不同地形背景下微灌系统的计算机仿真

摘 要 ：当前,水资源日益紧张,微灌系统作为节水功能最强的灌溉技术,已经被世界上100多个国家和地区所采用.但是该系统也受到各种因素的影响,其中地形就是一个重要的方面.对于不同地形条件下的微灌系统,其要求也有所不同.本文主要借用计算机仿真技术的相关原理,对不同地形条件下的微灌系统进行仿真研究,旨在为微灌系统地高效运行提供一定懂得科学依据.

关 键 词 ：地形；微灌系统；计算机仿真

中图分类号：S275 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0210-02

随着计算机技术地不断发展与进步,计算机技术开始应用于各个领域及行业.其中,灌溉工程就是一个方面.当前,灌溉工程出现了一系列全新的发展趋势.主要表现在两个方面的发展变化趋势：（1）从以往的局部灌溉逐步向大田微灌的方向而发展与推广；（2）微灌从以往仅存在于农业种植业之中的应用而逐步向生态环境建设项目中进行推广.在上述两种变化趋势之下,微灌系统所处的地理环境则非常复杂,对于管网水力平衡以及元器件的设计与选择产生的影响十分之大.基于上述微灌系统发展背景的阐述可知,当前微灌系统较传统的灌溉系统发生了本质性的变化.本文开发出了不同地形条件下,微灌系统的模拟仿真程序,不但能够对简单规整地块微灌系统进行模拟计算,同时还实现了对复杂地貌区域以及相应的微灌管网系统进行了模拟、仿真设计与规划,地块及管网分布情况主要采用3D图形来对其进行直观地表达与呈现.此前,人们对微灌系统的研究一般集中于简单而且平整地块的微灌系统,而对于那些起伏地块管网系统的生成以及具体的水力计算则涉及地很少.本文主要借用计算机仿真技术的相关原理,对不同地形条件小的微灌系统进行仿真研究,旨在为微灌系统地高效运行提供一定懂得科学依据.

1.微灌系统计算机程序地开发及实现

微灌管网系统的计算机仿真程序的开发主要是基于Matlab 5.3软件.本程序主要包括四个部分的内容：管网模型以及图形的生成；管网水力计算与平衡分析；地块参数计算及地貌图形生成；系统参数与设备选择.对于地形图形的生成主要是通过实测标高数据来对3D 面积进行拟合,然后给出全部网格点的标高,同时构建管线所在位置点与地块坐标之间所对应的关系,以确定出管线各个网格点的标高；水力计算的基本步骤为：计算各个管线流量以及管径；给定灌水均匀度,以灌水器为单元来对管网入口水头最大的分支管线进行计算,确定总的水头损失以及水泵扬程.

2.程序应用

2.1 参数设计

本文主要以某评过种植基地的微灌系统作为一个实例,对程序计算地可靠性加以验证.事先参考相关文献资料,对同种条件下的设计参数进行了设计.将采用程序计算的结果一原设计进行了对比,比较结果见表1.通过对比较结果以及对系统允许水头偏差δh的要求的分析,程序较好地实现了对系统以及各级管网参数的设计.由下表1所示可以看出,原设计值与本程序计算值之间的标准偏差相差较小,因此这说明了本程序设计的科学及合理性,更进一步地说明了该程序用于实际微灌过程的实用性.

2.2 水头损失计算

以过滤器为例,对水头损失的计算进行详细地阐述.所谓过滤器的水头损失主要指的是经过清洁水流时,过滤器进出口之间的水头降差,主要包括过滤器的进口、出口以及过滤器元件等引起的局部性水头损失以及沿程水头损失,可以用如下式来表示：

2.3 起伏地形设计实例分析

对于起伏地形条件下的微灌系统的设计而言,本程序主要解决了如下几个方面的关键性问题：（1）采用2D样条插值法对实测点的标高数据进行插值计算,并获取整块地块标高的数据；（2）支管以上的干线沿着地势起伏的变化敷设,管线各个网格点的标高主要由地块标高来加以决定；（3）毛管敷设主要采取直线段模型加以模拟,按照每条毛管的首尾所在地块的标高来对其坡度进行定量计算,并进行相关的水力计算；（4）对灌水的均匀度进行核实、计算,并通过调整支毛管径或者灌水器来满足设计灌水的均匀度；（6）对选择支管与毛管的进口水阻管加以计算.经过实际的计算可知,相同流量条件下,地势的起伏变化,系统扬程均要比平坦地块的要求高很多.与此同时,管线分支处的压力调节范围十分之大.

3.结论

综上所述可以得知,本文主要基于Matlab5.3软件对不同地形条件下的微灌系统的计算机仿真进行了设计与规划.该程序不但能够实现对简单平坦地块条件下微灌系统的设计与规划,而且还能够实现对复杂地形条件下地貌状况模拟与管网系统的设计.通过上述具体的算例对程序的功能进行了验证,结果显示,该程序下对不同地形的微灌系统的设计具有十分重要的价值,其计算的精确度较高,从而为微灌系统地高效运行提供一定懂得科学依据.