平移式噴灌機行走速度及噴灌均勻度試驗探究

摘 要：本次試驗是為了研究低壓噴灌下噴灌機的行走速度以及噴灌均勻度對于土壤的影響。通過對自制的輕小型平移式噴灌機進行室內(nèi)單噴頭試驗以及田間噴灌試驗，探究在特定的灌水定額之下，該噴灌機的工作壓力與行走速度的關系，并且探究了水量分布、噴灌均勻度赫爾土壤含水量之間的關系。

關鍵詞：平移式噴灌機；行走速度；噴灌均勻度；試驗

1 試驗方法

所選的輕小型噴灌機采用Nelson D3000式藍色噴盤折式噴頭，噴嘴的直徑則為7.2mm，在相關的農(nóng)業(yè)研究基地進行單噴頭試驗。單噴頭試驗設置了30、50、100、130、150、180、200、230、250這9個目標壓力，采用稱重法對30s內(nèi)的噴頭噴灑水的重量進行測量，并且在每一個目標壓力上重復測量三次，取平均值。噴灌試驗在相關農(nóng)業(yè)研究基地的小麥試驗田之中進行。該試驗田以黏土為主，容量為1.42g/cm3。在試驗的過程之中，小麥田所處的環(huán)境平均溫度為6oC，平均風速為1.2m/s，風向主要為西南風。該實驗詞用的輕小型平移式噴灌機的跨度為24m，噴頭間距為3m，噴頭距地面的高度為1.2m，在噴頭的上方裝有西安儀表廠生產(chǎn)的壓力表。在試驗的過程之中，該噴灌機具有30m/h的行走速度，噴水量采用稱重法進行測量，雨量筒所擁有的直徑為9.72cm。突然的含水量采用TDR進行測量，測量厚度為15cm。

大田試驗主要設置40、60、80、100、120Kpa著5個噴灌壓力，在完成了噴灌之后，利用稱重法對噴頭所噴水的重量進行測量，并且在噴灌機行走方向上，取3個測點，進行測量，并取平均值。在噴灌之后的6h以及24h，對突然的含水量采用TDR進行測量，取噴灌機行走方向的平均值為含水率。

2 試驗結(jié)果

2.1 噴灌機行走的速度

噴灌機噴幅以及噴灌機的出流量在確定了壓力的情況之下，是定值，在這個時候平均灌水量和噴灌機的行走速度有著一定的函數(shù)關系。即，在一段時間之內(nèi)的灌水量可以由行走速度表示。首先：M=Qt=nqt（1）。M表示在t時間之內(nèi)噴灌機的灑水量；Q表示噴灌機的出流量；t表示灌溉持續(xù)時間；n表噴灌機的噴頭個數(shù)；q為一個噴頭的流量。而噴灌機在t時間內(nèi)的噴灑面積可以表示為：S=SLvt（2）。在該式中S表示噴灌機的噴灌面積；SL表示噴灌機的增幅；v表示噴灌機行走的速度。因此，在噴灌機具有一定的出流量時，噴灌機所噴灑的平均接收水量與速度成反比。因此，可以得出在噴灌機穩(wěn)定工作時平均灌水量的關系：m=M/S=1000nq/SLv（3）。該式子中，m表示噴灌機的一次灌水量。通過對試驗之中單噴頭流量壓力變化的情況進行分析，得出圖1，其中p為噴頭入口的壓力，因此進行相應的回歸分析可以得到單噴頭壓力與流量的關系式為：q=0，214 2p0.4818，R2=0.9998（4）。

通過式子（3）與（4）進行聯(lián)合，可以得出使用該噴灌機的一次灌水量的計算公式：m=214.2np0.4818/SLv（5）。該試驗中所使用的噴灌機具有30m/h的行走速度，在壓力為40-120KPa時，噴灌機的噴幅變化范圍為29-35m，有九個噴頭。通過對比式（5）的計算噴水利與雨量筒實測的噴水量，得到表1的結(jié)果。

從表1中可以看出，噴水量的計算值與實測值差異不大，說明采用公式計算的結(jié)果比較準確。因此可以對公式（5）進行變換，從而得到在灌水量一定的接觸上，噴灌機所行進的速度公式：v=214.2np0.4818/SLm（6）。因此，可以利用式（6）對不同的工作壓力之下，噴灌機灌水量一定時，噴灌機的移動速度。

2.2 土壤含水率均勻度以及噴灌均勻度的分析

土壤含水率均勻度以及噴灌均勻度可以通過克里斯琴森公式進行計算，公式為：Cu=1-，在該式中n為總測點的個數(shù)；xi表示第i個測點的降水量；x為第ns個雨量筒之中的平均水深，

通過對試驗中的噴灌和土壤含水率的均勻度變化圖圖2進行分析，可以看出，在40-120KPa的工作壓力之下，噴灌的均勻度和土壤水分的分布均勻度沒有太大的趨勢一同，均與壓力成正比。在同一個壓力之下，噴灌的均勻度以及土壤在6h、24h的含水率均勻度，也是依次增大的。

當噴灌機的工作壓力在40KPa時，Cu的值為0.695，噴灌機的均勻性比較差。而經(jīng)過土壤二次分布之后，可以看到水量的分布均勻性有明顯提高，在6h時，Cu為0.906，24h時Cu為0.953；在80KPa的壓力之下，初始的Cu=0.754，而在6h后24h之后，土壤的含水率分布均勻度達到了0.942以及0.974；在噴灌機的工作壓力達到了120KPa時，噴灌機的噴灌均勻度以及6h和24h的土壤含水率均勻度相比于40KPa時，噴灌均勻度有了比較大的增加，但是土壤含水率均勻度沒有太大變化。這是因為農(nóng)作物能夠?qū)⒅苯游盏乃洲D(zhuǎn)換成根區(qū)土壤之中的水分，從而將土壤的含水率均勻度提高。所以，在40KPa的壓力之下進行噴灌，也能夠達到與120KPa的壓力相同的效果。而利用低壓力工作，更加節(jié)能。

3 結(jié)束語

文章通過對噴灌機的灌水定額以及工作壓力公式的總結(jié)和計算，推算出了在已知灌水定額的情況下，計算給定壓力下噴灌機行走速度的公式。并且通過計算值與實際值的對比發(fā)現(xiàn)，兩者的差異不是非常明顯，這說明可以通過有效計算得出噴灌機的行走速度。其次，通過試驗圖標和數(shù)據(jù)的分析可以知道，在不同的壓力之下，水量的分布趨勢一致，在靠近噴灑支管外端，噴灑水量比較低，與其他位置有著顯著差異。而受到噴灌水量分布的影響，在6h的時候，噴灑支管外端土壤的含水率會有所降低，但是在24h時，土壤的含水率分布沒有明顯的差異，并且各個地方的含水率分布逐漸趨向一致。因此，通過以上的實驗和數(shù)據(jù)可以說明，在較小的工作壓力下，雖然噴灌的均勻度較低，但是水分通過土壤之中作物的作用，可以進行再分布，從而使土壤的含水率均勻度達到較高的水平。作物也能夠?qū)Ω鶇^(qū)土壤之中的水分進行有效的吸收，所以，采用低工作壓力進行噴灌不僅能夠達到與高壓力相同的效果，還能夠節(jié)省能源，降低運行成本，為資源保護做出貢獻。