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出版者:中国农业科技出版社

作者:吴远彬

出品人:

页数:131

译者:

出版时间:2006-10

价格:9.80元

装帧:

isbn号码:9787802331846

丛书系列:

图书标签:

• 太阳能
• 光伏发电
• 光热利用
• 可再生能源
• 能源技术
• 绿色能源
• 节能技术
• 太阳能应用
• 新能源
• 环境工程

现代农业灌溉系统设计与优化 本书聚焦于 在全球水资源日益紧张的背景下，如何构建高效、精准、可持续的现代农业灌溉系统。本书旨在为农业工程师、水利设计师、农艺专家以及相关政策制定者提供一套系统性的理论框架、先进的设计方法和可行的实践案例。 本书摒弃了传统的经验主义灌溉模式，深入剖析了水-土壤-作物系统（WSC System）的动态耦合关系，强调基于数据的决策制定和智能化控制在现代农业中的核心地位。 第一部分：现代灌溉系统的理论基础与系统分析 第一章：水资源与农业可持续发展 本章首先回顾了全球水资源的时空分布特征与农业用水在全球水循环中的地位。详细阐述了水短缺的驱动因素（气候变化、人口增长、不合理利用）及对粮食安全构成的潜在威胁。在此基础上，本书提出了“节水优先、效率提升”的指导思想，为后续的灌溉技术革新奠定了宏观视角。重点分析了传统灌溉方式（如大水漫灌、喷灌低效区）的弊端及其对土壤盐渍化、地下水超采的负面影响。 第二章：土壤-水-植物相互作用的精确量化 这是全书的理论基石。本章深入探讨了土壤物理性质（孔隙度、导水率、持水力）对水分运动的影响机制。详细介绍了土壤水势理论，包括基质吸力、压力势和重力势的计算方法及其在不同土壤类型中的表现差异。 在植物生理方面，着重分析了作物蒸散发的驱动因素，包括净辐射、空气动力学阻力、冠层阻力等。引入了 Penman-Monteith 方程在实际田间条件下的修正与应用，并结合茎流和根系吸水机制，构建了描述作物水分胁迫程度的生理指标体系。同时，详细讲解了土壤水分观测技术，如 TDR/FDR 传感器、中子探针的原理、布设标准及数据预处理方法，强调实时、连续监测在精准灌溉中的不可替代性。 第三章：灌溉调度决策模型构建 本章的核心在于从“定时定量”转向“按需供给”。构建了多种灌溉调度模型： 1. 水分平衡法模型（Water Balance Model）： 阐述了如何通过降雨量、蒸散量、径流和渗漏等要素，构建作物需水量的日/旬平衡方程，并引入不确定性分析方法处理随机性输入。 2. 作物需水指标法模型（Crop Water Requirement Index Model）： 基于作物系数（Kc）与参考蒸散量（ETo）的计算，确定灌溉需水量（Id）。重点对比分析了FAO 56、美国垦务局（USBR）等主流方法的适用性差异。 3. 反馈控制与预测模型： 引入模糊逻辑和经典PID控制理论，探讨如何将传感器实时数据作为反馈信号，动态调整灌溉计划，实现闭环控制。对基于机器学习（如LSTM网络）的短期高精度蒸散发预测方法进行了技术综述与案例分析。 第二部分：先进灌溉技术的设计与工程实践 第四章：高效灌水技术的流体力学分析与选型 本章详细对比了现代主流高效灌水技术的工程特性： 1. 滴灌/微喷灌系统设计： 深入分析了滴头的水力特性（压力补偿、流量均匀性），设计了管网布局（主管、支管、毛管）的水力计算方法，重点讨论了水头损失的精确估算及过滤器系统的选型与维护，确保出水均匀度（DU）达到设计标准。 2. 精准喷灌系统（中低压平移式/圆盘式）： 侧重于喷头布置优化，确保覆盖均匀度。分析了风速、风向对喷洒轨迹和有效降雨率的影响，提出了在不同气候区适应性的喷头组合策略。 3. 地下滴灌（SDI）的优势与挑战： 探讨了SDI在减少地表蒸发、有效利用深层土壤水分方面的潜力，并详细说明了防堵塞技术（化学清洗、脉冲反冲）的工程实施细节。 第五章：灌溉水力系统优化与能耗管理 现代灌溉的效率提升依赖于水泵站和管网的优化。本章从工程经济学角度切入： 1. 水泵选型与系统匹配： 讲解了如何根据灌溉面积、作物需水强度和地形条件，精确确定泵站所需的扬程和流量，并使用相似定律（Affinity Laws）进行运行点优化，避免“大马拉小车”现象。 2. 变频调速（VFD）在泵站中的应用： 详细论述了VFD如何根据实时需水量变化调节水泵转速，实现水压的恒定控制，从而显著降低电能消耗，并延长设备寿命。 3. 管网水力平衡与压力管理： 应用水力学软件（如EPANET）对复杂管网进行压力流分析，识别潜在的高压/低压区域。提出了基于分区（Zoning）和智能阀门的压力优化方案，以保障系统在任何工况下都能保持高均匀度。 第六章：多源数据集成与智能化灌溉控制平台 本章是技术集成的体现，关注如何构建一个集成感知、分析和执行的智能灌溉平台： 1. 传感器网络与数据采集： 讨论了土壤水分、气象站、水质监测仪（电导率、pH）等异构数据的标准化采集、传输协议（LoRaWAN, NB-IoT）及边缘计算的应用。 2. 遥感与无人机辅助决策： 讲解了如何利用多光谱/高光谱影像确定田间水分利用效率差异，识别缺水胁迫区域，进而实现变量灌溉（Variable Rate Irrigation, VRI） 的空间分区。 3. 控制系统架构： 提出了基于PLC/工业PC的中央控制系统与云端数据分析平台的结合架构。重点阐述了VRI执行机构（如带电磁阀的滴灌带、可变喷嘴喷灌机）的精确控制逻辑和故障诊断程序。 第三部分：水肥一体化与环境影响评估 第七章：水肥一体化（Fertigation）的精确实施 水肥一体化是提高营养利用率的关键手段。本章系统介绍了水溶性肥料的选择、溶解、混合与精确注入技术： 1. 施肥设备原理： 详细比较了文丘里管、定量泵、质量流量控制器在不同规模系统中的应用优劣，重点论述了压力补偿式注射器的精度和可靠性。 2. 养分在土壤中的迁移与吸收： 结合流态扩散、对流和吸附等基本过程，分析了氮、磷、钾等主要养分在灌溉水中的动态行为，指导用户确定最佳的施肥时间点和浓度曲线。 3. 水质对施肥系统的影响： 阐述了钙镁离子沉淀、铁锰氧化物堵塞滴头的风险，并提出了针对硬水或含铁水质的预处理（如酸洗、软化）技术方案。 第八章：灌溉系统的经济性评价与环境影响评估 评估灌溉项目的长期效益与社会责任。 1. 系统经济分析： 介绍了净现值（NPV）、内部收益率（IRR）等经济指标在灌溉项目决策中的应用。对比分析了滴灌与喷灌的初始投资回收期、运营维护成本（O&M）及长期节水效益。 2. 水资源利用效率（WUE）的核算： 详细介绍了如何量化“产值/耗水量”和“作物产量/蒸散水量”两个维度的WUE，并提供提高WUE的工程路径。 3. 环境风险与土壤健康监测： 探讨了过度灌溉导致的地下水氮素淋失风险及地表径流污染。强调了通过优化灌溉深度和施肥策略，维持土壤盐分、碱度在作物可接受范围内的关键技术措施。 本书最终构建了一套从宏观规划、理论分析到工程实施、经济评估的完整技术链条，致力于推动我国灌溉农业向资源节约型、环境友好型的现代化方向迈进。书末附录提供了常用的水力学常数表、作物系数表以及设计计算常用公式集。

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坦白说，市面上讲解光伏系统的书很多，但大多只是罗列参数。然而，《太阳能利用技术》这本书最让我眼前一亮的地方，是它对“并网”与“智能电网”集成方面的独到见解。作者似乎非常关注能源的最终消费和电网的稳定性问题，这往往是基础教材容易忽略的“最后一公里”。书中用相当大的篇幅讨论了逆变器的工作原理，但重点放在了如何通过先进的控制算法实现电能质量的优化，比如谐波抑制和无功功率补偿。更让我感到惊喜的是，书中对分布式能源管理系统（DERMS）的描述，简直是前瞻性的。它不仅讨论了如何平衡本地负荷，还探讨了在微电网环境中，如何实现不同能源主体之间的实时交易和协同调度。这种将光伏发电技术与现代信息技术、电力系统运行紧密结合的叙述方式，极大地拓宽了我的视野，让我认识到太阳能不再是孤立的发电源，而是未来智能能源网络中至关重要的一环。

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这本《太阳能利用技术》简直是为我们这些对清洁能源充满好奇的初学者量身打造的宝典！我记得刚翻开它的时候，还担心里面的专业术语会让我望而却步，结果完全出乎意料。作者的叙述方式非常生动，仿佛在跟你面对面聊天，一点也不枯燥。它没有直接深入到复杂的晶体结构或者逆变器的细枝末节，而是从最基础的“太阳为什么重要”讲起，用生活化的例子解释了光电效应的原理。比如，书中用了一个很形象的比喻，把光子比作投递员，把半导体材料比作一个个等待接收包裹的邮箱，解释了电子是如何被“唤醒”并形成电流的。而且，这本书的排版和插图设计也十分用心，那些彩色的流程图清晰地展示了从收集阳光到最终并网发电的整个过程，即便只是走马观花地看一遍，也能对太阳能发电的整体框架有一个大致的了解。对于我这种非理工科背景的读者来说，这种循序渐进的引导，简直是太友好了，它成功地消除了我对“高科技”的恐惧感，让我对未来的能源世界充满了憧憬。它更像是一本引人入胜的科普读物，而非一本冷冰冰的教科书，强烈推荐给所有想跨入新能源领域却又不知从何下手的朋友们。

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我必须承认，这本书在技术细节的梳理上达到了极高的水准，特别是对不同类型太阳能电池的光谱响应曲线和效率计算公式的推导部分，逻辑链条清晰得令人赞叹。不同于那些只给出结论的资料，这本书详尽地展示了每一个数学模型的建立过程，从基础的热力学第一定律到复杂的半导体能带理论，过渡得非常自然且严谨。对于需要进行深入研发或者学术研究的读者而言，这些推导过程本身就是极具价值的学习资料。我特别喜欢作者在阐述“光致衰减”现象时，不仅描述了现象，还引用了多篇权威期刊的研究数据来佐证其机制，使得结论的可靠性毋庸置疑。这本书的语言风格趋于学术化，用词精准，丝毫没有含糊不清的地方，它迫使读者必须集中注意力，去理解每一个技术名词背后的精确含义。总而言之，这本书提供了一个坚实的技术基石，为任何想要在太阳能领域深耕的人，提供了最可靠的参考标准。

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这本书的深度和广度，超出了我原本的期待，它不仅仅停留在对光伏技术的简单介绍上，更深入探讨了太阳能热利用的广阔天地。我特别欣赏作者在讨论集中式太阳能发电（CSP）时所展现出的那种宏大视角。书中详细剖析了塔式、槽式和碟式等不同集热系统的优劣势，并配有大量工程案例的对比分析。我记得有一章节专门对比了不同介质（如熔盐和导热油）在储热系统中的性能差异，那段分析的数据详实且逻辑严密，简直像是进入了一个高级工程研讨会。作者并没有回避技术挑战，反而坦诚地讨论了系统效率的瓶颈、材料的耐高温要求以及大规模运维的复杂性，这种求真务实的态度，让这本书的专业度瞬间提升了好几个档次。读完这部分，我感觉自己对如何设计一个高效、经济的区域供暖系统，都有了一些初步的判断框架，这已经远超了我最初期望的“了解太阳能是什么”的范畴了。这本书的价值，在于它能将概念性的知识，转化为可操作的工程思路。

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这本书的结构安排，显示了作者极高的教学经验。它并非简单地堆砌知识点，而是巧妙地设置了“挑战与机遇”这样的章节。在介绍完光伏电池的理论基础后，作者立刻转向了当前产业界面临的实际困境，比如硅料的纯化成本、组件的衰减机制、以及土地占用问题。然后，在每一个挑战的后面，都紧接着介绍了全球科研机构正在攻克的方向，例如钙钛矿电池的稳定性研究，或者柔性薄膜技术的突破。这种“提出问题——分析问题——展望解决方案”的叙事节奏，使得阅读过程充满了一种动态的参与感，读者仿佛置身于研发的第一线，共同见证着技术的迭代。尤其是在讨论光伏组件的回收与梯次利用时，作者的态度非常审慎和负责任，这体现了作者对于技术发展必须与环境保护和可持续发展相协调的深刻认识，让我感受到了作者作为资深专家的情怀和责任感。

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