大田水肥一体化微喷灌系统优化与试验研究

摘要

我国传统农田灌溉中，水肥灌溉不同步，水肥利用效率低下，造成粮食作物中后期脱肥早衰现象严重等问题，严重制约了粮食生产的进一步发展。水肥一体化不但能够解决水肥浪费严重、劳动力不足的问题而且也是当今土地日渐集约化趋势的需要。水肥一体化技术主要包括滴灌、微喷灌、渗灌和小管出流等形式，微喷灌因其主要喷水部件微喷带价格便宜、使用水压低、喷灌面积大、安装使用简单方便、不易堵塞等优点在大田灌溉、施肥中使用广泛。
　　水肥一体化微喷灌系统一般由水源、首部系统、喷水部件和输配水管网组成。目前国内生产的水肥一体化微喷灌设备操作麻烦、体积大不易移动；在微喷带的选择上缺少理论依据；大部分微喷灌系统设计没有考虑到田间输配水管网的优化。针对上述问题本文对大田水肥一体化微喷灌系统进行设计和优化分析、田间输配水管网进行优化设计和水肥一体化微喷灌系统试验研究，为水肥一体化节水省肥灌溉提供理论基础和科学依据。首先是大田水肥一体化微喷灌系统整体方案的设计：根据大田作物灌溉和施肥的规律，微喷带正常工作时对压力和对水质的要求，确定大田水肥一体化微喷灌系统与系统关键部件的设计方案。其次是基于AMESim软件的整体系统优化分析：根据水肥一体化微喷灌系统原理，采用AMESim软件对微喷灌系统的喷水部件微喷带以及大田水肥一体化微喷灌系统优化分析，为微喷带的选型、每组几条微喷带同时灌溉以及在有坡度的大田中微喷灌系统的布置方式提供理论基础。然后是采用ANSYS软件中的Fluent模块优化主管道的弯曲形状和分析风对微喷带喷洒均匀性的影响：研究了肥料母液和灌溉水在不同弯曲形状的主管道内混合的情况以及对微喷带在不同风速下喷水的仿真计算，得到不同风速对微喷灌带喷水均匀性的影响情况，为水肥一体化微喷灌系统实际工作提供理论依据。接着是田间输配水管网的遗传算法优化布置：运用树状管网输配水，利用Matlab软件以及遗传算法，结合泰安市高家庄村输配水管道灌溉工程，对大田输配水管网进行优化，以求得大田输配水管网布置最小的投资方案。最后是于大田水肥一体化微喷灌系统试验研究：按照设计的微喷带铺设方案在试验田进行铺设微喷带，设计检测微喷带喷洒均匀性的试验方案，在有风的情况下进行实地试验研究。
　　试验结论为：在风速为2.05m/s的情况下，80m长微喷带在13m处喷带喷洒的均匀系数为90％，均大于其它取样点。在80m处喷带喷洒均匀系数为84.4%，均小于其它取样点。其中26m处的流量均大于其它取样点，80m处的流量均小于其它取样点。沿程喷洒量均匀系数相差不大，喷洒均匀系数均大于80%，喷洒均匀性好。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4技术路线

1.5本章小结

2大田水肥一体化微喷灌系统设计

2.1水肥一体化微喷灌系统原理

2.2系统整体技术参数与设计方案

2.3微喷灌系统关键部件的设计

2.4本章小结

3水肥一体化微喷灌系统仿真分析

3.1单条微喷带喷水性能分析

3.2分组灌溉时干管压力的分析

3.3微喷灌系统喷水性能分析

3.4本章小结

4自然环境下微喷灌系统喷洒均匀性仿真分析

4.1主管道内肥料母液的混合

4.2基于Fluent微喷带喷水仿真分析

4.3不同风速下微喷带喷水均匀性的分析

4.4地面水量分布均匀性

4.5本章小结

5大田输配水管网优化布置方法与仿真

5.1输配水管网优化方法研究现状

5.2树状管网优化布置算法设计

5.3泰安市高家庄村灌溉管网优化布置

5.4本章小结

6大田水肥一体化微喷灌系统的试验

6.1试验方案

6.2试验分析

6.3 实验结论

6.4本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2主要创新点

7.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的成果