改进型深筒式消力井消能效果及影响因素分析

金 瑾，刘焕芳，冯 博，刘贞姬

改进型深筒式消力井消能效果及影响因素分析

金 瑾1，刘焕芳1※，冯 博2，刘贞姬1

（1. 石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832000；2. 湖南省交通规划勘察设计院，长沙 410200）

为优化深筒式消力井装置的结构，使其在增加消能率的同时而不影响水流平顺流入下一级管道，并能降低水流对消力井井底的冲刷破坏作用，通过理论分析和模型试验研究，测量了消力井的相关水力参数，计算了不同结构体型消力井的水头损失系数和消能率，从消能率的角度探讨了多喷孔出水口的结构参数、溢流板高度与水头损失系数之间的关系，结合井底压强分布情况寻找较优的结构体型。结果表明：采用多喷孔出水口并增设溢流板的改进Ⅱ型消力井消能率比传统型的要高30%且井底压强分布均匀，在结构上具有明显优势。改进Ⅱ型消力井在小流量情况下过堰水流为自由出流，此时消力井水头损失系数会随流量的增加而降低，当流量增加至淹没出流后消力井水头损失系数随流量变化不明显。相对开孔面积为100%时，消力井主井水头损失系数随喷孔孔径的增加会有小幅度的减小；在距径比不大于2.5时水头损失系数随距径比的增大而减小，距径比大于2.5之后对水头损失系数影响不大；喷孔错列布置的水头损失系数明显比并列布置的大；溢流板高度对消力井水头损失系数的影响不明显，在淹没出流时堰板高度小的消力井水头损失系数略微有所降低。此研究可为深筒式消力井的结构设计提供参考，亦可为解决长距离管道输水过程中的消能问题提供科学依据。

消能；压强；流量；深筒式消力井；水头损失系数；结构参数

0 引 言

由于水资源在时空分布上的不均匀性导致中国区域性缺水问题日趋严重，区域调水和跨流域调水已经成为当前解决这一问题的重要途径之一[1-4]。远距离输水可采用渠道输水和管道输水[5]，随着塑料工业的飞速发展，各种价廉物美的塑料管材相继出现，使管道输水的经济效益不断提高，管道输水技术越来越多地应用到农业灌溉及输配水工程中[6]，在国内外大型调水工程中已有许多成功应用的先例[7]，比如以色列北水南调工程和美国加州北水南调工程，中国建成的引黄入晋工程和东深供水改造工程，都采用了管道输水技术[8]。

长距离管道输水工程往往受地域高差影响，致使管道出口处的水头值可达数十米甚至是上百米，如不设置消能设施水流会对管道出口建筑物带来严重的危害[9-10]。深筒式消力井装置是解决管道消能问题的水工建筑物，主要利用射流在消力井内对井底的冲击、井内水流扩散以及水股之间相互摩擦进行消能[11-12]。以往研究表明[13-16]，深筒式消力井是一种安全经济可行的消能工程，但在实际设计运行中也存在诸多问题，水流从管道直接泄出，高速水流对消力井底板产生很大的冲击力，造成消力井底板的磨损影响其耐久性，井内水流翻滚剧烈，不能平顺地进入出口管道，在管道出口处易发生空蚀空化破坏。为解决工程中出现的这些问题，对传统深筒式消力井的结构进行改进设计，在传统的消力井内设置1道溢流板把水流分隔成2个区域：翻滚消能区和平顺出流区，为降低水流对消力井井底、井壁的冲刷破坏作用将传统消力井进水管道的出口型式改成多喷孔出水口，金瑾等分析了改进型深筒式消力井流量系数的主要影响因素，建立了改进型深筒式消力井流量系数和流量的计算公式[17]，但未研究其消能效果。本文通过模型试验重点研究不同结构型式消力井的消能率、底板压强等水力性能，优化消力井的结构体型，为深筒式消力井装置工程设计提供依据。

1 材料与方法

1.1 消力井

改进后的深筒式消力井装置具体结构设计如图1a所示。为了区别不同的结构体型，本文将未做体型改变的消力井结构称之为传统型深筒式消力井，将仅增设溢流板的消力井称为改进Ⅰ型深筒式消力井，将采用多喷孔出水口并且增设溢流板的消力井称为改进Ⅱ型深筒式消力井。

注：d是多孔出水口小孔直径，m；s是多孔出水口小孔间距，m；Z是主井和平流稳压井的液面高差，m；D1是进水管道直径，m；D2是出水管道直径，m；ΔZ是进出水管道安装高程差，m.

试验中深筒式消力井模型是以克拉玛依“林纸一体化”输水工程中的消力井作为原型，以1:8的重力相似比，设计的传统式消力井净尺寸：长×宽×高=690 mm× 690 mm×1 000 mm，结构改进后增设的平流稳压井：长×宽×高=450 mm×690 mm×1 000 mm，为计算方便将进出口管道安装在同一高程的位置，即Δ=0。

1.2 试验装置及试验方案

本文分别对传统型的消力井和结构改进后的2种消力井装置进行了不同组次的模型试验研究，通过计算各种工况下不同结构形式的深筒式消力井的水头损失系数和消能率等水力参数，分析对比不同结构参数和消力井消能效果之间的关系。传统型的消力井装置主要通过变换流量来研究消力井的消能率随流量的变化规律。对于结构改进后的消力井，在保证进水管道多喷孔出流总面积和传统型进水管道的出流面积相等的前提下，结构改变参数主要有进水管道多喷孔的开孔直径、开孔的距径比（喷孔间距与孔径的比值）、开孔的排列方式以及溢流堰板的高度。预试验根据量纲分析法进行理论分析，确定4个参数作为消能率影响因素的研究对象，本文对这4种参数分别进行设定，孔径为3、5、6、8、10、18 mm 6种（相应的孔数为784、282、196、108、69、22），距径比设定为1.5、2、2.5、3、3.5，喷孔布置型式上分为并列和错列2种，溢流堰高度907、815、762、639、550 mm。通过对不同结构参数的消力井进行试验，探求水头损失及消能率与各参数之间的关系，以优化深筒式消力井装置的结构选型。

如图2所示，试验装置由蓄水池、KQW-200/800-45/4卧式单级离心泵（配套功率45 kW，扬程28 m）、高位水箱、深筒式消力井、控制设备和测量设备构成1个完整的自循环系统。试验时开启进水管阀门调节流量，当水流平稳后读取进、出水管道处的压力表（型号为MC陕制00 000 104，精度为0.05%）读数确定其压强值，通过管道出口处的三角形量水堰（90˚）确定流量的大小，另外还检测消力井、平流稳压井井内水深，平流稳压井内水舌入水深度和井底测点测压管水头值等[17]。试验所用设备包括便携式TDS-100P流量计（测量精度±1%）、用于离心泵启动的XTZ11-15自藕减压启动箱、带动水泵运转的TYPEY2-225-M三相异步电动机、可调节流量的闸阀。

1.3 计算和测定方法

1.3.1 消能率和水头损失计算

深筒式消力井装置工作时，水流从进水管道流入井内，将有压流转化为无压流，井内的水流状态较为复杂，为强烈的紊流运动，消力井内无长直流段，故水头损失以局部水头损失为主，沿程水头损失可忽略不计。

如图1b所示，以出水管道轴线0-0为基准面，2-2断面的位置水头则为0，对1-1断面和2-2断面列能量方程[18]，有

式中1和2分别为进、出水管道处的压强，Pa；1、2分别为进、出水管道的平均流速，m/s；1、2分别为进、出水管道过流断面的动能修正系数，均可取为1.0；为消力井的水头损失系数；为水的密度，取为103kg/m3；为重力加速度，9.81 m/s2。

因为在管道输水过程中，管道直径保持不变，当流量一定时，1=2=（为管道流速，m/s），则有：

式中=1−2，为进出口管道的压强差，Pa。

深筒式消力井的消能率的计算公式如下：

式中1和2分别为1-1断面和2-2断面单位重量水流的总机械能，m。

以消能率和局部水头损失系数为主要指标可衡量消力井的消能效果，对于某一实际输水工程，输水管道直径根据工程设计为一确定值，即1=2（1是进水管道直径，m；2是出水管道直径，m）。由式（2）可知，当流量保持恒定时，和值越大，消力井的局部水头损失系数就会越大，当上游水头一定时，消能率随着局部水头损失系数的增大而增大，消能效果随之增强。

根据实际试验模型可知Δ=0，由式（2）可得深筒式消力井的局部水头损失系数为

由式（5）可得消力井的消能率为

1.3.2 消力井装置井底压强测定

为了研究深筒式消力井装置井底压强的分布情况，试验过程中分别在井底的4个角部和进水口的正下方布置了5个测压孔，具体布置情况如图3所示。

1.3.3 多喷孔的消能率

为研究多喷孔的消能率，如图1a所示，以进水管道中心轴线所在的水平面作为基准面，1-1断面的位置水头则为0，对1-1断面和3-3断面列能量方程[18]，得

图3 井底5个测压孔布置示意图

2 结果与分析

2.1 不同结构体型的消力井消能和底部压强对比分析

2.1.1 水头损失系数和消能效果对比

对消力井进、出水管道的压强、消力井管道内流量进行测定，将流量进行无量化处理得到流量参数2/5，利用式（6）计算出不同结构的消力井水头损失系数随流量参数的变化情况，对比分析结果如图4所示。

注：Q是消力井的流量，m3·s-1；g是重力加速度，m·s-2；D是管道直径，m。消能率和水头损失系数呈正比，图a中改进Ⅱ型消能效果优于改进Ⅰ型，故图b未对改进I型具体分析。

由图4a可以看出，3种结构体型的消力井水头损失系数均随流量的增大而减小。当流量较小时，改进Ⅰ型深筒式消力井和改进Ⅱ型深筒式消力井水头损失系数相差不大，但均远大于传统型深筒式消力井，原因在于小流量的情况下，溢流堰前后水位落差较大，水流通过溢流堰在增设的平流稳压井中消散大部分能量，进水管道出口形式对水头损失系数的影响不大；当流量较大时，改进Ⅰ型深筒式消力井与传统型深筒式消力井水头损失系数的值相差不大，但较改进Ⅱ型的深筒式消力井水头损失系数要小，在大流量的情况下，溢流堰前后水位差减小，溢流堰的消能作用减弱，平流稳压井中水流为淹没出流，能量消散较小，消力井的能量主要耗散于多喷孔出水口附近区域。图4b为不同流量下利用式（7）计算的不同结构体型深筒式消力井消能率的对比结果，从图中可以看出，不论流量大小与否，改进Ⅱ型消力井的消能率比传统型消力井消能率要高得多，消能率平均提高30%左右，小流量时消能率增加幅度可达到50%。

2.1.2 底板压强对比

以流量参数2/5作为横坐标，测压管相对水头测/（测为测压管水头读数，为井内水深）作为纵坐标，对比分析传统型深筒式消力井与改进Ⅱ型深筒式消力井井底压强分布情况，结果如图5所示。与其他2种相比，改进Ⅰ型只增加了溢流板，水流通过进水管直接冲向底板，与传统型消力井一样，其底板压强分布和传统型一致，故未列改进Ⅰ型。由图5可以看出，传统型消力井内位于井内四角处的压强随流量的增加而减小，中心3号测点由于直接受到水流的冲击作用压强较大，而且其值随着流量的增加而增大，说明消力井底板承受不均匀的动水压力作用，而改进Ⅱ型消力井每个测点的压强值都较为稳定，近似静水压强，其相对测压管水头基本不随流量变化，稳定在1左右，这是因为改进Ⅱ型消力井的进水管道出口形式变为侧壁开孔出流，进水管道出口水流流速由垂直于井底的方向改成平行于井底，降低了水流对井底的冲击作用。

取流量=1.0 m3/工况绘制不同测点的测压管相对水头分布图如图6所示。由图6可以看出，虽然改进Ⅱ型消力井底板处压强比传统型消力井的压强要大，但增大幅度并不高，而改进Ⅱ型消力井井底压强分布却要比传统型消力井的井底压强分布均匀很多，只有井底中心点处压强略低于井内水深，这样的压强分布规律不仅能够防止高速水流下泄对底板造成的冲刷破坏，还能防止井内水流翻滚时产生负压造成的空蚀破坏。

图6 流量Q=1.0 m3·s-1时不同结构形式井底测压管相对水头

2.2 多喷孔出水口及溢流板对消力井水头损失系数的影响

2.2.1 多喷孔出水口对消力井水头损失系数的影响

由上述结果可知改进Ⅱ型深筒式消力井既能提高消力井的消能效果，又可有效地防止水流对底板的冲刷破坏作用，在结构上具有明显优势。对于改进Ⅱ型深筒式消力井，当流量较小时主井和副井的水位差较大，堰板水流跌落处的消能效果较为明显，随着流量的增大主副井水位差减小，堰板的消能作用减弱，消力井主要依靠进水管多喷孔出流部分进行消能，喷孔的孔径、开孔距径比和开孔的排列方式不同其消能效果也不尽相同。根据式（7）消能率和水头损失系数成正比关系，水头损失系数的变化规律和消能率的变化规律一致，计算沿程水头损失系数相对容易，以下根据试验结果分别讨论这些结构参数对水头损失系数的影响。

1）多喷孔出水口孔径对消力井水头损失系数的影响

通过式（9）计算并比较不同进口管道形式下改进Ⅱ型深筒式消力井主井内的水头损失系数。为保证输水管道的压力不变，本文研究的多喷孔开孔面积和出水管面积均相同，即相对开孔率（2/2，为开孔个数）为100%。如图7所示，不论孔径大小如何、小孔排列方式，水头损失系数都随着流量增大而增大，但增大到一定程度时趋于稳定，这是因为在流量较小时，水流经小孔进入消力井的水平流速较小，进入消力井后就迅速被周围水体淹没，继而被周围向上水流带动形成向上的的流速，从小孔射出的水流彼此之间混掺不足，紊动不够充分；当流速大到一定程度时，流态趋于充分发展的湍流，流速将对湍流程度不再造成影响，所以水头损失系数趋于稳定。当孔径为18 mm时水头损失系数比其他孔径较小，其余孔径对对消力井水头损失系数的影响不大。

图7 多喷孔不同孔径条件下水头损失系数变化

2）距径比对消力井水头损失系数的影响

图8显示了多喷孔出水口不同距径比条件下消力井水头损失系数的变化规律，从图中可以看出，不同距径比时水头损失系数仍然随流量的增大而增大，增大到一定程度后趋于稳定，这一变化规律和图9一致。当距径比≤2.5时，距径比越小水头损失系数越大；而距径比>2.5之后，不同距径比对应的水头损失系数数据基本重合。

图8 多喷孔不同距径比条件下水头损失系数

为了更好地比较孔径以及孔间距对水头损失系数的影响，取工况为流量=1.0 m3/s、喷孔错列布置，对比在同一流量下不同孔径和孔径比对消力井水头损失系数的影响规律，如图9所示，当距径比较小时，水头损失系数较大，当距径比≥2.5时水头损失系数也基本保持不变，这是因为在深筒式消力井内，一部分能量是通过喷射水流与之相邻的射流相互掺混而消散的，当喷孔间距越大，射流之间的相互掺混作用越小，当喷孔间距达到一定程度后，各射流趋向于独立射流，忽略掺混能量损失，故水头损失系数保持稳定；此外由图9还可看出，孔径大小对改进型深筒式消力井水头损失系数的影响不大，当孔径为18 mm时水头损失系数较小，这与图7的结果一致。

注：Q=1.0 m3·s-1，喷孔错列布置。

3）多喷孔出水口小孔排列对消力井水头损失系数的影响

试验研究了喷孔的2种不同排列方式，图10反映了喷孔距径比为3、流量为1 m3/s的情况下，小孔错列布置和并列布置对水头损失系数的影响规律。可以看出水头损失系数随孔径增大而减小，孔径一定时小孔错列布置的水头损失系数明显比并列布置的要大，这是因为并列布置的每个喷孔只有4个相邻孔，而错列布置则有6个相邻孔，错列布置喷孔射流股数较多，相互掺混程度较大，故能量消散更加充分。

注：Q=1.0 m3·s-1，距径比为3。

2.2.2 溢流板高度对水头损失系数的影响

消力井内设置的溢流板相当于一薄壁溢流堰，当流量较小的时候水流通过溢流板挑射到平流稳压井内，形成自由出流，溢流板处可消耗部分能量，当流量较大时，过堰水流上下游水位落差减小，逐渐形成淹没出流，溢流板消能作用不再明显。本文研究了不同高度溢流板对消力井水头损失系数的影响，将不同工况下消力井水头损失系数和流量参数的数据绘制于图11中，可以看出，自由出流时水头损失系数随着流量的增加而减小，流量增加形成淹没出流之后，水头损失系数基本保持不变，溢流板高度对消力井水头损失系数的影响不明显，在淹没出流时堰板高度小的消力井水头损失系数略微有所降低，究其原因，堰板较低时水流在消力井内的漩滚区减小，水流混掺程度不如高堰板时充分，所以会降低其消能率，又因流量大时能量主要靠进水管处水流经小孔喷射进行耗散，井内水流漩滚所消耗的能量只占期中的小部分，所以堰板低的时候消能率减小的幅度很小。

因此从消力井消能率的角度出发，堰板高度应尽可能设置高一些，根据消力井的尺寸可得堰板高度的计算公式为

式中P为堰板高度，mm；P’为消力井井高；mm；a为安全超高，mm；HT为堰上作用水头，可利用矩形薄壁堰流量公式根据流量试算求出[19-20]，mm。

本文通过对比3种不同体型深筒式消力井的消能率和井底压强分布情况可知，采用多喷孔出水口并增设溢流堰板的改进Ⅱ型深筒式消力井消能效果好、井底压强分布均匀、可有效防止水流对底板的冲刷破坏提高消力井的耐久性。通过对改进Ⅱ型深筒式消力井进行进一步的试验研究，发现流量较小时，溢流板后水流为自由出流，此时消力井的消能率较大，流量增大至形成淹没出流后，消能率随流量变化不明显。在相对开孔率为100%的条件下，孔径大小对消力井水头损失系数的影响不大，当孔径为18 mm时水头损失系数略微有所降低，距径比小于2.5时，水头损失系数随着距径比的增大而减小，距径比≥2.5之后，水头损失系数基本保持不变，因错列排布的多喷孔每个孔周围相邻6个小孔可使小股水流之间混摻更充分，故比并列排布的消能效果好。

理论上要想提高消力井的消能率，应减小开孔孔径和距径比，但是在实际工程中，孔径越小则开孔数量较多，施工不便且导致成本增加，因此实际工程中将相对孔径控制在12%左右，这样一方面消力井的消能率可以得以保证，另一方面施工也相对简便，较为经济；实际工程中供水管道往往采用钢管，根据《钢结构设计规范（GB50017-2003）》可知[21]，为避免开孔等冷加工产生过大的残余应力而影响钢材性质，开孔间距应≥3 d（mm），对于其他材质的输水管道从加工工艺方面而言想要做到喷孔距径比<3也是非常困难的，所以实际工程中的喷孔距径比宜选取为3，且采用错列排布的方式。溢流板的高度对消力井整体的消能率影响不大，可根据薄壁溢流堰流量计算公式试算出合理的高度以确保消力井的正常过流。

3 结 论

本文对不同体型的深筒式消力井井内流态进行了观测，对消力井的消能效率进行试验研究，分析了消力井水头损失系数和消能率的变化规律，具体结论如下：

1）将进水管道的出口变为多喷孔形式并增设溢流板的改进Ⅱ型深筒式消力井井内水流流态较传统型的消力井复杂，水流之间的相互碰撞和混摻更为充分，无论何种流量下改进Ⅱ型的消力井消能率均高于其他体型的消力井，小流量的时候消能效果更为显著。

2）改进Ⅱ型深筒式消力井井底板周围的压强值略大于传统型的消力井，井中心处压强略低于井内水深，但底板压强整体上分布均匀，可防止进水管道水流对底板的冲刷破坏亦可避免负压造成的空蚀破坏，提高消力井使用的耐久性。

3）对于改进Ⅱ型深筒式消力井，无论进水管道的出口形式如何，水头损失系数都是随着流量的增大而增大，但增大到一定程度时，趋于稳定。在相对开孔面积保持不变的情况下，孔径大小对深筒式消力井水头损失系数的影响不大；当距径比较小时，水头损失系数较大；但当距径比不小于2.5时基本水头损失系数也基本保持不变。水头损失系数随孔径增大而减小，孔径一定时错列布置的喷孔水头损失系数明显比并列布置的大。

4）改进Ⅱ型消力井井内设置溢流板是将水流漩滚区和平稳出流区分开，保证水流能平稳流出下一级管道。溢流板高度对消力井水头损失系数的影响不明显，在淹没出流时堰板高度小的消力井水头损失系数略微有所降低。

深筒式消力井工程可有效解决有压管道输水过程中的消能问题，其消能机理是利用射流对消力井井底的冲击、井内水流扩散以及水股之间相互摩擦进行消能。改变消力井的部分结构体型以此提高其消能率和耐久性，对解决深筒式消力井在实际工程应用中存在的问题使其更好地发挥自身价值有重要研究意义。

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Analysis on energy dissipation effect and influencing factors of modified vertical stilling well

Jin Jin1, Liu Huanfang1※, Feng Bo2, Liu Zhenji1

(1.832000,; 2.410200,)

The vertical stilling well can effectively eliminate excess energy in long distance pipeline project. The energy dissipation mechanism is based on the impact of jet flow on the bottom of the well, the diffusion of water flow in the well and the friction between water jets. In this study, we compared the energy dissipation effect of 3 different forms of vertical stilling well in order to design an optimized structure for vertical stilling well. Theory analysis and experimental observation were combined. The 3 types of vertical stilling well included traditional type, improved I type and improved II type. The model test of vertical stilling well was set up in water conservancy hall of Shihezi University in Xinjiang. The relevant hydraulic parameters such as inlet and outlet pipeline pressure, the flow and pressure on the bottom of the vertical stilling well were measured. The head loss coefficient and the energy dissipation rate were calculated. The relationship between the structural parameters of multi-hole outlet and the head loss coefficient as well as that between the height of overflow plate and the head loss coefficient were analyzed. The results showed that flow regime of the improved type II vertical stilling well was more complex than the other types, and the collision and mixing between water flows were more sufficient because of the existence of multi-hole outlet and additional overflow plate. The improved II type vertical stilling well had more than 30% energy dissipation rate than the traditional type. If the improved type II vertical stilling was adopted, the flow over weir was free outflow when the flow rate was very small. The head loss coefficient would increase with flow rate until submerging and flowing out. When the relative aperture area remained unchanged, the influence of the aperture diameter on the head loss coefficient of the stilling wells was small, and the relative aperture was better controlled at about 12%. When the aperture distance-to-diameter ratio was small, the head loss coefficient was large. But when the distance-to-diameter ratio was not less than 2.5, the head loss coefficient also remained basically unchanged. Considering the practical engineering application, the distance-to-diameter ratio should be 3. The head loss coefficient decreased slightly with the increase of aperture, and the head loss coefficient of the staggered arrangement was obviously larger than that of the parallel arrangement. When submerging and flowing out the height of overflow plate had negative effects, otherwise, the height of overflow plate had no obvious effect on the head loss coefficient. The pressure around the bottom plate of the improved II type vertical stilling well was slightly higher than that of the traditional stilling well, and the pressure at the center of the well was slightly lower than static pressure of the well, but the pressure on the bottom plate was distributed evenly on the whole, which could prevent the scouring damage of the bottom plate caused by the inlet pipeline flow and the cavitation damage caused by the negative pressure, thus the durability of the stilling well would be improved. Results above suggested that the improved type II vertical stilling well did not only improve the energy dissipation effect, but also effectively prevented the flow from scouring and damaging the bottom plate, which had obvious advantages in structure. This study provides valuable information for the engineering design of modified vertical stilling wells and for solving the problem of energy dissipation in long-distance pipeline water delivery.

energy dissipation; pressure; flow rate; vertical stilling well; head loss coefficient; structure parameter

2019-01-30

2019-07-10

国家自然科学基金项目（11562018）

金 瑾，博士生，副教授，主要从事农业水利工程的研究。Email：jinjin@shzu.edu.cn

刘焕芳，教授，博士生导师，主要从事农业水利工程的研究。Email：liuhuanfang@tom.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.010

TV31

A

1002-6819(2019)-16-0087-08

金 瑾，刘焕芳，冯 博，刘贞姬. 改进型深筒式消力井消能效果及影响因素分析[J]. 农业工程学报，2019，35(16)：87－94. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.010 http://www.tcsae.org

Jin Jin, Liu Huanfang, Feng Bo, Liu Zhenji. Analysis on energy dissipation effect and influencing factors of modified vertical stilling well[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 87－94. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.010 http://www.tcsae.org