多因素影响下喷灌弹道轨迹改进模型构建及验证

【作者】 张锐； 朱德兰； 吴普特；

【机构】 西北农林科技大学水利与建筑工程学院； 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室； 西北农林科技大学水土保持研究所； 国家节水灌溉工程技术研究中心；

【摘要】 现有弹道模型中未完整考虑影响喷灌水流产生、飞行和落地过程的外界因素,导致特定条件下具有较好预测效果的弹道模型还不足以推广应用到大尺度农田的多因素耦合场景。为此,本研究综合考虑风、蒸发、地形和立管倾斜因素,通过构建受风影响下射流和液滴运动微分方程、液滴蒸发微分方程,立管倾角矩阵和坡脚矩阵,基于Matlab 2018a建立了考虑多因素耦合的喷灌液滴分布模型,并采用不同类型喷头来检验模拟结果的可靠性。结果表明:5种验证工况下,液滴粒径、速度和角度的数据点都分布在1:1线附近,液滴粒径、速度和角度的纳什效率系数变化范围分别为0.821～0.932、0.616～0.931、0.770～0.911。坡度增加将导致粒径大于4.63mm的液滴集中降落到逆坡方向。当环境温度从10℃增加到45℃,总蒸发率从0.45%增加到4.37%,大粒径液滴与空气接触面积更大,温度越高,对大粒径液滴的能量损耗越大。风速越大,顺风方向越多液滴以较小落地角度降落到地面,增加土壤剪切破坏风险。喷头立管向东侧倾斜,则东西两侧的液滴都趋于集中分布,液滴落地速度最大值出现在东侧(倾斜侧),液滴落地角度最大值出现在西侧。本研究考虑了可能影响喷灌水流运动的各种因素,扩展了理论模型的应用场景,提高了喷灌液滴运动理论模型在更复杂、更实际的农业环境中的适用性。更多还原