满足灌水器平均流量和灌水均匀度的微灌系统优化设计方法①-中国科学院.PDF

第 23 卷第 1 期 干 旱 地 区 农 业 研 究 . 23 . 1 V o l N o 2005 年 1 月 Agr icultura l Research in the Ar id Area s Jan. 2005 满足灌水器平均流量和灌水均匀度的 微灌系统优化设计方法① 1, 2 2 2 郑纯辉 , 康跃虎 , 王　丹 ( 1. 河南财经学院, 河南 郑州 450002; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京　100101) 摘　要: 提出了一种基于有限元法和动态规划法的微灌系统管网优化设计方法, 该方法先利用有限元法, 设计 出符合灌水器平均流量和灌水均匀度要求的支管与毛管参数组合方案, 及相应的支管单元操作压力水头, 然后将 这些参数组合与支管单元操作压力水头代入动态规划模型, 即可设计出微灌系统各级管道管径的最优组合方案, 并确定微灌系统所需的操作压力水头。同时给出了一个微灌系统管网优化设计算例, 结果表明该方法具有计算简 单、方便等优点。 关键词: 微灌系统; 优化设计; 灌水器平均流量; 灌水均匀度 中图分类号: S274. 2　　文献标识码:A 　　文章编号:(2005) 　　微灌系统设计中, 要求的灌水器平均流量和灌 和灌水均匀度。本文在前人研究成果基础上, 结合有 水均匀度是两个非常重要的参数。要求的灌水器平 限元法和动态规划法, 提出了一种微灌管网优化设 均流量根据土壤物理性质和作物根系分布特点确 计方法。该方法将微灌系统毛管、支管和干管视为一 定, 保证灌溉水正好分布在作物根系的分布范围; 要 个整体, 将整个微灌系统作为研究对象, 能够在满足 求的灌水均匀度保证所有作物得到的灌溉水在所期 要求的灌水器平均流量和灌水均匀度的条件下, 快 [ 1 ] 望的范围内 。微灌系统设计的核心任务是根据要 速准确地设计出投资费用和运转费用最低的管网系 求的灌水器平均流量和灌水均匀度, 设计投资费用 统。 与运转费用之和最低的管网系统。也就是说, 微灌管 1　满足灌水器平均流量和灌水均匀度 网优化设计是在满足要求的灌水器平均流量和灌水 均匀度的条件下, 一方面要降低管网投资费用, 另一 要求的支管单元参数解集确定 方面又要降低系统运转费用。要降低管网投资费用, 由于在微灌支管单元入口, 往往会安装阀门和 各级管线就需采用较小的管径, 水头损失就会增大, 压力调节装置, 因此, 可将支管单元看作一个相对独 所需水泵的扬程也随之增大, 系统的运转费用就将 立的水力学单元。这样只要使设计出的支管单元满 增加; 相反, 若要降低系统运转费用, 各级管线就需 足要求的灌水器平均流量和灌水均匀度, 便可使整 采用较大的管径, 则管网的投资费用将会升高。因 个微灌系统满足要求的灌水器平均流量和灌水均匀 此, 如何根据微灌系统的具体条件, 选择最佳的管道 度。为此, 一些学者专门研究出了满足要求的灌水器 管径和水泵扬程, 是微灌系统优化设计要解