CN109740926B - 滴灌系统性能评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滴灌系统性能评价方法及装置,属于灌溉领域。该方法包括:获取滴灌系统性能评价参数,该性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行评价。本发明通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行全面的评价,通过对滴灌系统评价后,可以提出对滴灌系统进行升级优化的可行性建议。本发明实施例提供的方法对滴灌系统进行评价的因素相对于相关技术较多,测试方法操作性更强,获得的评价结果相对于相关技术更加准确,有利于滴灌系统的改进,进一步提高灌溉作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及灌溉领域,特别涉及一种滴灌系统性能评价方法及装置。
背景技术
随着集约化农业发展,现阶段我国使用的滴灌系统规模呈增大趋势。滴灌系统运行时不仅要满足较高的能效要求,还要满足灌溉时灌水与肥料的分布均匀性要求。但是滴灌系统实际运行时的能效高低、灌水与肥料分布均匀性与滴灌系统的设计值通常存在明显差异。因此,需要对已经实施滴灌的滴灌系统性能进行评价,获得评价结果,通过评价结果对滴灌系统进行性能改进,提出优化滴灌系统的建议。
相关技术中通过克里斯琴森均匀系数分析滴灌系统灌水分布均匀性,进而以此对滴灌系统性能进行评价。
发明人发现相关技术至少存在以下技术问题:
影响滴灌系统性能的因素有很多,相关技术只评价了滴灌系统的灌水分布均匀性这一因素,评价的因素不全面,导致滴灌系统性能评价结果不准确。
发明内容
本发明实施例提供了一种滴灌系统性能评价方法及装置,可解决上述技术问题。技术方案如下:
一方面,本发明实施例了一种滴灌系统性能评价方法,所述方法包括:
获取滴灌系统性能评价参数,所述性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;
通过所述滴灌系统性能评价参数对所述滴灌系统进行评价。
在一种可选地实施方式中,所述滴灌系统性能评价参数包括所述滴灌系统能效系数,获取所述滴灌系统能效系数,包括:
获取第i分区控制的灌溉面积,获取第i分区水泵能效系数,获取第i分区供水管路能效系数;通过第i分区控制的灌溉面积、第i分区水泵能效系数及第i分区供水管路能效系数,得到所述滴灌系统能效系数GEE:
GEEi=PEEi×SEEi;
其中,Sti为第i分区控制的灌溉面积,PEEi为第i分区水泵能效系数,SEEi为第i分区供水管路能效系数,i为样点数。
在一种可选地实施方式中,所述滴灌系统性能评价参数包括所述灌水分布均匀性系数,获取所述灌水分布均匀性系数,包括:
获取第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数;
通过第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数得到灌水分布均匀性系数Cuwt:
其中,Cuwi为所述第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数。
在一种可选地实施方式中,所述滴灌系统性能评价参数包括所述肥料分布均匀性系数,获取所述肥料分布均匀性系数,包括:
获取第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数;通过第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到所述肥料分布均匀性系数Cuft:
其中,Cufi为第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数。
在一种可选地实施方式中,所述滴灌系统性能评价参数包括所述滴灌系统全局分布均匀性系数,获取所述滴灌系统全局分布均匀性系数,包括:
获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性;
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到所述滴灌系统全局分布均匀性系数DUwt:
DUwt=DUwp×DUwm×DUwc;
其中,DUwp为压力偏差引起的系统分布不均匀性;DUwm为由制造偏差引起的系统分布不均匀性;DUwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性。
在一种可选地实施方式中,所述获取第i分区水泵能效系数,包括:
获取第i分区灌水时水泵实际提水功率;获取第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率;
通过第i分区灌水时水泵实际提水功率与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率得到所述第i分区水泵能效系数PEEi:
其中,Phi为第i分区灌水时水泵实际提水功率;P实i为第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率。
在一种可选地实施方式中,所述获取第i分区供水管路能效系数,包括:
获取支管出口处设定工作水位,获取水泵安装高程以及获取第i分区灌水时水泵出水端扬程;
通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到所述第i分区供水管路能效系数SEEi:
ΔWHi=WHDi-Z泵;
其中,WHDi为支管出口处设定工作水位,Z泵为水泵安装高程,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。
在一种可选地实施方式中,所述获取第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数,包括:
获取灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差,通过灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差得到所述第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数Cuwi:
在一种可选地实施方式中,所述获取第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数,包括:
获取测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差;
通过测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差得到所述第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数Cufi:
另一方面,本发明实施例还提供了一种滴灌系统性能评价装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取滴灌系统性能评价参数,所述性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;
评价模块,用于通过所述滴灌系统性能评价参数对所述滴灌系统进行评价。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行全面的评价,通过对滴灌系统评价后,可以提出对滴灌系统进行升级优化的可行性建议。本发明实施例提供的方法对滴灌系统进行评价的因素相对于相关技术较多,获得的评价结果相对于相关技术更加准确,测试方法操作性更强,更加利于滴灌系统的改进,进一步提高灌溉作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的滴灌系统性能评价方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的灌溉分区结构示意图;
图3是本发明实施例提供的滴灌单元结构示意图;
图4是本发明实施例提供的滴灌系统性能评价方法的装置结构示意图;
图5是本发明实施例提供的获取模块结构示意图。
具体实施方式
除非另有定义,本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
本发明实施例提供了一种滴灌系统性能评价方法,参见图1,该方法包括:
步骤201,获取滴灌系统性能评价参数,性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;
步骤202,通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行评价。
本发明实施例提供的方法至少具有以下技术效果:
本发明实施例提供的方法,通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行全面的评价,通过对滴灌系统评价后,可以提出对滴灌系统进行升级优化的可行性建议。本发明实施例提供的方法对滴灌系统进行评价的因素相对于相关技术较多,测试方法操作性更强,获得的评价结果相对于相关技术更加准确,更加利于滴灌系统的改进,进一步提高灌溉作业效率。
以下将通过可选地实施例进一步地描述本发明实施例提供的评价方法。其中,本发明实施例提供的方法中,获取的滴灌系统性能评价参数包括:滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种,接下来,对每种性能评价参数的获取方式一一进行解释说明。
(一)获取滴灌系统能效系数
可选地,滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统能效系数,步骤201中,获取滴灌系统能效系数,包括:
获取第i分区控制的灌溉面积,获取第i分区水泵能效系数,获取第i分区供水管路能效系数;通过第i分区控制的灌溉面积、第i分区水泵能效系数以及第i分区供水管路能效系数,得到滴灌系统能效系数GEE:
GEEi=PEEi×SEEi;
其中,Sti为第i分区控制的灌溉面积,PEEi为第i分区水泵能效系数,SEEi为第i分区供水管路能效系数,i为样点数,指代的是灌溉区域中的任一分区。在上述滴灌系统能效系数的公式中,基于灌溉区域中的所有分区得到滴灌系统能效系数。
可选地,获取第i分区水泵能效系数,包括:
获取第i分区灌水时水泵实际提水功率;获取第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率;
通过第i分区灌水时水泵实际提水功率与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率得到第i分区水泵能效系数PEEi:
其中,Phi为第i分区灌水时水泵实际提水功率;P实i为第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率。
可选地,获取第i分区供水管路能效系数,包括:
获取支管出口处设定工作水位,获取水泵安装高程以及获取第i分区灌水时水泵出水端扬程;
通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到第i分区供水管路能效系数SEEi:
ΔWHi=WHDi-Z泵;
其中,WHDi为支管出口处设定工作水位,Z泵为水泵安装高程,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。
可选地,获取支管出口处设定工作水位,包括:
获取第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积,获取第i分区第j个支管进水口高程,获取第i分区第j个支管进水口设定工作压力;
通过第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积、第i分区第j个支管进水口高程以及第i分区第j个支管进水口设定工作压力得到支管出口处设定工作水位WHDi:
其中,Sij为第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积;Zij为第i分区第j个支管进水口高程;Hdij为第i分区第j个支管进水口设定工作压力。
获得上述部分数据,对滴灌系统能效系数进行计算,本发明实施例将滴灌系统能效系数分为水泵的能效系数与供水管路的能效系数。
作为一种示例,计算方法如下:
计算第i分区水泵能效系数PEEi:
式中:Phi为第i分区灌水时水泵实际提水功率,单位可以为kW;P实i为第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率,单位可以为kW。
式中:Z泵为水泵安装高程,Z水为水源水位的高度。H泵i为为第i分区灌水时水泵实际提水扬程。H水i为第i个分区灌溉时水源水位的高度,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。Q干i为水泵出水端的流量。
H水i与H出i可以通过安装在水源的水位监测仪表测量得到。H上i为水泵安装高程低于水源水位的高度时的水源水位高度。ρ水为水的密度,为1000kg/m3;g为9.8N/kg;。水泵的实际提水扬程H泵i可以通过水泵进液口的压力、出液口的压力、液体进入水泵时的进出口高度以及液体的密度进行计算。可以通过在水泵的出水端与进水端分别安装远传压力表记录水泵出水端的压力,通过在水泵的出水端安装电磁流量计,计算水泵出水端的流量Q干i,水的密度与重力加速已知,结合上述计算方法及公式可以计算出水泵的实际提水功率Phi。第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率P实i可以通过实际测定得到。在得到第i分区灌水时水泵实际提水功率Phi与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率后P实i后,可以得到第i分区水泵能效系数PEEi。
计算第i分区供水管路能效系数SEEi:
式中:ΔWHi为支管出口处设定工作水位WHDi和水泵安装高程Z泵之差;H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程;Sij为第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积;Zij为第i分区第j个支管进水口高程;Hdij为第i分区第j个支管进水口设定工作压力,通常取值为4~10m。
作为一种示例,支管出口处设定工作水位WHDi在进行滴灌时既已知,水泵安装高程Z泵是指水泵进水口中心线距离水源的最大高度差,该高度差可以通过实际测量获得。
本发明实施例提供的方法对滴灌的区域进行划分,分成若干个不同的分区,对不同的分区进行实验,通过测试若干个分区内滴灌系统的性能,进而对整个系统的滴灌性能进行评价。避免了相关技术中滴灌系统能效测试时忽视各分区间能效差异,进而导致获得的评价结果偏差较大的问题。
作为一种示例,本发明实施例提供一种获取第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积Sij;第i分区第j个支管进水口高程Zij以及第i分区第j个支管进水口设定工作压力Hdij的方法,示例如下所示:
本发明实施例将进行滴灌的区域进行划分,划分为若干个分区,并对若干个分区进行编号,以方便对检测数据的统计和监测。编号可以从1开始,一直编号至i,其中,i为样点数,根据划分的分区进行确定。
在滴灌系统的首部安装能耗监测仪,用于检测水泵的实时功率P实,并对检测的数据进行记录。能耗监测仪的精度可以为0.1%-0.4%。本实施例选取精度为0.2%的能耗监测仪。
通过水泵将水源的输送至滴灌的管路进行滴灌,滴灌时,记录灌溉过程中水源水位的变化,记作H水i。可以理解的是水泵的选型有多个,例如位于水源上方的水泵,这种水泵的安装高程高于水源水位的安装高程。因此,当使用安装高程高于水源水位的水泵时,可以在水源处安装水位监测仪表,每隔一段时间监测并记录水位的变化。当选用潜水泵,即水泵位于水源的下端,此时水泵的安装高程低于水源水位,该情况下的水位可以记作H上i,此时可以在水泵的进水端安装远传压力表,通过远传压力表记录水泵的出水端压力,可以记作H出。并在水泵的出水端安装电磁流量计,每隔一段时间记录水泵出水端的流量,可以记作Q干。
可以理解的是滴灌是将具有一定压力的水,过滤后经过多个管道形成的管网以及出水管道形成的滴灌带对需要灌溉的区块进行灌溉。因此,滴灌系统中有多个支管,通过多个支管对灌溉区域进行滴灌。
上述提及将灌溉的区域划分为若干个分区,并进行编号。对灌溉系统中每个分区的支管进行编号,编号记为ki,ki为每个分区支管的个数。通过测量尺或GPS测量仪测量第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积Sij。通过测量尺或GPS测量仪测量第i分区控制的灌溉面积Sti;通过GPS测量仪测定第i分区第j个支管进水口高程Zij。通过上述实施例获得第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积Sij、第i分区控制的灌溉面积Sti、第i分区第j个支管进水口高程Zij,得到第i分区供水管路能效系数SEEi。
通过第i分区供水管路能效系数SEEi与第i分区水泵能效系数PEEi得到系统能效系数GEE:
GEEi=PEEi×SEEi
通过系统能效系数GEE对滴灌系统进行评价。
可选地,本发明实施例提供了一种评价示例,根据计算出的GEE对系统能效进行评价,评价如下所示:
当GEE>50%时,评价等级为“优秀”;
当40%<GEE≤50%时,评价等级为“良好”;
当30%<GEE≤40%时,评价等级为“一般”;
当GEE≤30%时,评价等级为“差”。
(二)获取滴灌系统灌水分布均匀性系统
可选地,滴灌系统性能评价参数包括灌水分布均匀性系数,获取灌水分布均匀性系数,包括:
获取第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数;
通过第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数得到灌水分布均匀性系数Cuwt:
其中,Cuwi为第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数。
可选地,获取第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数,包括:
获取灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差,通过灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差得到所述第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数Cuwi:
可选地,获取第i区块内实际灌水均匀系数,包括:
获取第i灌水单元田间实测的各灌水器流量,获取第i灌水单元出流量较小的1/4灌水器的平均流量;
本发明实施例提供一种示例,对上述公式中涉及到的参数获取方式进行描述,示例如下:
选择灌水分区,如图2所示,本发明实施例提供的灌溉分区划分为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O共计15个分区,并在上述15个分区内选择三个分区作为灌溉测试的灌水分区。本实施例中选择A分区、H分区以及O分区作为灌水分区进行测试。如图1中的A分区、H分区以及O分区的虚线所示,将选中的灌水分区分为4个灌水单元。A分区选取第一个灌水单元进行实验,H分区选取第一个灌水单元进行实验,O五分区选取第一个灌水单元进行实验。
以选取的A分区第一个灌水单元为例:如图3所示,在灌水单元内,沿支管1方向等间距选择毛管2,毛管2的数量不做具体限定,可以是3个、4个、5个等。本实施例选取的毛管是5个。在各毛管2上等间距选择若干个位置,例如4-6个等,本实施例提供的位置是5个。并在每个位置选择一个灌水器,并在灌水器正下方开挖直径为16cm-20cm、高度为16cm-20cm的坑,用以放入直径15cm、高度15cm的水桶3。在选定灌水器附近位置处安装精密压力表4,其中可以选择精度为0.4%的压力表,压力表的精度不做限定。用精密压力表4测定灌水过程中灌水单元内压力分布。
安装时,由于部分毛管2的直径通常较小,不便于安装精密压力表4,因为,本发明实施例还提供了一种用于上述方法中的压力表的安装方法。测试时先将毛管截断,截断处两端分别连接螺纹旁通,通过在螺纹旁通连接上端口安装压力表。
灌水单元流量测定过程如下:
当灌水单元所在系统的分区开始灌水时,首先打开灌水单元所在支管进水口阀门,10min-15min后关闭阀门,以排出支管形成的官网中的气泡。排出官网中的气泡后将水桶放入已提前挖好的土坑中,使水桶平面与地面相平;开启灌水单元控制阀门,在灌水过程中记录每个灌水单元灌水器位置附近压力表读数P;灌水30min后关闭阀门,通过量筒对各灌水器在30min内出流量进行测试,并得到单位时间内灌水器流量q。
在每个灌水单元沿支管方向选取中间位置的一条滴灌带,从滴灌带上靠近支管一侧的中间位置及末端截取包含10个灌水器的短滴灌带,截取后将选取几条滴灌带在外部滴灌带测试平台上测定0.04、0.06、0.08、0.10和0.12MPa工作压力下的各滴头流量,测试时间为30min;测试时考虑到测试的精度和准确性,选用与滴灌系统中所用滴灌带相同但未经使用过的滴灌带,进行滴灌带压力流量关系测定。
利用上述得到的灌水器流量q,针对灌水单元,选用克里斯琴森均匀系数Cu(%)评价系统灌水均匀性。本实施例以选取的A分区第一个灌水单元为例:
式中:Cuw1为A分区第一个灌水单元计算能得到的克里斯琴森均匀系数,%;为灌水器流量平均偏差,L/h;qi为A分区第一个灌水单元田间实测的灌水器流量,L/h;为A分区第一个灌水单元灌水器平均流量,L/h;n为A分区第一个灌水单元所测灌水器个数,本实例中选取的灌水器的个数为25个。
参照A分区第一个灌水单元计算方法,对H分区第一个灌水单元以及O分区第一个灌水单元的灌水单元灌水克里斯琴森均匀性系数(分别为Cuw2和Cuw3)进行计算,之后可计算灌水分布均匀性系数Cuw:
根据计算出的灌水分布均匀性系数Cuwt对系统灌水均匀性进行评级:
当Cuwt>90%时,评价等级为“优秀”;
当80%<Cuwt≤90%时,评价等级为“良好”;
当65%<Cuwt≤80%时,评价等级为“一般”;
当Cuwt≤65%时,评价等级为“差”。
(三)获取肥料分布均匀性系数
可选地,滴灌系统性能评价参数包括肥料分布均匀性系数,获取肥料分布均匀性系数,包括:
获取第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数;通过第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到所述肥料分布均匀性系数Cuft:
其中,Cufi为第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数。
可选地,获取第i区块灌水克里斯琴森均匀系数,包括:
获取测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差;
通过测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差得到第i区块灌水克里斯琴森均匀系数Cufi:
在获取肥料分布均匀性系数时,需要先了解灌水单元内施肥装置的类型、施肥的种类、施肥量和施肥时长。了解施肥的类型、种类、施肥量有利于测试滴灌系统性能的测试。
考虑到硫酸铵具有较高的电导率以及较好的溶解性,本发明实施例优选用硫酸铵作为滴灌系统肥料均匀分布性系数获取的原料。当然,其他的肥料也可以使用,此处不做具体限定。
可选地,获取肥料溶液中肥料质量偏差,包括:
可选地,获取测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量,包括:
获取测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积,获取测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度,通过测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积与测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度得到测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量Mfk:
Mfk=ρ水VwkCfk;其中,ρ水为水的密度,1g/cm3;Vwk为测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积,cm3;Cfk为测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度,%。
测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积Vwk可以通过实验收集灌溉时的肥料,进行测量获得。测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度Cfk在配置肥料时通过计算肥料的质量,溶剂的质量,通过浓度=溶质质量/溶液质量获得。水的密度为1g/cm3。
作为一种示例,本发明实施例以硫酸铵作为肥料。硫酸铵可以快速溶解,硫酸铵水溶液电导率与质量浓度呈线性关系,解决了普通肥料(如尿素等)含量测试难度大的难题。通过选取硫酸铵可以快速准确得到肥料溶液种肥料浓度,进而对肥料分布均匀性进行评价。
分别称取0.5g、1g、1.5g、2g和4g硫酸铵,加灌溉水定容到1L容量瓶中,配置出肥料质量浓度Cf(%)为0.5%、1%、1.5%、2%和4%肥料溶液,利用电导率仪测定肥料溶液电导率值Ef(μS/cm),之后利用线性关系对浓度-电导率进行拟合,得到以下公式:
Cf=aEf+b
式中:a和b为拟合系数,Ef为肥料溶液电导率值。
获取肥料流量的过程可以通过以下方法获得:
当施肥单元所在系统分区开始灌水时,首先打开施肥单元所在支管1进水口阀门10,10min-15min后关闭阀门,以排出支管1形成的官网中的气泡;排出官网中的气泡后水桶3放入已提前挖好的土坑中,使水桶3平面与地面相平;开启施肥单元控制阀门,在施肥过程中记录每个施肥单元灌水器位置附近压力表读数P;灌水30min后关闭阀门,通过量筒对各施肥器在30min内出流量进行测试,并得到单位时间内施肥器流量q肥。
可以理解的是,施肥的过程中需要加入适量的水一同进行灌溉,在施肥的过程中,施肥时间一般比较短。当使用注肥泵进行施肥时,假定施肥浓度随时间不发生变化,选取部分施肥时段进行水量收集,设定时间为30min。设定水量收集时段结束时,关闭进水口控制阀门。通过量筒对收集的肥料进行测量,通过电导率仪测定各灌水器出流肥料溶液的电导率值,并利用已得到浓度-电导率关系式将其转化为硫酸铵浓度,通过公式Mfk=ρ水VwkCfk计算收集到的肥料总量。通过得到的肥料溶液中肥料质量偏差测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量可以得到第i区块灌水克里斯琴森均匀系数Cufi。通过第i区块灌水克里斯琴森均匀系数Cufi第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到系统肥料分布均匀性Cuft。
根据计算出的Cuft对系统肥料分布均匀性进行评价,本发明实施例提供了一种评价方法的示例:
当Cuft>80%时,评价等级为“优秀”;
当70%<Cuft≤80%时,评价等级为“良好”;
当60%<Cuft≤70%时,评价等级为“一般”;
当Cuft≤60%时,评价等级为“差”。
(四)获取滴灌系统全局分布均匀性系数
可选地,滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统全局分布均匀性系数,获取滴灌系统全局分布均匀性系数,包括:
获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性;
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到滴灌系统全局分布均匀性系数DUwt:
DUwt=DUwp×DUwm×DUwc;
其中,DUwp为压力偏差引起的系统分布不均匀性;DUwm为由制造偏差引起的系统分布不均匀性;DUwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性。
可选地,获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性,包括:
获取压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力平均值,获取全部灌水器计算出的压力平均值;通过压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力平均值与全部灌水器计算出的压力平均值获得由压力偏差引起的系统分布不均匀性:
可选地,获取压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力平均值,包括:
获取灌水器工作压力,获取灌水器流态指数;通过灌水器工作压力与灌水器流态指数得到灌水器压力-流量关系式,Q=kPx;通过灌水器压力-流量关系式得到压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力平均值。
其中,k为拟合系数;P为灌水器工作压力,MPa;x为灌水器流态指数。
通过拟合关系式Q=kPx可以得到在不同的流量下压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力值,通过上述压力值的综合除以在不同的流量下压力数据较小的1/4灌水器的个数即为压力数据较小的1/4灌水器计算出的压力平均值。全部灌水器计算出的压力平均值为通过拟合关系式Q=kPx得到在不同的流量下所有压力数据的灌水器的压力除以灌水器的个数。上述的压力的可以通过压力表或者远传压力表测得,流量可以通过电磁流量计等测量得到。
可以理解的是,滴灌系统由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由压力偏差引起的系统分布不均匀性可以通过实验测得。但是由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性不能单独测得。因此,本发明实施例将滴灌系统由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性合在一起进行测试,测试获得的结果为DUw(m+c)。
考虑到在进行灌溉时获得的压力与流量的数据由于测定过程多个因素的影响,获得的压力与流量的数据不精确。因此,本发明实施例通过获取不同长度的滴灌带,对该滴灌带在不同的压力条件下进行流量测试。考虑到测试的准确性,进行测试的滴灌带需是未曾使用过,但是与本实施例提供的系统的滴灌带相同的滴灌带。作为一种示例,可以将获取的滴灌带分别在0.04、0.06、0.08、0.10和0.12MPa工作压力下的各滴头流量;通过获得的流量与对应的压力数据获得流量与压力的关系。
通过上述获得的流量与压力的数据之间的关系,得到灌水器压力与流量的关系式。可以根据试验得到的流量对压力的变化敏感程度选取x为0-1之间。x越大,表明流量对压力的变化越敏感。
通过式:
可选地,获取滴灌系统全局分布均匀性系数之后,还包括:
获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子、由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子,由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子:
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子、由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子,由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子评价压力偏差、制造偏差以及灌水器堵塞或老化对滴灌系统的影响;
其中,Rwp为由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子,Rwm为由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子,Rwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子。
综上,可由上述方法得到系统全局分布均匀性系数,并得到不同因素对系统全局分布均匀性系数的影响。
以上是对每种性能评价参数的获取方式及对滴灌系统进行评价的方式,在本发明实施例中,滴灌系统性能评价参数包括上述至少两种性能评价参数,对于滴灌系统性能评价参数包括上述任意两种或多种性能评价参数的方式,可对上述各个性能评价参数进行任意组合,组合之后的获取方式可分别参见上述获取过程,本发明实施例在此不再一一赘述。
另一方面,本发明实施例提供了一种滴灌系统性能评价装置,该装置用于实施上述滴灌系统性能评价方法。如图4所示,该装置包括:
获取模块401,用于获取滴灌系统性能评价参数,性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;
评价模块402,用于通过滴灌系统性能评价参数对滴灌系统进行评价。
可选地,如图5所示,滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统能效系数,获取模块401,包括:
第一获取单元501,用于获取第i分区控制的灌溉面积;
第二获取单元502,用于获取第i分区水泵能效系数;
第三获取单元503,用于获取第i分区供水管路能效系数;
第四获取单元504,用于通过第i分区控制的灌溉面积、第i分区水泵能效系数及第i分区供水管路能效系数,得到滴灌系统能效系数GEE:
GEEi=PEEi×SEEi;
其中,Sti为第i分区控制的灌溉面积,PEEi为第i分区水泵能效系数,SEEi为第i分区供水管路能效系数,i为样点数。
可选地,滴灌系统性能评价参数包括灌水分布均匀性系数,获取模块401,包括:
第五获取单元505,用于获取第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数;
第六获取单元506,用于通过第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数得到灌水分布均匀性系数Cuwt:
其中,Cuwi为所述第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数。
可选地,滴灌系统性能评价参数包括肥料分布均匀性系数,获取模块401,包括:
第七获取单元507,用于获取第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数;
第八获取单元508,用于通过第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到所述肥料分布均匀性系数Cuft:
其中,Cufi为第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数。
可选地,滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统全局分布均匀性系数,获取模块401,包括:
第九获取单元509,用于获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性;
第十获取单元510,用于通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到滴灌系统全局分布均匀性系数DUwt:
DUwt=DUwp×DUwm×DUwc;
其中,DUwp为由压力偏差引起的系统分布不均匀性;DUwm为由制造偏差引起的系统分布不均匀性;DUwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性。
可选地,第二获取单元502,用于获取第i分区灌水时水泵实际提水功率;获取第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率;
通过第i分区灌水时水泵实际提水功率与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率得到第i分区水泵能效系数PEEi:
其中,Phi为第i分区灌水时水泵实际提水功率;P实i为第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率。
可选地,第三获取单元503,用于获取支管出口处设定工作水位;获取水泵安装高程以及获取第i分区灌水时水泵出水端扬程;
通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到第i分区供水管路能效系数SEEi:
ΔWHi=WHDi-Z泵;
其中,WHDi为支管出口处设定工作水位,Z泵为水泵安装高程,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。
可选地,第三获取单元503,用于获取第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积,获取第i分区第j个支管进水口高程,获取第i分区第j个支管进水口设定工作压力;
通过第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积、第i分区第j个支管进水口高程以及第i分区第j个支管进水口设定工作压力得到支管出口处设定工作水位WHDi:
其中,Sij为第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积;Zij为第i分区第j个支管进水口高程;Hdij为第i分区第j个支管进水口设定工作压力。
可选地,第五获取单元505,用于获取灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差,通过灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差得到第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数Cuwi:
可选地,第七获取单元507,用于获取测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差;
通过测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差得到第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数Cufi:
可选地,第九获取单元509,用于获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子、由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子,由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子:
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子、由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子以及由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子评价压力偏差、制造偏差以及灌水器堵塞或老化对滴灌系统的影响;
其中,Rwp为由压力偏差引起的系统分布不均匀性对滴灌系统的影响因子,Rwm为由制造偏差引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子,Rwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统不均匀性对滴灌系统的影响因子。
本发明实施例将滴灌系统能效系数分解为水泵能效系数和供水管路能效系数进行计算,可以定量评价水泵能效及系统供水管路的输水能效,并明确滴灌系统中不同灌水分区的能效值高低,为优化系统能效系数提供支撑。本发明实施例提出了滴灌系统水肥分布均匀性测定方法,实现系统灌水与肥料分布均匀性的定量评价。本发明实施例提出将滴灌系统全局分布均匀性系数进行分解,通过评价由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到滴灌系统全局分布均匀性系数。对系统中可能影响系统性能的因素都进行了分析,使评价结果更加准确。
上述所有可选技术方案,可以采用任意结合形成本公开的可选实施例,在此不再一一赘述。
以上仅为本发明的说明性实施例,并不用以限制本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种滴灌系统性能评价方法,其特征在于,所述方法包括:
获取滴灌系统性能评价参数,所述性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种,其中,通过第i分区控制的灌溉面积、第i分区水泵能效系数以及第i分区供水管路能效系数,得到滴灌系统能效系数;通过第i分区灌水时水泵实际提水功率与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率得到第i分区水泵能效系数;通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到第i分区供水管路能效系数;通过第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积、第i分区第j个支管进水口高程以及第i分区第j个支管进水口设定工作压力得到支管出口处设定工作水位;
通过第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数得到灌水分布均匀性系数;通过灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差得到第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数;通过灌水单元田间实测的灌水器流量和灌水器的个数,获得灌水器的平均流量和灌水器流量平均偏差;
通过第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到肥料分布均匀性系数;通过测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差得到第i区块灌水克里斯琴森均匀系数;通过测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量与水桶收集肥料溶液中肥料平均质量得到获取肥料溶液中肥料质量偏差;通过测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积与测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度得到测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量;通过每个水桶收集的肥料溶液质量之和除以水桶的个数获得水桶收集肥料溶液中肥料平均质量;
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到滴灌系统全局分布均匀性系数;
通过所述滴灌系统性能评价参数对所述滴灌系统进行评价;
所述通过所述滴灌系统性能评价参数对所述滴灌系统进行评价之后,还包括:
获得评价结果,通过评价结果对滴灌系统进行性能改进;
所述滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统能效系数;
获取第i分区供水管路能效系数;
基于第i分区供水管路能效系数,确定所述滴灌系统能效系数GEE;
所述获取第i分区供水管路能效系数,包括:
获取支管出口处设定工作水位,获取水泵安装高程以及获取第i分区灌水时水泵出水端扬程;
通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到所述第i分区供水管路能效系数SEEi:
ΔWHi=WHDi-Z泵;
其中,WHDi为支管出口处设定工作水位,Z泵为水泵安装高程,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。
5.根据权利要求1所述滴灌系统性能评价方法,其特征在于,所述滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统全局分布均匀性系数,获取所述滴灌系统全局分布均匀性系数,包括:
获取由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性;
通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到所述滴灌系统全局分布均匀性系数DUwt:
DUwt=DUwp×DUwm×DUwc;
其中,DUwp为由压力偏差引起的系统分布不均匀性;DUwm为由制造偏差引起的系统分布不均匀性;DUwc为由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性。
9.一种滴灌系统性能评价装置,所述装置包括:
获取模块,用于获取滴灌系统性能评价参数,所述性能评价参数包括滴灌系统能效系数、滴灌系统灌水分布均匀性系数、滴灌系统肥料分布均匀性系数以及滴灌系统全局分布均匀性系数中的至少两种;其中,通过第i分区控制的灌溉面积、第i分区水泵能效系数以及第i分区供水管路能效系数,得到滴灌系统能效系数;通过第i分区灌水时水泵实际提水功率与第i分区灌水时能耗监测仪测定的水泵实际耗电功率得到第i分区水泵能效系数;通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到第i分区供水管路能效系数;通过第i分区第j个支管进水口控制的灌溉面积、第i分区第j个支管进水口高程以及第i分区第j个支管进水口设定工作压力得到支管出口处设定工作水位;通过第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数得到灌水分布均匀性系数;通过灌水器平均流量以及灌水器流量平均偏差得到第i区块内灌水克里斯琴森均匀系数;通过灌水单元田间实测的灌水器流量和灌水器的个数,获得灌水器的平均流量和灌水器流量平均偏差;通过第i区块内肥料克里斯琴森均匀系数得到肥料分布均匀性系数;通过测定时段内第i区块收集肥料溶液中肥料质量以及肥料溶液中肥料质量偏差得到第i区块灌水克里斯琴森均匀系数;通过测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量与水桶收集肥料溶液中肥料平均质量得到获取肥料溶液中肥料质量偏差;通过测定时段内第k个水桶收集到肥料溶液的体积与测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量浓度得到测定时段内第k个水桶收集肥料溶液中肥料质量;通过每个水桶收集的肥料溶液质量之和除以水桶的个数获得水桶收集肥料溶液中肥料平均质量;通过由压力偏差引起的系统分布不均匀性、由制造偏差引起的系统分布不均匀性以及由灌水器堵塞或老化引起的系统分布不均匀性得到滴灌系统全局分布均匀性系数;
评价模块,用于通过所述滴灌系统性能评价参数对所述滴灌系统进行评价;
获得模块,用于获得评价结果,通过评价结果对滴灌系统进行性能改进;
所述滴灌系统性能评价参数包括滴灌系统能效系数;
所述获取模块,还用于获取第i分区供水管路能效系数;
确定模块,用于基于第i分区供水管路能效系数,确定所述滴灌系统能效系数GEE;
所述获取模块,还用于获取支管出口处设定工作水位,获取水泵安装高程以及获取第i分区灌水时水泵出水端扬程;通过支管出口处设定工作水位,水泵安装高程以及第i分区灌水时水泵出水端扬程得到所述第i分区供水管路能效系数SEEi:
ΔWHi=WHDi-Z泵;
其中,WHDi为支管出口处设定工作水位,Z泵为水泵安装高程,H出i为第i分区灌水时水泵出水端扬程。
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