分別提出了進口工作水頭已知和未知時非均勻坡單向和雙向毛管的優(yōu)化設計步驟。(5)根據(jù)構建的均勻坡毛管和灌水小區(qū)水力解析模型,通過設計案例演示了快速評價毛管及灌水小區(qū)灌水均勻度的計算過程;在Microsoft Excel 2013中編制了進口工作水頭已知時均勻坡毛管和灌水小區(qū)的設計表格,借助于“單變量求解”功能,可以快速便捷地實現(xiàn)設計過程中的試算;根據(jù)提出的進口工作水頭未知時均勻坡微灌毛管設計管徑和管長的簡易設計步驟,可以在無需計算機輔助的情況下快速便捷地優(yōu)化設計毛管管徑或管長,同時優(yōu)選出適宜的毛管布置形式;根據(jù)提出的進口工作水頭未知時均勻坡灌水小區(qū)及進口工作已知和未知時非均勻坡毛管簡易設計步驟,在Microsoft Excel 2013中編制了相應的設計表格,利用VBA編程語言編制了相應的“宏模塊”,可以快速便捷地實現(xiàn)設計過程中的試算,同時優(yōu)選出適宜的管網(wǎng)布置形式。(6)通過設計實際工程案例,對比分析本文設計方法的計算結(jié)果與現(xiàn)有其他方法設計結(jié)果以及相關試驗數(shù)據(jù)間的差異,驗證本文解析模型及設計方法的準確性和可靠性。本文構建的模型計算精度滿足微灌工程設計要求,設計步驟可操作性強,易于被普通工程設計者理解和掌握,可以直接應用于微灌工程實踐,提高設計效率。
[Abstract]:The hydraulic design of micro irrigation system is the precondition and basis for the installation and operation of micro irrigation system , which directly affects the engineering investment , operation cost , irrigation quality and safety reliability of the system . ( 2 ) By analyzing the influence of pipe network layout on the evenness of water head and irrigation water , the paper puts forward the selection criteria for the optimal design of pipe network in uniform slope : when the slope ratio parameter is 0 ~ 1 , the design parameters of pipe diameter and design pipe length of uniform slope are proposed . ( 4 ) Based on the theory of probability theory , the average value and standard deviation of measured terrain elevation data are selected to quantitatively describe the characteristics of non - uniform slope topography .
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S275
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本文編號：1973189