田间标定的水力反馈用于优化棉花滴灌管网中的轮灌分组

《Scientific Reports》：Field-calibrated hydraulic feedback for optimizing rotational irrigation grouping in cotton drip-irrigation networks

　　

摘要

轮灌分组会改变管网流路径和末端压力；因此，经验分组或额定流量平衡可能无法保证水力可行性。针对中国新疆的一个自动化棉花滴灌系统，我们将田间校准的 EPANET 模型与 CP-SAT 求解器结合，构建了一个闭环系统。短管组和长管组的特定最低运行压力水头是根据田间压力 - 流量响应推导得出的。CP-SAT 生成了候选分组，需满足固定分组大小、出水口与栓阀互斥、支管负荷平衡以及高风险单元分散等条件。EPANET 检查每个分组，每一个完全不可行的九单元组合在重新优化前都作为否定约束返回。校准后，模型的 MAE、RMSE 和 \(R^2\) 分别为 0.264 米、0.346 米和 0.842；匹配条件下的留出验证结果分别为 0.391 米、0.488 米和 0.727。采用的压力水头对于短管组为 4.6 米，对于长管组为 4.9 米。所有 19 个最终分组在稳态水力模拟中均满足采用的特定类型压力标准，而田间测试组达到了 97.22% 的压力达标率。田间测试组的滴头流量变异系数、克里斯蒂森均匀度系数和低四分之一分布均匀度分别为 8.06%、93.02% 和 89.58%。在观测到的运行条件下，反馈机制移除了额定负荷平衡所遗漏的低压组合。