2006用于灌溉自動灑水器安置和移動調(diào)度

A：PositioningandMovingSprinklerSystemsfor射程：當(dāng)n=3

r0=11.6米；當(dāng)n＝4r0=10.7為了使時(shí)間最短即移動系統(tǒng)次數(shù)最少，采取了以下措施（其中n20T為移動和安裝一次設(shè)備所需要的時(shí)間平均每天時(shí)噴灌的均勻度Cu水的利用率n=3n=34.27+10.5n=44.78+15n=44.14+660多億。人口的大幅增加帶易Restatementofthe30*80的土地，10cm0.6cm20米長。需要要確定噴頭的數(shù)量和噴頭之間的間距,并且制定一張管子移動的日程表,其中包括4201500.75cm42TermsandtheBasic1、n2、b：噴頭之間的距離，m3、v0：水從噴嘴出射的速度,m/s4、S：轉(zhuǎn)動噴嘴的內(nèi)截面積,m26、Ω：7、p0：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,pa8、p1：水源處的壓強(qiáng),pa9、v1：水在水源處的流速，m/s10、λ：重度，即：ρ*g，ρ12、t：水從噴嘴噴出到落到地面上的時(shí)間,s13、r：一個(gè)噴嘴射程理論值，m14、r0：一個(gè)噴嘴射程經(jīng)驗(yàn)值，m15、μ：16、δ：18、T：農(nóng)場主搬運(yùn)和安裝設(shè)備所用的時(shí)間，為一個(gè)常數(shù)，h20、Assumptionsand，由于的管線長度只有20米且水管中的水流速較慢忽略水管中的沿程，為了簡化問題，假設(shè)各個(gè)噴頭的射程是一樣的 模型的建立和求解中，忽略了風(fēng)對灌溉半徑及灌溉強(qiáng)度的影響，在后面模型的改進(jìn)中，再這部分的內(nèi)容。 用率。在這里，為了簡化問題，不考慮灌溉時(shí)間對水的利用率的影響。ysisofthe這是一個(gè)關(guān)“手移動灌溉系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉問題根據(jù)題目給出的條件80*30m2于灌溉系統(tǒng)的時(shí)間最短。首先想“手移動灌溉系統(tǒng)每次只能灌溉一部分的土地這部分土地灌溉完畢后，需要移動設(shè)備以灌溉其他部分的土地。需要對80*30m2的土地布線20米的管線分批對土地進(jìn)行灌溉。其次，要解決問題，必須確定20米長的管線一次灌溉的面積。進(jìn)一步分析問題，發(fā)現(xiàn)，要確定20米長管線一次灌溉的面積，就要確定20米長的管線上要安裝模型建立前的準(zhǔn)備工估計(jì)水從噴嘴里噴射出來的速1d

2.826*105(m2

(

7.85*103(m2 S2.826*105

可以看到，Ω的值非常小，即：S S1所示： v v00H1 噴嘴出口處的壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓:p0101*10(pa3水源處的壓強(qiáng)為:p1420*10(pa3水源處的水速為vQ

150*103/

0.318(m/s)把上述值帶入伯努利方程，先忽略H v

0 0.96~0.99。v00.96*25.224.2(m估算20t

式 1,2───斷面1—1和2—2上的平均密度v1v21—12—2A1A21—12—2過流面積；2所示：2，在這 可以得到n*v0*SQ，根據(jù)得到的v0估算所需要安裝的噴頭的數(shù)量， 150*103/0nv*S24.2*2.826*1053.66，也就是說，所需要安裝的噴頭數(shù)目為3個(gè)或是0n取3時(shí) 得到S*31.08*102，仍然滿足S

S*n，n取4 計(jì)算得到S*41.44*102此時(shí)水管的內(nèi)截面積是4個(gè)，70S

S*n的條件，所以不能運(yùn)用伯努n=4時(shí)，運(yùn)用總流連續(xù)性方程計(jì)算從噴頭噴射出的水的流速 150*103/n*v*

Q，vn*S4*2.826*1050.96~0.99v00.96*v3：水以仰角α，vxv0，根據(jù)物理學(xué)的知 可以知道當(dāng)水流以仰角α出射的時(shí)候vyv0

α取值小于 取α=22.5°。水流在空中的飛行時(shí)間為t2vy。水平飛行的gn=3rn=4r

*t*t

*cos*2v0*sing*cos*2v0*sin 碎裂、分散霧化三個(gè)區(qū)域組成（4所示。在密實(shí)部分，水流連續(xù)，呈透明的圓柱4即：n=3n=4

r*41.8*13r*32.1*13由此，得到20米長的管線上需要安裝3個(gè)4個(gè)噴頭，安裝三個(gè)噴頭的時(shí)候13.93m10.7m。的分布率曲線進(jìn)行。5—1分布率曲線A是理想的分布率曲線，其形狀是一個(gè)楔形。如果有另一個(gè)噴頭，5—2分布率曲線B是一個(gè)真實(shí)的分布率曲線，這條分布率曲線形狀也比較均勻，并且更加符合實(shí)際的情況?？梢钥吹皆?~0.6r0的范圍內(nèi)，噴頭噴灑的水量是近似均勻的在0.6r0~r0的范圍內(nèi)，噴頭噴灑的水量就開始急劇減少。可以進(jìn)一步進(jìn)化曲線B，得到曲線B。：5—3總噴水量和單個(gè)噴嘴的噴水量的關(guān)者在空中直接蒸發(fā)掉了，造成在空中的蒸發(fā)和漂移損失。根據(jù)實(shí)測，蒸發(fā)率一般為7%~28%，在這里取蒸發(fā)率δ=15%。于是得到，Q*(1)n*q，*(1n150*103當(dāng)n=3時(shí)：q

/150*103當(dāng)n=4時(shí)：q 4降水量和噴灑半徑的關(guān)

/曲線C和兩條坐標(biāo)軸圍成的曲線的面積是這個(gè)噴頭的總的灑水量，設(shè)其為q。噴頭在其灑水量為q時(shí)，噴灑的水的體積及其形狀：圖6：噴水強(qiáng)度的圓臺的體積為V1[r2h(0.6r)23h1[r2h(0.6r)23hq h

125*3q

2h

*3q98rH

49r

(0.6rx

H2h0(x0.6r)

(x H=0.634（cm當(dāng)n=4x0.6r噴頭的選由于所要灌溉的面積較小，并且只要噴灑到區(qū)域外面的水較少，水的利用率較高就可以，所以一律選擇全圓弧的噴頭。為了計(jì)算的方便，所選擇的圓弧的種類也n=3203

r*41.8*113.93(m，那30.6r08.358(m)13.93m30*80m2相當(dāng)大的，且的管線只有20米長，所以考慮在20米的管線兩頭分別安裝120圖中：小圓是0.6r0，大圓是r0。作一個(gè)和小圓邊界相切的矩形，算得矩形的長為37米，寬為17米，約等于所給土地面積的1/4。由此得到同一組管道使用430*80m2的土地灌溉一邊。圖8—1：等圓正方形布 圖8—2：等圓正三角形布 圖8—3：不等圓正方形布 圖8—4：不等圓正三角形布一的布線方式基本模49：42010108.4B8.4C（8.48.4D點(diǎn)的坐標(biāo)為（80-8.4，8.4，首先，考慮一小時(shí)內(nèi)灌溉的水深過0.75厘米，按照圖9所示需要灌溉4次為了避免1小時(shí)內(nèi)灌溉0.75厘米的水深采用對角線式的管線移動方土地，最后灌溉右上方的土地?；蛘卟捎肸字線的方式，即：左上方——右上方——左，，如果按照上述方式移動設(shè)備只需要考慮一個(gè)1/4區(qū)域內(nèi)即一個(gè)20米管圍內(nèi)所造成的灌溉區(qū)域。參照圖7，直的可以看到灌溉水深最深的地方要么在兩個(gè)小圓的地方要么在兩個(gè)大圓和一個(gè)小圓的地方兩個(gè)小圓的地10.634*21.268厘米。下面計(jì)算兩個(gè)大圓和一個(gè)小圓部分的灌溉水深。，如圖11所示，在兩個(gè)大圓和一個(gè)小圓的部分中，容易知道距離兩邊的兩個(gè)圓的圓心的距離之和越短，1個(gè)小時(shí)內(nèi)灌溉的水深就越深。根據(jù)三角形兩邊之和大于第三20米管線上的那部分是灌溉水深最深的地方。在其上任取一點(diǎn)，并設(shè)該點(diǎn)距離一個(gè)圓的圓心的距離為x，則通過計(jì)算得到Hh[2h0(x0.6r)h][2h0(20x0.6r)h

H3*H3*h0rH1.84

2h0(x0.6r20x0.6r)2h0(201.2r)厘米因?yàn)樵?小時(shí)內(nèi)灌溉的水深過0.75厘米，所以一次灌溉的時(shí)間為T0.75*

24.5

，其次為了使4天內(nèi)至少灌溉2厘米的水深須考慮邊界上的點(diǎn)是否滿足，（0~80（0~30較多，這里不再一一列出，發(fā)現(xiàn)4個(gè)頂點(diǎn)的灌溉強(qiáng)度為0.24厘米/小時(shí)，兩個(gè)0642觀察結(jié)果，同樣可以發(fā)現(xiàn)，在這些不滿足要求6，0.25厘米/小時(shí)。所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)每天在每個(gè)灌溉地點(diǎn)工作2個(gè)小時(shí)可以恰好滿足要求（在這里，是取一天一個(gè)灌溉周期。，現(xiàn)在重新設(shè)計(jì)A、B、C、D10。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的灌溉方式是對稱的，所以1/480米的中點(diǎn)。因?yàn)樽笊享旤c(diǎn)只有A點(diǎn)一個(gè)噴頭灑水，根據(jù)公式：H2h0(x0.6r)h，h

80 x2y2 x2y2

xy

,y

xx y1

（9.321522.8（30.678522.8（9.3215，7.2，D（30.6785，7.224少受水2厘米但是由于一小時(shí)受水過0.75厘米所以每次在一個(gè)區(qū)域最多工24.45分鐘。由此計(jì)算，12024.454.955個(gè)循環(huán)（一個(gè)循環(huán)是8小時(shí)。假設(shè)農(nóng)場主移動和安裝一次設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間為T42020T。結(jié)310米。如果農(nóng)場主安裝和移動設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間不計(jì)算在內(nèi)的話，灌溉一塊面積為30*80平方米所需要的時(shí)間為8小時(shí)。30*80平方米所需要的時(shí)間為（8+20T）424.4512341234工作時(shí)間（分4123方式1：區(qū)域12——＞區(qū)域3——＞區(qū)域4——＞區(qū)域1，如此循環(huán)下去。改進(jìn)模說，噴水量又過于多。所以，基本模型存在很大的缺陷，對其進(jìn)行改進(jìn)。在基本模型中注意到在頂點(diǎn)附近和在80米的中間點(diǎn)附近是灌溉強(qiáng)度最小的。132020米E（0，5，F(xiàn)（40，5G（80，5800.63厘米/小時(shí)。把整個(gè)區(qū)域劃分為如下4個(gè)區(qū)域，管線在一個(gè)區(qū)域工作一次的時(shí)間均為24.45分鐘，5162734141、2、3、45、6、7區(qū)60.85厘米/小時(shí)。0.5灌溉的次數(shù)為n1

0.5*6024.451.4421次數(shù)為n2

1*6024.452.89331.55426改進(jìn)模型的結(jié)果需要噴頭的數(shù)量仍然為3個(gè)，噴頭的間距15當(dāng)灌溉周期T=1天每天要灌溉兩遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉該地所花費(fèi)的時(shí)間為1=2.45*14/60=.（小時(shí)，農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)所用的時(shí)間為7*2=14T。當(dāng)灌溉周期T=2天每2天要灌溉3遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為2=2.45*21/2/64.2（小時(shí)農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為7*3/=10.5T。當(dāng)灌溉周期T=3天每3天要灌溉5遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為3=2.45*35/3/64.7（小時(shí)農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為7*5/=1.7T。當(dāng)灌溉周期T=4天每4天要灌溉6遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為4=2.45*42/4/64.2（小時(shí)農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為7*6/=10.5T。4.7農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)的時(shí)間也最短為1.5T。管線移動計(jì)劃（1種可行的方式，還有其他可行方式當(dāng)前工作區(qū)1234567工作時(shí)間（分下一個(gè)工作區(qū)2345671即：管線的移動方式為：區(qū)域1——＞區(qū)域2——＞區(qū)域3——＞區(qū)域4——＞區(qū)域5——＞區(qū)域6——＞區(qū)域7——＞區(qū)域1，如此循環(huán)下去。n＝４204r010.7(m)，那么小圓半徑為0.6r06.42(m1201316：20米管線、4在圖16中，看到重復(fù)灌溉的次數(shù)最多的地方是2個(gè)小圓和1個(gè)大圓2.35厘米/度過0.75厘米，所以計(jì)算得到每次噴灌的最長時(shí)間19.11分鐘，時(shí)間達(dá)到后就要32.8412.8430*80平方米，可以估算需要移動設(shè)備8012.846（次。又由14所示：17結(jié)果4（5.42513.83當(dāng)周期是T時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)需要灌溉的次數(shù)：0.5T*6019.11當(dāng)灌溉周期T=1天每天要灌溉3遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉該地，的時(shí)間為6*3=18T。當(dāng)灌溉周期T=2天每2天要灌溉5遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉該地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為T2=19.11*6*5/2/60=4.78（小時(shí)，農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為6*5/2=15T當(dāng)灌溉周期T=3天每3天要灌溉8遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉該地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為T3=19.11*6*8/3/60=5.09（小時(shí)，農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為6*8/3=16T當(dāng)灌溉周期T=4天每4天要灌溉10遍地，若不計(jì)算農(nóng)場主灌溉系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間，則灌溉該地平均每天所花費(fèi)的時(shí)間為T4=19.11*6*10/4/60=4.78（小時(shí)場主用于灌溉系統(tǒng)平均每天所用的時(shí)間為6*10/4=15T4.8農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)的時(shí)間也最短為15T。12345612345618：區(qū)域劃分圖管線移動計(jì)劃（1次循環(huán)的路徑當(dāng)前工作區(qū)123456工作時(shí)間（分下一個(gè)工作區(qū)345621模型的評n=3時(shí)，基本模型的評表征噴灌均勻程度的方法很多，Cu

)（%（mm；（mm計(jì)算h和hnnh n

nnhi h n當(dāng)各測點(diǎn)代表的面積不相等時(shí)，以面積為權(quán)，求平均值nnSinh n

nnSihinh n式中：hi為某點(diǎn)的噴灑水深，mm；Si為某點(diǎn)代表的噴灑面積，m2；n為測量點(diǎn)數(shù)量。所求得的結(jié)果為：噴灌均勻度Cu在計(jì)算水的利用率的時(shí)候，由于布線是對稱的，所以只計(jì)算1/4區(qū)域內(nèi)的水是不規(guī)則的，所以采用近似計(jì)算的方法，在整塊地的1/4區(qū)域內(nèi)，看成是4個(gè)如圖13所示的扇形區(qū)域組成的。19圖形中，噴到區(qū)域外面的水為118.1*3S*

0.436(m3，式中S 積h0=0.643厘米/小時(shí)在整塊地的1/4區(qū)域有4個(gè)如圖13所示的圖形，所以水的利用率(10.436*4)*100%92-1.5-2-1.5-1-0.5-0-1616310米。如果農(nóng)場主安裝和移動設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間不計(jì)算在內(nèi)的話，灌溉一塊面積為30*80平方米所需要的時(shí)間為8小時(shí)。所需要的時(shí)間為（8+20T）小時(shí)。平均每天需要的時(shí)間為（8+20T）n=3時(shí)，改進(jìn)模型的Cu用率63.43%。164.27小時(shí)。農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)的時(shí)間也最短為10.5T。平均每天需要的時(shí)間為（4.27+10.5T）n=4

Cu11622：當(dāng)n=44.78小時(shí)。農(nóng)場主用于灌溉系統(tǒng)的時(shí)間也最短為15T。平均每天需要的時(shí)間為（4.78+15T）0.63cm/h424天為一個(gè)灌溉周期。計(jì)算得到，四天內(nèi)A，F(xiàn)10E81A，B，C，D，E，F(xiàn)A23：當(dāng)n=423：當(dāng)n=41616平均每天需要的時(shí)間為（4.14+6T）n=3基本模型：平均每天需要的時(shí)間為（8+20T）小時(shí)。n=3改進(jìn)模型：平均每天需要的時(shí)間為（4.27+10.5T）小時(shí)。n=4基本模型：平均每天需要的時(shí)間為（4.78+15T）小時(shí)。n=4改進(jìn)模型：平均每天需要的時(shí)間為（4.14+6T）小時(shí)。根據(jù)平均每天需要的時(shí)間最短（即每天時(shí)間最短）來評價(jià)：n=4的改進(jìn)模型44平均每天時(shí)噴灌的均勻度Cu水的利用率n=3n=34.27+10.5n=44.78+15n=44.14+6間距射程比：是指噴頭的間距和噴頭的射程（即噴灑半徑）在上面的幾個(gè)模型中都沒有考慮風(fēng)速對于模型的影響可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值對建的模型做一些調(diào)整在模型中采用的是等間距布置當(dāng)灌溉均勻度是75%左時(shí)，可以采用如下經(jīng)驗(yàn)值：這樣，可以對噴頭的射程做一些調(diào)整，以便得到更好的模型1、運(yùn)用流體力學(xué)的知識進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)水管中沿程阻力及局部損失是很小的，完全3C#編寫了一個(gè)程序。在輸入噴嘴坐標(biāo)和噴灌降水概率曲線后，可以計(jì)算任意2、在計(jì)算的過程中，有許多的參數(shù)和因子都采用的是經(jīng)驗(yàn)值，存在一定的誤差3、利用伯努利公式和總流連續(xù)性方程估算得到了n的值約為3或4并利用3和4分別進(jìn)行了建模。能夠說明當(dāng)n取3或4的時(shí)候，得到的結(jié)果是較優(yōu)的，但是

9 編著，流體力學(xué)，中國礦業(yè)大學(xué)，2001年6月鄭耀泉、李永光、黨編著，噴灌和微灌技術(shù)，中國水利水電，1998趙竟成、任曉力等編著，噴灌工程技術(shù)，中國水利水電，1999 Stephen John 張、王延臣、武春燕，節(jié)水灌溉系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化，遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004 2001 ZhangTheTechnology NozzlelineIrrigationandDrip Irrigation.2002.StephenW.Smith.John 附①計(jì)算各點(diǎn)每小時(shí)的灌溉強(qiáng)度、噴灌均勻度、水的利用率的程usingSystem;usingSystem.IO;usingSystem.Text;usingSystem.Data;usingSystem.Xml;namespaceModel{//////Class1的說明///</summary>classIrrigation{//////The for///privatedouble[,]board;privatedoubleh0;privatedouble[]datax;privatedouble[]datay;privatedoubler;privateintnum;{this.board=newdouble[81,31];for(inti=0;i<81;i++){for(int{}}Console.Wriine("Inputthevalueofh0:"); ine("Inputthevalueofr:");System.Data.DataSetds=newDataSet();this.datax=newdouble[this.num];this.datay=newdouble[this.num];for(intn=0;n<this.num;n++){ }}publicvoid{for(int{for(int{for(int{} }}double