Зеленый роботАвтоматизация процессов

Университетам и инженерам · D17

Понять воду.
Проверить результат.

Сколько воды прошло через машину, куда она попала и что осталось у корней. Книга и практикум по круговому дождеванию — от первого измерения до объяснимого отчёта, включая давление, сопла, регуляторы и дефицит по кольцам.

10последовательных глав
8лабораторных работ
10 + 4интерактивов и расчёта SENNPAQ

От показания к выводу

У каждого числа есть место, время и основание.

Измерьте входной объём. Проследите распределение на поле и движение воды в почве. Сопоставьте результат с целью и покажите, каких данных достаточно для вывода. Интерактивные примеры в книге помогают увидеть, как меняется ответ при изменении условий.

Шесть границ воды: вход машины, выпуски, поверхность, вход в почву, корневая зона и доступность культуре

Веб-практикум

Восемь работ.
Один проверяемый отчёт.

Каждая работа содержит цель, порядок действий, ответ и исходные параметры. Значения, единицы и пропуски представлены в понятных таблицах.

1Единицы и границы

Цель: получить объём и эквивалентный слой, правильно назвать результат.

  1. Рассчитайте объём для 50 л/с за 3600 с и слой на 1 га.
  2. Найдите требуемый расход для 10 га, 10 мм, 10 ч при η = 0,8.
  3. Объясните назначение η и причину неприменимости коэффициента 27154 к этим метрическим входам.

Ответ: 180 м³; 18 мм по входному объёму; 34,722222… л/с; 1000 м³ чистого и 1250 м³ входного плана. Зачёт: вместе с числами названа физическая граница и сохранены единицы.

Параметры работы

Параметры расчёта
ПараметрЗначениеЕдиница
Расход воды50л/с
Продолжительность подачи3 600с
Площадь для расчёта слоя1га
Площадь полива по плану10га
Требуемый слой по плану10мм
Доступное время полива10ч
Коэффициент использования воды0,8доля
2Режим Pivot

Цель: воспроизвести два точных вектора r1.

  1. Преобразуйте привычные единицы в единицы контракта и проверьте исходные целые числа.
  2. Рассчитайте полный круг и сектор 90° с единственным округлением каждого результата.
  3. Сопоставьте все выходы с векторами; объясните одинаковый требуемый таймер и глубину.

Ответ: площадь 516277/129069 м²; время выбранного прохода 84134/21034 с; требуемый таймер 341658 ppm; глубина 8136 мкм. Зачёт: совпадают все двенадцать выходов обоих векторов, различены выбранный и требуемый таймер.

Параметры работы

Параметры дождевальной машины
ПараметрЗначениеЕдиница
Радиус машины396,24м
Радиус последней башни381м
Дальность концевого дождевателя9,144м
Основной расход50,471л/с
Расход концевого дождевателя5л/с
Скорость последней башни при 100 %2,134м/мин
Коэффициент использования воды90%
Два учебных сценария
СценарийСектор, °Целевой слой, ммДоступное время, чТаймер, %Концевой дождеватель
Полный круг36019,059080включён
Сектор 90°9019,059080включён
Контрольные результаты
ПоказательПолный кругСектор 90°Единица
Эффективный радиус405,384405,384м
Доступный расход55,47155,471л/с
Площадь полного круга51,627751,6277га
Площадь выбранного сектора51,627712,9069га
Требуемый расход33,7288,432л/с
Время нанесения целевого слоя54,72313,681ч
Полный оборот при 100 %18,69618,696ч
Полный оборот при выбранном таймере23,37123,371ч
Проход сектора при 100 %18,6964,674ч
Проход сектора при выбранном таймере23,3715,843ч
Требуемая установка таймера34,165834,1658%
Слой за проход8,1368,136мм

Значения получены с единичным округлением каждого результата.

3Телеметрия прохода

Цель: обработать неполный ряд без выдуманного объёма.

  1. Суммируйте известные кусочно-постоянные расходы по семи минутным интервалам.
  2. Найдите переход через 0°, остановку с водой, неизвестные углы и сброс счётчика.
  3. Сохраните известный объём, непокрытое время и отдельно прирост новой эпохи счётчика.

Ответ: 21 м³; 60 с без расхода; первый короткий переход +10°; остановка с водой — пятый интервал; последний прирост счётчика 3 м³. Зачёт: неизвестный интервал не превращён в нулевой, число полных оборотов не угадано.

Параметры работы

Телеметрия семи интервалов
ИнтервалВремяРасход, л/сУголСчётчик водыЭпоха счётчика
10–60 с50355–5 °100–103 м³1
260–120 с505–15 °103–106 м³1
3120–180 снет данныхнет данныхнет данных1
4180–240 с75нет данныхнет данных1
5240–300 с7525–25 °116,5–121 м³1
6300–360 с5025–35 °121–2 м³2
7360–420 с5035–45 °2–5 м³2

«Нет данных» обозначает пропуск измерения. Нулевой расход остаётся измеренным нулём.

4Распределение воды

Цель: сравнить равномерность и достаточность.

  1. Рассчитайте общий объём и средний слой с весами площади.
  2. Получите CUₐ, нижнюю четверть площади и DUₗq.
  3. Определите площадь достижения цели и объясните ошибку выбора одной записи как «четверти».

Ответ: 15 м³; 15 мм; CUₐ = 73,333333… %; среднее нижней четверти 8 мм; DUₗq = 53,333333… %; достаточность 70 %. Зачёт: во второй зоне использованы 150 м², а геометрические показатели названы учебными показателями карты.

Параметры работы

Карта распределения воды
ЗонаПлощадь, м²Слой воды, мм
A1005
B20010
C30015
D40020

Целевой слой для оценки достаточности — 15 мм.

5Инфильтрация и сток

Цель: замкнуть поверхностный баланс для двух учебных профилей.

  1. На каждом шаге выполните правило главы 7: поступление, инфильтрация, сток и остаток.
  2. Проверьте продолжение инфильтрации во второй час без дождя.
  3. Сравните итог и вычислите невязку по суммарному приходу 15 мм.

Ответ: для 4 мм/ч инфильтрация 10 мм, сток 5 мм; для 8 мм/ч — 14 и 1 мм. Конечный запас и невязка в обоих случаях нулевые. Зачёт: поверхностная вода второго часа учтена; явно названо упрощение модели.

Параметры работы

Параметры почвенных профилей
ПрофильИнфильтрация, мм/чМаксимальный поверхностный запас, ммНачальный запас, мм
Профиль 1430
Профиль 2830
Поступление воды
ШагПродолжительность, чПоступление, мм
1112
210
313
6Корневая зона

Цель: рассчитать запас, истощение и выход ниже корней.

  1. Для каждого дня внесите дождь и полив один раз; примените порядок прихода и расхода главы 7.
  2. Вычислите запас, истощение, глубокий выход и невязку.
  3. Отдельно разберите дождевой тест 20 → 15 мм и оценку Ks при Dr = 60 мм.

Ответ: конечное истощение после четырёх шагов — 2 мм; суммарный выход ниже корней — 37 мм; невязка 0; Ks = 2/3. Зачёт: избыток сохранён отдельным потоком, θ имеет объёмную единицу, дождь учтён единожды.

Параметры работы

Параметры корневой зоны
ПараметрЗначениеЕдиница
Влажность при полевой влагоёмкости0,3м³/м³
Влажность завядания0,15м³/м³
Глубина корневой зоны0,6м
Допустимая доля истощения0,5доля
Начальное истощение20мм
Суточный водный баланс
ДеньДождь, вошедший в почву, ммПолив, вошедший в почву, ммПотребность испарения и растений, мм
1500
20105
34703
4302
7Неопределённость

Цель: отделить стандартную неопределённость от неполноты.

  1. Рассчитайте результат для независимых входов.
  2. Повторите с коэффициентом корреляции 0,8 и сравните.
  3. Укажите, почему пропуск из работы 3 нельзя закрыть полученным знаком «±».

Ответ: u(V) ≈ 3,7108 м³; для коррелированных входов ≈ 4,3536 м³. При условном k = 2 расширенная оценка первого случая ≈ 7,4216 м³. Зачёт: определены тип неопределённости, предпосылки и смысл коэффициента охвата.

Параметры работы

Параметры оценки неопределённости
ПараметрЗначениеЕдиница
Измеренный объём180м³
Относительная неопределённость расхода2%
Относительная неопределённость времени0,5%
Коэффициент корреляции0,8доля
Коэффициент охвата2—
8Итоговый разбор

Цель: подготовить объяснимое сравнение плана и прохода.

  1. Рассчитайте плановый и известный входной объём; выделите пропуск.
  2. По заданной границе 0–60 л/с оцените диапазон общего объёма.
  3. Подготовьте отчёт: цель, входы, метод, результат, отклонение, ограничения и требуемое дополнительное наблюдение.

Ответ: план 30 м³; известно 16,8 м³; пропуск 120 с; общий диапазон 16,8–24 м³. Зачёт: диапазон подписан как следствие допущения, поверхностный слой и обеспеченность корней не объявлены установленными.

Параметры работы

План прохода
ПараметрЗначениеЕдиница
Плановый расход50л/с
Плановая продолжительность600с
Нижняя граница расхода в пропуске0л/с
Верхняя граница расхода в пропуске60л/с
Наблюдения
ИнтервалПродолжительность, сРасход, л/с
112050
212050
3120нет данных
412040
51200

«Нет данных» обозначает пропуск измерения. Нулевой расход остаётся измеренным нулём.

Полевые формы

Готовые таблицы
на этой странице.

Раскройте нужную форму, перенесите таблицу в рабочий документ или распечатайте страницу. Пустые значения заполняются после фактического измерения.

Карточка калибровки
Поля карточки
№ПриборЭталонДата и времяПоказание прибораЭталонное значениеЕдиницаУсловияПоправкаСтандартная неопределённость
1
Карточка полевого обследования
Поля карточки
№ОбъектПараметрЗначениеЕдиницаИсточникДата наблюденияКачествоКомментарий
1
Журнал измерений
Поля журнала
№КаналМестоДата и времяЗначениеЕдиницаРедакция установкиРедакция калибровкиКачествоКомментарий
1
Отчёт по работе D17
Структура отчёта
РазделЧто записать
Общие сведенияФИО, группа, преподаватель, работа, редакция книги и дата.
Цель и физическая границаКакой результат определяется, для какой площади и времени.
Исходные данныеВеличины, единицы, происхождение, качество и пропуски.
МетодПорядок расчёта, версия параметров, округление, допущения и область применимости.
РезультатЧисла с единицами и качеством; проверка размерности, баланса и контрольного примера.
ВыводЧто установлено, каких данных недостаточно и какое следующее наблюдение требуется.
Замечания преподавателяПроверка входов, вычисления, контроля и границы вывода.

Открытые материалы для обучения.

Книгу и веб-практикум можно бесплатно читать, печатать и использовать на занятиях с сохранением источника, редакции и условий. Учебные копии и заполненные задания можно передавать участникам. Публикация переработанного издания и иные условия распространения согласуются отдельно. Подробнее — в приложении Г книги.

Редакция 1.3 учитывает предметные замечания и четыре расчётных листа SENNPAQ. Академические и заводские первичные источники приведены в книге. Интерактивы воспроизводят агрегатные расчёты и показывают границы применимости; равномерность проверяют натурными измерениями.

Условия программного обеспечения и сервиса: лицензионное соглашение, пользовательское соглашение, публичная оферта.