管灌设计经验.pdf

1渠灌区管灌系统的组成及系统优化设计

渠灌区灌溉水源为地表水,渠灌区管道输水灌溉系统由首部工程(泵房、水泵

机组、控制柜)、管网系统(各级管道、管件)和附属设施(给水栓、出水池、泄

水阀等)3部分组成。

综合考虑水源、地形、管材、工程投资等多方面因素,通过研究和试验,确定

管网系统的主要技术参数,包括管网布置形式、单个灌溉系统适宜控制规模、管

网的设计工作压力标准等。

1.1管灌系统的管网主要布置模式

管网布置主要是根据水源位置、田间沟渠布置和走向、作物品种和种植方向

等因素确定,主要布置形式可分为梳齿形和鱼骨形2种。

1.2管灌系统适宜规模的确定

渠灌区管灌系统的控制规模不受水源水量的影响,但直接关系到技术、经济、

管理各个方面。系统规模越大,意味着流量越大,管径越粗,管线越长。在技术上

随着管径增大,对管材的要求相应提高,并且管道接口技术复杂。在投资上,系统

规模大,首部工程(泵房、机组、控制柜)单位面积造价低,而管网造价提高,这是

因为管材、管件价格随管径加大大幅度提高;在施工上,管径大,施工难,效率低,

增加施工费用;在管理上,由于每个给水栓的出水量为50～70m3/h,工程规模

大,则同时开启的给水栓数量增多,多个给水栓同时运行,对管理协调程度要求较

高,产生误操作的几率增加,造成系统破坏的危险增大。相反,系统规模较小时,

技术把握大,管理上要求较低,管网投资小,但首部工程单位面积投资较大。

从以上分析可以看出,系统过大、过小都不合适。多大规模比较适宜,必须结

合工程实际,进行分析计算。选择典型的梳齿型管网布置形式,泵站在干管中间位

置,支管、出水口间距均为50m,支管长度300m,设计灌溉参数相同,在上述条

件下,对13.3～53.3hm2的系统进行工程投资计算分析。计算结果见表1。

从上面分析计算可以看出,系统面积小于20hm2或大于40hm2时,工程投

资明显加大,20～40hm2时单位面积投资相差较小。因此,渠灌区单个管灌系统

的控制规模最好是20～40hm2。

1.3管道的设计工作压力标准

综合考虑管材、电力、单系统规模和水泵等因素,管道的设计工作压力需满

足以下几个前提:①管材允许承受的内水压力不大于0.2MPa;②单系统最佳

控制面积20～40hm2,相应的系统设计灌溉流量为100～300m3/h;③根据

系统流量和压力范围,离心泵是渠灌区管道输水灌溉提水加压的最佳选择。

1.4系统优化设计

采用多目标方法进行系统优化设计,其思路为:建立模型、确定非劣解集,然

后根据决策者的偏好信息选择最满意解。

(1)优化目标。多目标包括3个方面:经济性,指年费用最小;可靠性,指系

统在规定条件和规定时间内完成设计功能的能力;适应性,指系统适应多种作物

和采用不同的节水灌溉方式需要的能力。

(2)决策变量。包括灌区划分、管网布置形式、支管和给水栓间距、各管

段管长及相应管径、附属部件布置、水泵选型。

(3)数学模型。根据优化的多目标,建立数学模型:

(4)约束条件。管网允许工作压力0.2MPa,流速约束为1～2m/s,管

径约束为商品管径,水泵工作点约束为高效区工作,基建投资约束为0.4～0.6

万元/hm2。

(5)改进的不完全信息下的偏好估计(IPA