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零惯量模型模拟流量快速变化灌溉系统的性能研究

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农业工程技术 2020年第24期 84-84页

作者：刘凯华缴锡云李江安云浩郭维华 Mohamed Khaled Salahou 桑红辉水文水资源与水利工程科学国家重点实验室河海大学河海大学农业科学与工程学院河海大学水安全与水科学协同创新中心

零惯量模型被广泛应用于模拟地面灌。当灌水流量恒定时,该模型是准确的。然而,随着实时控制地面灌技术的发展,需要对灌水流量快速变化的地面灌溉系统进行模拟。因此,该研究的目的是验证流量快速变化灌溉系统中零惯量模型的性能。为此,... 详细信息

零惯量模型被广泛应用于模拟地面灌。当灌水流量恒定时,该模型是准确的。然而,随着实时控制地面灌技术的发展,需要对灌水流量快速变化的地面灌溉系统进行模拟。因此,该研究的目的是验证流量快速变化灌溉系统中零惯量模型的性能。为此,在不同流量、坡度和糙率系数下进行了23次畦灌试验。并对坡度、入渗参数和糙率系数等模型输入参数进行了敏感性分析。结果表明,零惯量模型的预测结果与实测资料在推进消退时间和水深上均吻合较好。入渗参数是零惯性模型最敏感的输入参数。输入参数对水流消退阶段的影响大于对水流推进阶段的影响。

关键词：零惯量模型急变流畦灌敏感性分析

植被类型对晋南土壤入渗及地面水流糙率影响的研究

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节水灌溉 2024年第2期 1-8,16页

作者：张梦佳李炎王仰仁杨丽霞天津农学院水利工程学院天津300392 太原理工大学土木工程学院太原030024

开展植被类型对土壤入渗特性及田面水流糙率影响的研究,可以为田间灌水技术参数的优化分析提供理论依据。以山西省夹马口引黄灌区试验站畦田灌水试验为依据,基于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型,在运用水量平衡方程和曼宁公式的基础上,... 详细信息

开展植被类型对土壤入渗特性及田面水流糙率影响的研究,可以为田间灌水技术参数的优化分析提供理论依据。以山西省夹马口引黄灌区试验站畦田灌水试验为依据,基于Kostiakov-Lewis三参数入渗模型,在运用水量平衡方程和曼宁公式的基础上,用单点求参法(用畦田内畦首、中、尾三点的入渗参数分别作为入渗参数值,仅对糙率值作优化求解)、均值求参法(用畦首、中、尾三点入渗参数的均值作为入渗参数值,仅对糙率值作优化求解)、组合求参法(用畦首、中、尾三点入渗参数中的最大值作为上限,最小值作为下限,对入渗参数和糙率值同时优化求解)对入渗参数及糙率进行直接求解,并利用基于零惯量模型的地面畦灌水流模拟软件WinSRFR4.1对求解参数进行了分析验证。结果表明:(1)用组合求参法拟合出的土壤入渗参数与地面水流糙率,决定系数R^(2)均在0.97以上,拟合精度较高。(2)玉米地土壤90 min累计入渗量Z_(90)为91.7 mm,糙率值为0.030;苹果树地Z_(90)为88.9 mm,糙率值为0.079;桃树地Z_(90)为115.9 mm,糙率值为0.138。在该试验区,一年生植物的Z_(90)明显大于多年生植物,植被类型对土壤入渗特性影响显著;鉴于组合求参法最大程度地弱化了土壤入渗参数的空间变异性,且拟合精度高于单点求参法和均值求参法,认为组合求参法最优,验证结果也进一步证明了该结论。

关键词：植被类型入渗模型零惯量模型地面水流糙率引黄灌区

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基于量纲分析的畦灌灌水质量评价模型

农业工程学报 2014年第6期30卷 46-53页

作者：聂卫波任长江费良军马孝义西安理工大学水资源研究所西安710048 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100

灌水质量评价是提高灌溉管理水平、改善畦灌质量的重要依据。针对畦灌灌水质量影响因素较多造成分析和评价困难的问题,该文以畦灌试验资料为基础,采用量纲分析和数值模拟相结合的方法,构建了估算畦尾闭合条件下的畦灌灌水质量指标(灌水... 详细信息

灌水质量评价是提高灌溉管理水平、改善畦灌质量的重要依据。针对畦灌灌水质量影响因素较多造成分析和评价困难的问题,该文以畦灌试验资料为基础,采用量纲分析和数值模拟相结合的方法,构建了估算畦尾闭合条件下的畦灌灌水质量指标(灌水效率、灌水均匀度和储水效率)计算模型,其所建模型对各灌水技术要素有效组合下的灌水质量指标进行计算,结果表明估算值与采用零惯量模型的模拟值具有较高一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为6.72%、6.57%和4.93%,其相关系数R2分别为0.987、0.969和0.990,并采用SPSS软件对估算值和零惯量模型的模拟值进行显著性检验(显著性水平P模型的可靠性进行了验证,结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率的估算值与实测值具有较高的一致性,两者相对误差的绝对值均值分别为7.76%、9.15%和7.08%。由此说明,该文所建立的畦灌灌水质量指标计算模型具有高的可靠性,且具有较强的普适性。研究结果可为畦灌灌水质量评价和灌水方案设计提供科学依据和技术支持。

关键词：灌溉入渗模型畦灌灌水质量量纲分析零惯量模型

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畦田灌溉水流演进计算简化模型研究

灌溉排水学报 2005年第2期24卷 23-26页

作者：周振民刘月华北水利水电学院河南郑州450008

在对水量平衡模型进行修改的基础上,结合零惯量运动方程,以水量平衡方程为基础,对畦灌水流演进模型的结构进行了研究。应用无因次系统模型,求得了模型的显式和隐式解。该模型可以用来计算畦灌水流演进距离。对山东省陈垓引黄灌区畦灌水... 详细信息

在对水量平衡模型进行修改的基础上,结合零惯量运动方程,以水量平衡方程为基础,对畦灌水流演进模型的结构进行了研究。应用无因次系统模型,求得了模型的显式和隐式解。该模型可以用来计算畦灌水流演进距离。对山东省陈垓引黄灌区畦灌水流演进计算结果表明,该模型比以往使用的模型简单,计算精度与较复杂的零惯量模型的计算精度相当。模型计算不需编程,可以用手算完成全部计算过程,解决了传统的水量平衡模型无法解决的问题。

关键词：演进简化模型灌溉水流水量平衡模型畦田水量平衡方程陈垓引黄灌区计算精度零惯量模型运动方程系统模型计算结果模型计算计算过程畦灌无因次隐式解山东省基础

沟灌地表土壤水动力学耦合模型数值模拟及其应用研究

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沟灌地表土壤水动力学耦合模型数值模拟及其应用研究

作者：赵毅西安理工大学

学位级别：硕士

沟灌是我国目前地面灌溉的主要方式之一,与微灌、喷灌等一些压力灌溉相比,沟灌具有设施简单、便于实施、成本低等优点,但也存在水资源浪费、灌溉效率低等问题。同时,我国是农业大国,农业用水占比高,约为全国用水的62%。因此,研究沟灌,... 详细信息

沟灌是我国目前地面灌溉的主要方式之一,与微灌、喷灌等一些压力灌溉相比,沟灌具有设施简单、便于实施、成本低等优点,但也存在水资源浪费、灌溉效率低等问题。同时,我国是农业大国,农业用水占比高,约为全国用水的62%。因此,研究沟灌,提高灌溉效率,实现节约用水,有助于缓解我国严重的用水供需矛盾。沟灌灌水过程中涉及的数学模型大都是非线性偏微分方程,在较为复杂的条件下,很难找到方程的精确解,最有效的办法是采用数值计算方法求其数值解。本文主要针对沟灌灌水过程中的地表水流运动和土壤水分运动以及两者耦合模型进行算法构造和数值模拟,主要工作和成果如下:(1)本文根据沟灌灌水过程中地表水流运动的特点,在水量平衡原理的基础上,选用零惯量模型描述其运动过程。对于零惯量模型的求解,首先设计网格剖分,其次对基本方程用Preissmann四点加权隐式差分格式进行离散,然后用Newton-Raphson法和普赖斯曼双向扫描法进行求解,最后得到地表水流运动的推进过程。计算结果表明,本文方法能较好的模拟沟灌灌水时的地表水流运动过程。(2)本文根据沟灌灌水过程中土壤水分运动的特点,在非饱和土壤水分运动理论的基础上,选用Richards方程描述其运动过程。对于Richards方程的求解,首先针对求解区域的特殊性设计网格剖分,其次采用交替方向隐式差分格式对方程进行离散,然后用附加源项法处理特殊边界条件,最后得到负压水头分布情况,从而得到土壤含水率的分布情况。数值模拟1表明本文算法是稳定的、收敛的,有着较好的求解精度。数值模拟2表明本文算法能较好的模拟沟灌灌水时的土壤水分运动过程。(3)本文构建了沟灌地表-土壤水动力学耦合模型。耦合模型包括描述地表水流运动的零惯量模型和水分入渗引起的土壤水分运动方程,即Richards方程。本文以地表水深和累积入渗量为耦合纽带对耦合模型进行迭代耦合求解,完成了沟灌地表-土壤水动力学耦合模型的数值模拟,模拟结果符合实际情况,能够满足实际工作要求。

关键词：沟灌有限差分法非线性偏微分方程零惯量模型 Richards方程

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波涌畦灌灌水技术要素的优化组合研究

水利学报 1996年第12期28卷 16-22,28页

作者：费良军王云涛西安理工大学水电学院

本文将零惯量数学模型和根据连续畦灌田面水流推进曲线确定的间歇入渗模型相结合建立了波涌畦灌田面水流运动的零惯量数学模型；提出了波涌畦灌灌水技术要素的设计方法，依此对灌水方案进行初步设计，然后应用模拟优化技术对波涌畦灌技... 详细信息

本文将零惯量数学模型和根据连续畦灌田面水流推进曲线确定的间歇入渗模型相结合建立了波涌畦灌田面水流运动的零惯量数学模型；提出了波涌畦灌灌水技术要素的设计方法，依此对灌水方案进行初步设计，然后应用模拟优化技术对波涌畦灌技术要素组合进行模拟──优化设计，最后以陕西泾惠渠灌区实际资料为例求得了波涌畦灌灌水技术要素的优化组合。

关键词：波涌畦灌技术要素零惯量模型优化组合畦灌

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波涌畦灌水流运动的零惯量数值模拟

水利学报 1995年第8期27卷 83-88,F003页

作者：费良军王云涛魏小抗陕西机械学院水电分院陕西省水利厅

本文建立了波涌畦池田面水流的零惯量数学模型，在水流推进和消退阶段分别采用四边形差分网格公式，对内部计算单元采用普赖斯曼追赶法计算，在畦首差分单元采用牛顿一拉普氏迭代法求解，对水流推进前峰单元用水量平衡方程计算，经田间... 详细信息

本文建立了波涌畦池田面水流的零惯量数学模型，在水流推进和消退阶段分别采用四边形差分网格公式，对内部计算单元采用普赖斯曼追赶法计算，在畦首差分单元采用牛顿一拉普氏迭代法求解，对水流推进前峰单元用水量平衡方程计算，经田间试验资料验证，其计算值与实测值吻合较好．

关键词：波涌畦灌零惯量模型间歇入渗数值模拟

地表-土壤水动力学耦合模型在复杂沟灌条件下的应用

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吉林水利 2019年第7期 22-26页

作者：杨旭葫芦岛平山供水有限责任公司

反映地表水流运动和土壤水分运动的数学模型大多都是非线性偏微分方程,通常采用数值计算方法来求解较为复杂的地表水流运动模型和土壤水分运动方程。本文以辽宁某灌区玉米覆盖垄为例,利用零惯量模型和土壤水分运动方程(Richards方程)来... 详细信息

反映地表水流运动和土壤水分运动的数学模型大多都是非线性偏微分方程,通常采用数值计算方法来求解较为复杂的地表水流运动模型和土壤水分运动方程。本文以辽宁某灌区玉米覆盖垄为例,利用零惯量模型和土壤水分运动方程(Richards方程)来描述沟灌灌水时水分的运动特征,构建沟灌地表-土壤水动力学的耦合模型,通过迭代法实现有效耦合,借助Matlab软件进行数值模拟与计算,将模拟结果与实测结果相对比,模拟结果符合实际情况,能够满足实际工作要求。

关键词：沟灌零惯量模型 Richards方程地表-土壤水动力学的耦合模型

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浑水波涌畦灌田面综合糙率系数研究

水利学报 1998年第S1期29卷 126-129页

作者：费良军王文焰西安理工大学水电学院

本文在分析浑水波涌畦灌田面糙率影响因素的基础上，提出将波涌畦灌水流运动的零惯量数学模型与系统分析中的优化方法相结合，建立了推求浑水波涌畦灌田面综合糙率系数的模拟———优化模型．经实例应用和方法验证表明，采用本文所提出... 详细信息

本文在分析浑水波涌畦灌田面糙率影响因素的基础上，提出将波涌畦灌水流运动的零惯量数学模型与系统分析中的优化方法相结合，建立了推求浑水波涌畦灌田面综合糙率系数的模拟———优化模型．经实例应用和方法验证表明，采用本文所提出的方法能较准确地推求浑水波涌畦灌田面综合糙率系数的量值．

关键词：浑水波涌畦灌综合糙率系数零惯量模型模拟优化