張 林 惠 鑫 陳俊英

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100)

0 引言

噴灑水滴直徑及打擊動(dòng)能是噴灌系統(tǒng)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[1-3]，水滴直徑較小時(shí)，噴灌水滴受風(fēng)的影響較大，易蒸發(fā)，從而影響灌溉質(zhì)量；水滴直徑過大，落地時(shí)的打擊動(dòng)能較大，易導(dǎo)致土壤表面結(jié)皮，影響土壤水分入滲，促進(jìn)地表產(chǎn)流，造成水、土、肥流失。因此，研究噴灑水滴及打擊動(dòng)能分布規(guī)律，對(duì)噴頭開發(fā)和噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要作用。

目前，水滴直徑測(cè)試手段越來越先進(jìn)，已由過去的面粉法、濾紙色斑法、浸入法和照相法發(fā)展到現(xiàn)在的激光雨滴譜儀法[4-6]。隨著技術(shù)進(jìn)步，不僅能實(shí)時(shí)記錄水滴直徑，而且還能同時(shí)獲得水滴速度和落地角度等更多水滴信息。利用水滴的這些信息，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)噴灑水滴直徑分布和打擊動(dòng)能問題進(jìn)行了大量研究，重點(diǎn)分析了影響水滴直徑分布的關(guān)鍵因素，指出工作壓力對(duì)水滴直徑分布影響最大[7]。針對(duì)不同類型噴頭，建立了水滴直徑與工作壓力、噴頭轉(zhuǎn)速、噴嘴直徑和噴頭距離等之間的函數(shù)關(guān)系[8-9]。并依據(jù)單噴頭水滴運(yùn)動(dòng)特性，總結(jié)出水滴直徑、速度及落地角度沿射程分布的規(guī)律[10-11]，揭示了噴灑水滴形成機(jī)理[12]。在噴灑水滴打擊動(dòng)能方面，研究了水滴打擊動(dòng)能的空間分布及影響因素，建立了水滴動(dòng)能強(qiáng)度分布與噴嘴形狀等因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系[13-16]。分析了噴灑水滴打擊動(dòng)能對(duì)土壤表面結(jié)構(gòu)的破壞程度，得出土壤入滲能力隨著水滴打擊動(dòng)能的增大而降低的結(jié)論[17-18]。前人的研究對(duì)噴頭開發(fā)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)都具有重要作用，然而以往研究主要集中于平地噴灌，對(duì)坡地噴灌研究相對(duì)較少。受地形影響，坡地噴灌更易產(chǎn)生地表徑流，造成土壤侵蝕。因此，坡地噴灌水滴直徑及動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律研究對(duì)于坡地噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義。

本文以農(nóng)田灌溉中常用的雨鳥LF1200型噴頭為研究對(duì)象，在室內(nèi)無風(fēng)條件下，應(yīng)用視頻雨滴譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同坡度下水滴直徑和速度等信息，研究不同坡度下水滴平均直徑及直徑頻率沿射程方向的變化規(guī)律，分別建立平均直徑、速度與坡度等之間的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，提出無風(fēng)條件下坡地噴灌打擊動(dòng)能強(qiáng)度計(jì)算模型，并應(yīng)用模型重點(diǎn)分析不同噴頭布置方式、間距和坡度對(duì)組合噴頭打擊動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院灌溉水力學(xué)實(shí)驗(yàn)廳進(jìn)行。試驗(yàn)裝置由雨鳥LF1200型噴頭(噴嘴直徑2.18 mm，噴射仰角17°，工作壓力范圍170～410 kPa)、視頻雨滴譜儀(Two-dimensional video disdrometer,2DVD)、壓力傳感器(西安新敏CYB型，量程0～500 kPa，精度0.1%)、變頻恒壓供水節(jié)能控制柜、加壓泵、不銹鋼水箱、PVC管、閥門以及其它必需的試驗(yàn)設(shè)備等組成，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Diagram of experimental setup1.噴頭 2.壓力傳感器 3.噴頭支架 4.流量計(jì) 5.壓力調(diào)節(jié)閥 6.視頻雨滴譜儀 7.電源線 8.數(shù)據(jù)線

1.2 試驗(yàn)方法

雖然噴頭工作壓力是影響噴灑水滴直徑的重要因素之一，但是在實(shí)際噴灌工程建設(shè)時(shí)，為了保證噴灌系統(tǒng)灌溉質(zhì)量，噴頭設(shè)計(jì)工作壓力一般采用噴頭額定工作壓力(通常由廠家給出)。由于本文重點(diǎn)研究地形坡度對(duì)噴灑水滴直徑和動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響，所以噴頭工作壓力采用廠家推薦值300 kPa。地形坡度設(shè)置3個(gè)水平，分別是0、0.1和0.2，為了下文敘述方便，用坡度的正值表示下坡，負(fù)值表示上坡，0表示平坡，即：平坡、坡度為0.1的上坡和下坡、坡度為0.2的上坡和下坡，分別用0、-0.1、0.1、-0.2和0.2表示。由于在室內(nèi)通過人為手段模擬坡面，并把視頻雨滴譜儀(質(zhì)量達(dá)80 kg)直接放到坡面上來獲取水滴信息十分困難，所以試驗(yàn)過程中通過改變噴頭安裝高度和視頻雨滴譜儀位置來調(diào)節(jié)兩者之間的相對(duì)高差和水平距離，模擬視頻雨滴譜儀在坡面上不同的位置，進(jìn)而測(cè)試坡面上不同位置處的噴灌水滴直徑和速度。從距離噴頭1 m處到噴灑水流射程范圍內(nèi)，以1 m間距(坡面距離)測(cè)定各個(gè)位置上的水滴直徑和速度，并控制每個(gè)測(cè)點(diǎn)收集不少于10 000個(gè)水滴[19]。

噴灑范圍內(nèi)即使是同一位置處，其水滴直徑變化范圍也較大，通常采用平均水滴直徑來表示不同位置處的水滴大小。常用的計(jì)算水滴直徑的方法有：個(gè)數(shù)加權(quán)平均法、體積加權(quán)平均法和中數(shù)直徑法。有學(xué)者對(duì)這3 種方法進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)體積加權(quán)平均法計(jì)算的水滴直徑沿射程變化規(guī)律能更好地符合實(shí)際[20]，其計(jì)算公式為

(1)

dm——測(cè)試點(diǎn)測(cè)得水滴對(duì)應(yīng)的水滴直徑，mm

n——測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的水滴個(gè)數(shù)

通過2DVD可直接測(cè)得單個(gè)水滴的垂直速度vt以及在水平方向上相互垂直的2個(gè)水平速度vh1和vh2，則水滴的合速度v計(jì)算公式為

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡度下水滴直徑沿射程分布

圖2給出了不同坡度下水滴平均直徑沿射程分布情況。從圖中可以看出，不同坡度下水滴平均直徑隨著與噴頭距離的增大而增大，并且在射程末端達(dá)到最大。但是與噴頭距離小于6 m時(shí)，不同坡度下水滴平均直徑的差異較??；當(dāng)與噴頭距離大于6 m時(shí)，不同坡度下水滴平均直徑的差異變大。在與噴頭相同距離時(shí)，水滴平均直徑隨著坡度增大而減小。

圖2 不同坡度下水滴平均直徑沿射程分布Fig.2 Distribution of average droplet diameter along spray direction under different slopes

表1 不同坡度下水滴平均直徑與與噴頭距離的指數(shù)關(guān)系式及R2Tab.1 Exponential relationships between average droplet diameter and distance from sprinkler under different slopes and their R2 values

從表1可以看出，系數(shù)a隨著坡度的減小而減小，系數(shù)b隨著坡度的減小而增大，系數(shù)a和b與坡度i呈較好的線性關(guān)系

a=0.29i+0.43 (R2=0.88)

(3)

b=0.21-0.19i(R2=0.95)

(4)

(5)

平均直徑只能從宏觀上反映水滴直徑沿射程的變化關(guān)系，為了進(jìn)一步分析水滴直徑分布規(guī)律，圖3給出了不同坡度下水滴直徑沿射程頻率分布情況。從圖中可以看出，當(dāng)與噴頭坡面距離為1 m時(shí)，不同坡度下水滴直徑的分布極為相似，主要以小直徑為主，直徑小于0.5 mm的水滴個(gè)數(shù)均占到90%以上，說明噴頭附近的水滴直徑分布與坡度關(guān)系不明顯，僅與噴頭本身的性能有關(guān)。當(dāng)與噴頭坡面距離增加到3 m時(shí)，不同坡度下水滴直徑分布開始發(fā)生變化，小直徑水滴數(shù)量減少，大直徑水滴數(shù)量增多。在平地上噴灑時(shí)，水滴直徑基本在0～1.0 mm范圍內(nèi)，其中小于0.5 mm和0.5～1.0 mm水滴數(shù)量相當(dāng)，對(duì)應(yīng)的水滴頻率均為46%。在坡地上噴灑時(shí)，在上坡方向，小于0.5 mm水滴數(shù)量大于0.5～1.0 mm水滴數(shù)量，且隨著坡度的逐漸增大，小于0.5 mm水滴數(shù)量不斷增多，0.5～1.0 mm水滴數(shù)量不斷減少。而下坡方向的情況恰好相反，這與與噴頭的絕對(duì)距離有關(guān)，與噴頭的絕對(duì)距離越小，小水滴數(shù)量越多。隨著與噴頭坡面距離的繼續(xù)增加，水滴直徑分布范圍繼續(xù)擴(kuò)大，當(dāng)與噴頭坡面距離為5 m時(shí)，水滴直徑范圍擴(kuò)大至2.0 mm，不同坡度下水滴直徑分布均大致呈“正態(tài)分布”趨勢(shì)，即中間高，兩邊低，其中0.5～1.0 mm的水滴所占比例最大，不同坡度下該范圍的水滴頻率均達(dá)到50%以上，且小于0.5 mm的水滴數(shù)量大于1.0～1.5 mm的水滴數(shù)量。當(dāng)與噴頭坡面距離進(jìn)一步增大到7 m時(shí)，水滴直徑分布范圍擴(kuò)大至2.5 mm，未達(dá)到射程末端的其余不同坡度下的水滴直徑分布雖然仍呈“正態(tài)分布”趨勢(shì)，但其峰值減小，呈壓扁態(tài)勢(shì)。當(dāng)與噴頭坡面距離增加到射流末端時(shí)，水滴直徑分布范圍達(dá)到最大，為3.5 mm，小水滴(小于0.5 mm)數(shù)量急劇增多，大水滴數(shù)量急劇減少，但不同坡度下最大水滴直徑都出現(xiàn)在射程末端。

圖3 不同坡度下水滴直徑沿射程頻率分布Fig.3 Frequency distributions of droplet diameter along spray direction under different slopes

圖4 不同坡度下水滴速度與直徑的關(guān)系Fig.4 Relationships between droplet velocity and diameter under different slopes

2.2 不同坡度下水滴速度與直徑的關(guān)系

速度是水滴信息中的重要參數(shù)，是衡量水滴打擊動(dòng)能的關(guān)鍵指標(biāo)。圖4給出了不同坡度下沿射程不同位置處噴灑水滴速度與直徑的關(guān)系。從圖中可以直觀地看出，水滴速度與直徑的關(guān)系可以分為2個(gè)階段，第1階段，當(dāng)水滴直徑小于0.5 mm時(shí)，水滴速度隨著直徑的增大呈減小趨勢(shì)；第2階段，當(dāng)水滴直徑大于0.5 mm時(shí)，水滴速度隨著直徑的增大呈增大趨勢(shì)。但是，由于不同坡度下，直徑小于0.5 mm且速度大于4 m/s的水滴個(gè)數(shù)與直徑小于0.5 mm所有水滴個(gè)數(shù)比例均不到3%，水滴速度與直徑在第1階段的關(guān)系不占主要地位，這種關(guān)系可以忽略。因此，總體而言，不同坡度下水滴速度均隨水滴直徑的增大呈增大趨勢(shì)，且符合對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，可用公式v=plnd+q來表示，其中d為水滴直徑，mm；p和q均為相應(yīng)系數(shù)。

表2給出了不同坡度下水滴速度與水滴直徑的對(duì)數(shù)關(guān)系式及R2。從表2中可以看出，系數(shù)p和q均隨著坡度的增大而增大，并呈較好的線性關(guān)系，且決定系數(shù)均不小于0.95，通過統(tǒng)計(jì)回歸分析得出系數(shù)p和q分別與坡度i的關(guān)系式為

p=1.01i+1.65 (R2=0.99)

(6)

q=0.84i+3.58 (R2=0.95)

(7)

將式(6)、(7)代入v=plnd+q中，可以得出水滴速度v與直徑d及坡度i的關(guān)系式為

v=(1.01i+1.65)lnd+0.84i+3.58

(8)

表2 不同坡度下水滴速度與直徑的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系式及R2Tab.2 Logarithmic relationships between droplet velocity and diameterunder different slopes and their R2 values

2.3 不同坡度下噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度分布

2.3.1動(dòng)能強(qiáng)度計(jì)算

動(dòng)能強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)測(cè)點(diǎn)處的動(dòng)能，它是反映噴灌系統(tǒng)降水能量分布、預(yù)測(cè)地表徑流的重要參數(shù)，其值取決于噴灑水滴的直徑、速度和噴灌強(qiáng)度，計(jì)算式[19]為

(9)

式中Wj——與噴頭不同距離測(cè)點(diǎn)處的打擊動(dòng)能強(qiáng)度，W/m2

vm——第m個(gè)水滴速度，m/s

ρ——水的密度，kg/m3

j——與噴頭不同距離的測(cè)點(diǎn)

2.3.2動(dòng)能強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析

利用各測(cè)點(diǎn)處實(shí)測(cè)的水滴直徑和速度及噴灌強(qiáng)度數(shù)據(jù)，通過式(9)可獲得各測(cè)點(diǎn)處噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值。另外，已知地形坡度和測(cè)點(diǎn)位置，通過本文提出的水滴平均直徑與至噴頭距離的關(guān)系式(5)，可計(jì)算出測(cè)點(diǎn)處的水滴平均直徑，將水滴平均直徑代入本文提出的水滴速度與直徑的關(guān)系式(8)，可計(jì)算出水滴平均直徑相對(duì)應(yīng)的速度，然后應(yīng)用文獻(xiàn)[21]中提出的坡地噴灌水量分布計(jì)算模型，計(jì)算出該測(cè)點(diǎn)處的噴灌強(qiáng)度，最后把測(cè)點(diǎn)處水滴平均直徑、速度和噴灌強(qiáng)度的計(jì)算值代入式(9)，便可模擬出測(cè)點(diǎn)處噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度。

圖5為噴頭工作壓力為300 kPa、坡度為0.2和-0.2時(shí)模擬的動(dòng)能強(qiáng)度沿射程分布與實(shí)測(cè)情況的對(duì)照?qǐng)D，以驗(yàn)證噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度模擬方法的正確性。從圖中可以看出，大部分動(dòng)能強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值比較接近，相對(duì)偏差在10%以內(nèi)，而有少部分模擬值與實(shí)測(cè)值偏差較大，超過15%，最大達(dá)到28%，這主要是因?yàn)檫@些測(cè)點(diǎn)處的噴灑水滴平均直徑、速度或者噴灌強(qiáng)度的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值出現(xiàn)較大偏差，但是總體而言，噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度模擬結(jié)果在一定程度上能夠比較準(zhǔn)確地反映動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律。

圖5 動(dòng)能強(qiáng)度沿射程分布的模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.5 Comparison of measured and simulated kinetic energy intensity distribution along spray direction

2.3.3單噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布

圖6 不同坡度下單噴頭噴灑水滴坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布Fig.6 Kinetic energy distributions for single sprinkler under different slopes

利用上述噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度模擬方法，計(jì)算出不同坡度下單噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布情況，如圖6所示。坐標(biāo)點(diǎn)(0,0)為噴頭位置。從圖中可以看出，不同坡度下，動(dòng)能強(qiáng)度高值區(qū)主要分布在噴頭附近和射程末端，且隨著坡度的增大，高值區(qū)在噴頭附近的范圍有所擴(kuò)大。上坡方向，與噴頭相同位置處的動(dòng)能強(qiáng)度隨坡度增加而增大，這主要是因?yàn)槠露仍黾?，上坡射程減小，噴灑濕潤(rùn)區(qū)隨之減小，導(dǎo)致噴灌水量不斷向上坡集中，所以與噴頭相同位置處噴灌強(qiáng)度也隨之變大。下坡方向，由于下坡射程隨著坡度增加而增大，噴灑濕潤(rùn)區(qū)不斷擴(kuò)大，致使噴灌水量在下坡方向分布變稀薄，與噴頭相同位置處噴灌強(qiáng)度也隨坡度增大而變小，所以導(dǎo)致其動(dòng)能強(qiáng)度也因此減小。

積極構(gòu)建以政治改造為統(tǒng)領(lǐng)的五大改造新格局，科學(xué)引領(lǐng)監(jiān)獄發(fā)展新實(shí)踐，把提高政治站位，堅(jiān)守安全底線，踐行改造宗旨的“總目標(biāo)”與“五大改造”新格局的“路線圖”，作為推進(jìn)新時(shí)代監(jiān)獄工作根本遵循，確保監(jiān)獄改造工作取得新成效。

2.3.4組合噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布

一個(gè)噴灌系統(tǒng)由很多噴頭組合而成，僅研究單噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布對(duì)工程實(shí)踐意義不大。因此，利用本文的噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度模擬方法，先計(jì)算出單噴頭動(dòng)能強(qiáng)度分布，然后再按照不同噴頭布置方式和間距對(duì)單噴頭數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，進(jìn)而獲得組合噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律，以期為坡地噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

(1)噴頭布置方式對(duì)坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響

圖7給出了坡度為0.1、噴頭間距為10 m(平地噴頭射程R)的正方形和三角形2種布置方式組合噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布情況。在正方形布置下，4個(gè)噴頭分別位于正方形4個(gè)頂點(diǎn)，如圖7a所示，其動(dòng)能強(qiáng)度分布呈十字花形，方形中部和4個(gè)角為動(dòng)能強(qiáng)

度高值區(qū)，其各點(diǎn)動(dòng)能強(qiáng)度均大于0.006 W/m2，高值區(qū)(大于0.006 W/m2)占整個(gè)噴灑區(qū)域的比例為52.9%，且上方2個(gè)噴頭之間均存在1個(gè)動(dòng)能強(qiáng)度低值區(qū)，其值都在0.004 W/m2左右。在三角形布置下，3個(gè)噴頭分別位于三角形3個(gè)頂點(diǎn)，如圖7b所示，高值區(qū)主要位于3個(gè)噴頭附近，其面積占整個(gè)噴灑區(qū)域的比例為40%，而其他區(qū)域各點(diǎn)動(dòng)能強(qiáng)度均在0.005 W/m2左右。三角形布置下的動(dòng)能強(qiáng)度分布比正方形布置的更為均勻，其動(dòng)能強(qiáng)度分布均勻系數(shù)[14]分別為90.8%和77.8%。因此，三角形布置對(duì)于減小噴頭打擊動(dòng)能強(qiáng)度具有一定作用，坡地噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足噴灌均勻性前提條件下，噴頭布置建議優(yōu)先考慮三角形布置方式。

(2)噴頭間距對(duì)坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響

圖8給出了坡度為0.1、三角形布置方式下不同噴頭間距對(duì)組合坡面噴頭動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響。

圖7 不同噴頭布置方式下組合噴頭噴灑水滴坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布Fig.7 Kinetic energy intensity distributions for combined sprinklers with different sprinkler layouts

圖8 不同噴頭間距下組合噴頭噴灑水滴坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布Fig.8 Kinetic energy intensity distributions for combined sprinklers with different sprinkler spacings

從圖中可以看出，隨著噴頭間距的增大，動(dòng)能強(qiáng)度分布越來越不均勻，4種間距(0.8R、R、1.2R和1.4R)下動(dòng)能強(qiáng)度分布均勻系數(shù)分別為94.9%、90.8%、74.2%和68.5%。當(dāng)噴頭間距為0.8R時(shí)，其動(dòng)能強(qiáng)度基本在0.005～0.006 W/m2之間。噴頭間距增大至R時(shí)，出現(xiàn)高值區(qū)，主要位于3個(gè)噴頭附近；隨著噴頭間距進(jìn)一步增大，高值區(qū)占整個(gè)噴灑區(qū)域的比例不斷減小，噴頭間距為R、1.2R和1.4R下高值區(qū)所占比例分別為40.0%、28.6%和10.8%，且高值區(qū)逐步向三角形區(qū)域的中心部位移動(dòng)。過高的動(dòng)能強(qiáng)度將對(duì)土壤表面帶來破壞，因此，從噴灑水滴打擊動(dòng)能角度考慮，對(duì)于雨鳥LF1200型噴頭在坡地應(yīng)用時(shí)選擇0.8R的間距比較適宜，這與文獻(xiàn)[21]從水量分布研究結(jié)果選取的噴頭間距相吻合。

(3)坡度對(duì)坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響

圖9給出了噴頭間距為1.2R、三角形布置方式下不同坡度對(duì)組合噴頭坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布的影響。從圖中可以看出，隨著坡度增大，動(dòng)能強(qiáng)度高值區(qū)由噴灑區(qū)域中心部位逐漸移向底部，這與不同坡度下單噴頭水量分布發(fā)生較大變化有關(guān)。3種坡度下(0、0.1和0.2)，其動(dòng)能強(qiáng)度高值區(qū)所占比例分別為27.1%、28.6%和28.6%，動(dòng)能強(qiáng)度分布均勻系數(shù)分別為74.3%、74.2%和73.4%，由此說明坡度變化對(duì)組合噴頭動(dòng)能強(qiáng)度分布影響不明顯。

圖9 不同坡地下組合噴頭噴灑水滴坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布Fig.9 Kinetic energy intensity distributions for combined sprinklers under different slopes

3 結(jié)論

(1)在室內(nèi)無風(fēng)條件下，利用視頻雨滴譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了不同坡度下噴灑水滴直徑和速度等信息，揭示了不同坡度下水滴平均直徑及直徑頻率沿射程方向的變化規(guī)律，分別建立了平均直徑、速度與坡度等因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。水滴平均直徑與噴頭距離呈較好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，水滴速度與直徑呈較好的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系。

(2)以水滴平均直徑、速度與坡度等之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為基礎(chǔ)，結(jié)合以往的坡地噴灌水量分布計(jì)算方法，提出了無風(fēng)條件下坡地噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度計(jì)算模型。將模擬的動(dòng)能強(qiáng)度與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)照，結(jié)果表明，大部分動(dòng)能強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值比較接近，相對(duì)偏差在10%以內(nèi)?？傮w而言，模擬結(jié)果在一定程度上能夠比較準(zhǔn)確反映噴灑水滴動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律。

(3)以雨鳥LF1200型噴頭為對(duì)象，應(yīng)用模型，分別研究了單噴頭和組合噴頭2種情況下的坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律。對(duì)于單噴頭而言，不同坡度下動(dòng)能強(qiáng)度高值區(qū)主要分布在噴頭附近和射程末端，且隨著坡度的增大，高值區(qū)在噴頭附近的范圍有所擴(kuò)大。在上坡方向，至噴頭相同位置處，坡度越大，其動(dòng)能強(qiáng)度越大，在下坡方向，結(jié)果反之。對(duì)于組合噴頭而言，隨著噴頭間距的增大，動(dòng)能強(qiáng)度分布越來越不均勻，且動(dòng)能強(qiáng)度高值區(qū)所占比例不斷減小，坡度變化對(duì)坡面動(dòng)能強(qiáng)度分布影響并不明顯，而三角形布置方式對(duì)于減小坡地噴灌打擊動(dòng)能強(qiáng)度具有一定作用。

(4)同時(shí)考慮打擊動(dòng)能強(qiáng)度和水量分布，在坡地噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)若選用雨鳥LF1200型噴頭，建議優(yōu)先采用三角形布置，且間距為0.8R(R為平地噴頭射程)。

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