灌水技术参数优化
地面灌溉技术参数的优化是一个很复杂的问题，迄今为止尚没有令人满意的确定方法。本章试图把地面灌溉水流运动模拟模型与灌水技术参数优化模型相结合，编制地面灌溉水流运动模拟与灌水技术参数优化为一体的地面灌溉技术参数优化程序。
（一）灌水效果评价指标
灌溉实践中常用的地面灌溉灌水效果评价指标有灌水效率Ea、储水效率Es和灌水均匀度Ed。
灌水效率Ea是指某次灌水中，储存在计划湿润层内的水量ws与灌溉水量wf的比。即：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
反映了灌溉水的田间有效利用程度。
储水效率是指某次灌水中储存在计划湿润层内的水量ws与需要灌入计划湿润层内的总水量wn的比值。即：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
反映了某次灌水时计划灌水量的满足程度。
灌水均匀度是指灌水后沿畦长方向入渗水量分布的均匀程度。即：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中：z为灌水后土壤中的平均灌水深度；Δz为灌水后沿畦各点的灌水深度与平均灌水深度的平均数值离差。反映了入渗水沿灌水畦沟分布的均匀程度。
（二）参数优化模型
地面灌溉效果的三个评价指标从不同角度对灌水质量进行评价。某次灌溉中，这三个指标的高低与所采用灌水技术参数有关，灌水技术参数优化的目的是通过灌水技术参数的选择，使灌溉效果指标为最高。从评价灌水质量的三个指标的定义分析可知，三者之间存在着正比例关系，现以图7-3所示的灌水状态推导如下：
现假定计划灌入湿润层内的总水量为Wn（abci所包围面积）；实际入畦水量为wf（abdeh所包围面积），wf是wn的k倍，既wf=kwn；在一定的灌水技术参数下灌水后，灌入计划湿润层内的水分为ws（abmfji所包围面积），则灌水效率Ea可表示为：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
∵
∴
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
因此，灌水效率与储水效率间存在着正比例关系。
根据灌水均匀度的定义，方程（7.37）右端的第二项为灌水后沿畦长各点灌水深度与平均灌水深度的平均数值离差与平均灌水深度的比值。根据定义，Δz 值可近似用A1 和 A2的面积和相应的畦长求得。由水量平衡原理可知应当有 A1 =A2，e 点左段的Δz1 =A1/PL，e 点右段的Δz2=A2/（1-P）L。全畦长段平均的Δz 为：
图7-3 灌溉效果指标计算简图
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
由图7-3可见：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
将（7.41）式代入式（7.40），并将Δz代入Ed表达式，得到下式。
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
由此可见，灌水均匀度与灌水效果或储水效果呈正比例关系，即随灌水效果或储水效果的增大而增大。
经过以上分析，可以选择灌溉效果评价指标中的任何一个作为优化灌水技术参数的指标。值得注意的是实际平均灌水深度与计划平均灌水深度的比值k变化时，灌水效率和储水效率有较大的变化。当k值小于1时，可能出现灌水效率很高，而储水效率很低的情况；当k值远远大于1时，又可能出现储水效率很高而灌水效率很低的情况。为达到较高的灌溉效果，可将k值控制在1.0～1.05之间。在此前提下建立如下灌水技术参数优化模型：
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动
式中：Lmax为灌水过程中水流的最大推进长度；L为灌水畦长；0.9～0.95为灌溉排水规范要求的灌溉水有效利用系数；Eas为灌水效率与储水效率之和。考虑到数值计算中误差的影响以及优化结果的可靠性，按两者之和最大为优化目标。
上述优化模型的优化过程为：首先对各种灌水技术参数下的灌水过程进行模拟；其次按（7.43）式和（7.44）式进行检验，最后按（7.45）式择优。
（三）优化参数
灌水技术参数优化中最具有可操作性的方案是：
（1）给定畦长L，优化各种地面坡度下的单宽流量q；
（2）给定单宽流量q，优化各种地面坡度下的畦长L。
本程序实现了以上两方案的参数优化。
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