CN109684696A - 一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，包括：根据毛管坡降比和流量指数构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；根据管网布置形式确定微灌毛管管长的计算公式，基于获得的基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数计算获得毛管管长。本发明在给定凯勒均匀系数设计标准和其它设计指标的前提下，可以简便地计算满足凯勒均匀系数的管长数值，确定毛管适宜的布置形式，计算毛管进口工作水头。本发明可提高微灌毛管管长的设计效率；通过考虑适宜的毛管布置形式，优化毛管设计管长，降低系统投资。
Description
技术领域
本发明属于微灌毛管设计技术领域，特别涉及一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法。
背景技术
微灌毛管进口工作水头未知时，设计满足灌水器设计流量和灌水均匀度标准的毛管管长是常见水力设计任务之一。同时，选取适宜的毛管布置形式也可以节省投资，提高灌水质量。凯勒均匀系数是我国较为常用的灌水均匀度设计指标之一。
目前，微灌毛管管长设计方法是在已知毛管管长，灌水器设计流量和其他相关设计参数的基础上，借助牛顿迭代法、二分法、黄金分割法等传统试算法求解毛管管长；其存在的问题是：使用传统试算法对使用者要求一定的编程基础，计算方法较为繁复，且设计过程无法考虑适宜的毛管布置形式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，可以解决上述技术问题，可简化毛管管长水力设计过程，提高设计效率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，包括以下步骤：
根据毛管坡降比和流量指数构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；根据管网布置形式确定微灌毛管管长的计算公式，基于获得的基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数计算获得微灌毛管管长。
进一步的，构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数的计算公式为：
式中：WLEU为基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；J为毛管坡降比；m为流量指数；λEU为基于适宜布置形式的毛管凯勒均匀系数设计参数；x为灌水器流态指数；p为地形坡度类型标识符：逆坡时，p＝-1，平坡时，p＝0，顺坡时，p＝1；S0为地形坡度；ML为毛管管长计算参数；EU(h)为微灌毛管仅考虑水力偏差的凯勒均匀系数；hd为灌水器工作水头，单位：m；ΔHS为毛管进口与末端的地形高差，单位：m；ΔHF为毛管总摩阻损失，单位：m；L为微灌毛管总长度，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，Fs＝1.10～1.20；Q为毛管进口总流量，单位：L/h；N为微灌毛管灌水器个数；se为灌水器间距，单位：m；qd为灌水器设计流量，单位：L/h；D为毛管内径，单位：mm；K为摩阻系数；b为管径指数；设计参数m，K和b取值查阅《微灌工程设计规范》GB/T 50485-2009获得。
进一步的，对于平坡地形，微灌毛管双向布置，管长计算公式为：
式中：L为微灌毛管总长度，单位：m；[EU(h)]为凯勒均匀系数设计标准，L为微灌毛管管长，单位：m；[EU(h)]为凯勒均匀系数设计标准；m为流量指数；ML为毛管管长计算参数；hd为灌水器工作水头，单位：m；x为灌水器流态指数；D为毛管内径，单位：mm；b为管径指数；se为灌水器间距，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，Fs＝1.10～1.20；K为摩阻系数；qd为灌水器设计流量，单位：L/h。
进一步的，对于受地形限制只能单向逆坡布置的微灌毛管：
流量指数m＝1.75时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.304；流量指数m＝1.69时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.297；流量指数m＝1.00时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.200；
其中，[WLEU]为基于凯勒均匀系数设计标准的微灌毛管管长设计参数。
进一步的，对于双向布置的微灌毛管：
流量指数m＝1.75时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤9.625；流量指数m＝1.69时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤9.884；流量指数m＝1.00时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤14.769；其中，[WLEU]为基于凯勒均匀系数设计标准的微灌毛管管长设计参数。
进一步的，对于单向逆坡毛管，毛管坡降比J计算公式为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
进一步的，对于不同流量指数m，基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围满足：
表1、m＝1.75时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表2、m＝1.69时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表3、m＝1.00时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
其中，表1至表3依次为m＝1.75、m＝1.69和m＝1.00时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围。
进一步的，表1至表3中微灌双向毛管坡降比计算值J的计算公式分别为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
进一步的，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计过程，包括以下步骤：
步骤1：根据已知设计参数qd、k和x，计算灌水器设计工作水头hd；
步骤2：当毛管管径D>8mm时，流量指数m＝1.75、管径指数b＝4.75、摩阻系数K＝0.505；
步骤3：根据已知设计参数m、D、se、Fs、K和qd，计算管长设计参数ML＝(m+1)Dbse m/(FsKqd m)；根据已知设计参数x、S0、m、ML、[EU(h)]和hd，利用式(1)计算参数[WLEU]；
其中，
步骤4：当p＝0时，毛管双向布置，根据已知参数x、ML、[EU(h)]、hd和m，利用式(2)计算管长L，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(0.5L)m+1/[(m+2)ML]；
其中，
步骤5：当p＝-1时，毛管单向逆坡布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(3)至式(5)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(-S0ML)/J]1/m，考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L、S0和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)Lm+1/[(m+2)ML]+0.5S0L；
其中，
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
步骤6：当p＝1时，毛管双向布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(6)至式(8)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(S0ML)/J]1/m，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数S0、ML、m和L，计算坡降比参数J＝S0ML/Lm；根据参数m和J，计算最佳支管位置参数RL＝0.0636J2-0.4347J+0.5，当m＝1.69时，计算RL＝0.0582J2-0.4286J+0.5，当m＝1.00时，计算RL＝-3/8J+1/2；根据已知参数hd、RL、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(LRL)m+1/[(m+2)ML]+0.5S0LRL；
其中，当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
步骤7：当毛管内径D<8mm时，假设m＝1.69，则b＝4.69、K＝0.505，重复步骤3至步骤6设计管长L，计算雷诺数Re＝Lqd/(900πDseνT)；若Re>2320，则设计结果满足《微灌工程技术规范》中关于流量指数m的取值要求；若Re≤2320，则m＝1.00、b＝4.00、K＝1.75，重复步骤3至步骤6设计管长L。
进一步的，上述方法还包括：绘制不同流量指数下对应的坡降比与管长设计参数的关系图，判断满足凯勒均匀系数的设计管长个数。
本发明的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，首先，构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数，进而提出各管网布置形式下的毛管管长简易计算公式，通过绘制不同流量指数下对应的坡降比与管长设计参数的关系图；在此基础上提出基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计过程：已知微灌毛管设计凯勒均匀系数，毛管管径及其它设计变量，计算毛管管长和进口工作水头，确定毛管适宜布置形式和最佳支管位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，能够用于微灌毛管管长水力设计过程，可提高微灌毛管管长的设计效率；通过考虑适宜的毛管布置形式，可优化毛管设计管长，降低成本投入。
附图说明
图1是基于凯勒均匀系数的单向逆坡毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.75；
图2是基于凯勒均匀系数的单向逆坡毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.69；
图3是基于凯勒均匀系数的单向逆坡毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.00；
图4是基于凯勒均匀系数的双向毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.75；
图5是基于凯勒均匀系数的双向毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.69；
图6是基于凯勒均匀系数的双向毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图，其中流量指数m＝1.00；
图7是本发明实施例中设计情况I基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图；
图8是本发明实施例中设计情况II基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数WLEU与坡降比J的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
本发明的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，
首先，构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数，进而提出各管网布置形式下的毛管管长简易计算公式，通过绘制不同流量指数下对应的坡降比与管长设计参数的关系图；在此基础上提出基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计过程：已知微灌毛管设计凯勒均匀系数，毛管管径及其它设计变量，计算毛管管长和进口工作水头，确定毛管适宜布置形式和最佳支管位置。
具体的，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长设计参数计算公式为：
式中：WLEU为基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；J为毛管坡降比，J＝ΔHS/ΔHF；m为流量指数；λEU为基于适宜布置形式的微灌毛管凯勒均匀系数设计参数；x为灌水器流态指数；p为地形坡度类型标识符：逆坡时，p＝-1，平坡时，p＝0，顺坡时，p＝1；S0为地形坡度；ML为毛管管长计算参数，ML＝(m+1)Dbse m/(FsKqd m)；EU(h)为微灌毛管仅考虑水力偏差的凯勒均匀系数；hd为灌水器工作水头，单位：m；ΔHS为毛管进口与末端的地形高差，ΔHS＝pS0L，单位：m；L为微灌毛管长度，单位：m；ΔHF为毛管总摩阻损失，ΔHF＝FsKQm/[(m+1)Db]L，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，通常Fs＝1.10～1.20；Q为毛管进口总流量，Q＝N·qd，单位：L/h；N为微灌毛管灌水器个数，对于双向毛管N＝L/se+1，对于单向毛管N＝L/se；se为灌水器间距，单位：m；qd为灌水器设计流量，单位：L/h；D为毛管内径，单位：mm；K为摩阻系数；b为管径指数；设计参数m，K和b取值可查阅《微灌工程设计规范》(GB/T 50485-2009)。
其中，对于平坡地形，微灌毛管管长计算公式为：
式中：L为微灌毛管总长度，单位：m；[EU(h)]为凯勒均匀系数设计标准，L为微灌毛管管长，单位：m；[EU(h)]为凯勒均匀系数设计标准；m为流量指数；ML为毛管管长计算参数；hd为灌水器工作水头，单位：m；x为灌水器流态指数；D为毛管内径，单位：mm；b为管径指数；se为灌水器间距，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，Fs＝1.10～1.20；K为摩阻系数；qd为灌水器设计流量，单位：L/h。
如图1至图3所示，对于受地形限制只能单向逆坡布置的微灌毛管，不同流量指数下对应的坡降比J与管长设计参数WLEU的关系。对于流量指数m＝1.75、1.69或1.00，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件均为：0<[WLEU]≤1.304、0<[WLEU]≤1.297或0<[WLEU]≤1.200，对于给定的灌水器设计流量qd和凯勒均匀系数设计标准[EU(h)]，坡降比J有唯一计算值，毛管管长也只有唯一计算值。
对于单向逆坡毛管，坡降比参数J计算公式为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
如图4至图6所示，对于双向布置的微灌毛管，不同流量指数下对应的坡降比J与管长设计参数WLEU的关系。对于流量指数m＝1.75、1.69或1.00，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件分别为：0≤[WLEU]≤9.625、0≤[WLEU]≤9.884或0≤[WLEU]≤14.769。对于给定的灌水器设计流量qd和凯勒均匀系数设计标准[EU(h)]，坡降比J有唯一计算值，毛管管长也有唯一计算值。
对于不同流量指数m，基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围分别为：
表1、m＝1.75时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表2、m＝1.69时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表3、m＝1.00时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表1～表3中微灌双向毛管坡降比计算值J的计算公式分别为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
设计过程具体为：已知微灌毛管设计凯勒均匀系数[EU(h)]，管径D及其它设计变量，确定毛管管长，适宜布置形式，最佳支管位置和毛管进口工作水头的设计步骤：
步骤1：根据已知设计参数qd、k和x，计算灌水器设计工作水头hd；
步骤2：当管径D>8mm时，流量指数m＝1.75、管径指数b＝4.75、摩阻系数K＝0.505；
步骤3：根据已知设计参数m、D、se、Fs、K和qd，计算管长设计参数ML＝(m+1)Dbse m/(FsKqd m)；根据已知设计参数x、p、S0、m、ML、[EU(h)]和hd，利用式(1)计算参数[WLEU]；
步骤4：当p＝0时，毛管双向布置，根据已知参数x、ML、[EU(h)]、hd和m，利用式(3)计算管长L，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(0.5L)m+1/[(m+2)ML]；
步骤5：当p＝-1时，毛管单向逆坡布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(4)～式(6)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(-S0ML)/J]1/m，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L、S0和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)Lm+1/[(m+2)ML]+0.5S0L；
步骤6：当p＝1时，毛管双向布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(7)～式(9)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(S0ML)/J]1/m，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数S0、ML、m和L，计算坡降比参数J＝S0ML/Lm；根据参数m和J，计算最佳支管位置参数RL＝0.0636J2-0.4347J+0.5，当m＝1.69时，计算RL＝0.0582J2-0.4286J+0.5，当m＝1.00时，计算RL＝-3/8J+1/2；根据已知参数hd、RL、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(LRL)m+1/[(m+2)ML]+0.5S0LRL。
步骤7：当毛管内径D<8mm时，假设m＝1.69，则b＝4.69、K＝0.505，重复步骤3～步骤6设计管长L，计算雷诺数Re＝Lqd/(900πDseνT)。若Re>2320，则设计结果满足《微灌工程技术规范》(国家质检总局2009)中关于流量指数m的取值要求；若Re≤2320，则m＝1.00、b＝4.00、K＝1.75，重复上述步骤3～步骤6。
实施例
已知资料：毛管管径D＝13mm，灌水器间距se＝1.0m，局部水头损失扩大系数Fs＝1.26，灌水器压力流量关系为q＝0.703h0.5，灌水器设计流量qd＝2.22L/h，地形坡度S0＝0.01，凯勒均匀系数设计标准[EU(h)]＝0.95。
情况I：地形坡度类型p＝-1时，计算单向逆坡毛管的设计管长L和进口工作水头h0。具体设计过程如下：
1)计算灌水器设计工作水头hd
2)利用式(2)计算管长设计参数ML
3)利用式(1)计算管长设计参数[WLEU]
根据图7，坡降比只有唯一设计值，因此毛管只有唯一设计值。
4)利用式(4)计算坡降比参数J
J＝-0.0577[WLEU]2-0.6457[WLEU]-0.0551
＝-0.0577×0.7922-0.6457×0.792-0.0551
＝-0.603
5)计算毛管管长L
6)计算毛管进口工作水头h0
为了进一步比较和验证本发明公开方法的设计结果，本发明还计算了传统代表性方法Valiantzas方法(1998)的设计结果：管长计算值L＝107m，毛管进口工作水头h0＝11.74m。本发明的设计结果与Valiantzas方法的设计结果间相对偏差均在1.9％以内。因此，本发明方法的结果具有足够的设计精度；同时，相比需要借助迭代法求解的Valiantzas方法，本发明方法的计算过程简便易行，可以提高设计效率。
情况II：地形坡度类型p＝1时，计算双向毛管的设计管长L，进口工作水头h0，最佳进口位置参数RL和逆坡段毛管长度Lup。具体设计过程如下：
1)计算灌水器设计工作水头hd
2)计算管长设计参数ML
3)利用式(1)计算管长设计参数[WLEU]
根据图8，坡降比只有唯一设计值，因此毛管只有唯一设计值。
4)利用式(7)计算坡降比参数J
J＝0.0004[WLEU]3-0.0115[WLEU]2+0.1606[WLEU]+0.019
＝0.0004×0.7923-0.0115×0.7922+0.1606×0.792+0.019
＝0.1392
5)计算毛管管长L
6)计算最佳支管位置设计参数RL
RL＝0.0637J2-0.4347J+0.5
＝0.0637×0.13922-0.4347×0.1392+0.5
＝0.440
7)计算逆坡段毛管灌水器个数Nup
8)计算逆坡段毛管长度Lup
Lup＝(Nup-1+u)se＝(107-1+0.5)×1＝106.5(m)
10)计算毛管进口工作水头h0
为了进一步比较和验证本发明公开方法的设计结果，本发明还计算了传统代表性方法Keller方法(1990)的设计结果：管长计算值L＝249m，逆坡段毛管长度Lup＝107.5m，毛管进口工作水头h0＝11.74m。本发明的设计结果与Keller方法的设计结果间相对偏差均在2.4％以内。因此，本发明方法的结果具有足够的设计精度；同时，相比需要借助试算法求解的Keller方法，本发明方法的计算过程简便易行，可以提高设计效率。
综上，本发明提出的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法：首先，构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数，进而提出各管网布置形式下的毛管管长简易计算公式，通过绘制不同流量指数下对应的坡降比与管长设计参数的关系图，直观地判断满足凯勒均匀系数的设计管长个数；在此基础上提出基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计过程：已知微灌毛管设计凯勒均匀系数，毛管管径及其它设计变量，计算毛管管长，进口工作水头，确定毛管适宜布置形式。本发明基于能廓线法，以凯勒均匀系数为灌水均匀度指标，构建了考虑适宜布置形式的微灌毛管管长水力解析模型，包括：毛管管长设计参数和毛管管长的计算公式。利用本发明，在给定凯勒均匀系数设计标准和其它设计指标的前提下，可以简便地计算满足凯勒均匀系数的管长个数及具体数值，确定毛管适宜的布置形式，计算毛管进口工作水头。本发明提出了一个新的基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长设计方法，简便可行，可提高微灌工程的设计效率。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据毛管坡降比和流量指数构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；根据管网布置形式确定微灌毛管管长的计算公式，基于获得的基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数计算获得微灌毛管管长。
2.根据权利要求1所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，构建基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数的计算公式为：
式中：WLEU为基于凯勒均匀系数的毛管管长设计参数；J为毛管坡降比；m为流量指数；λEU为基于适宜布置形式的毛管凯勒均匀系数设计参数；x为灌水器流态指数；p为地形坡度类型标识符：逆坡时，p＝-1，平坡时，p＝0，顺坡时，p＝1；S0为地形坡度；ML为毛管管长计算参数；EU(h)为微灌毛管仅考虑水力偏差的凯勒均匀系数；hd为灌水器工作水头，单位：m；ΔHS为毛管进口与末端的地形高差，单位：m；ΔHF为毛管总摩阻损失，单位：m；L为微灌毛管管长，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，Fs＝1.10～1.20；Q为毛管进口总流量，单位：L/h；N为微灌毛管灌水器个数；se为灌水器间距，单位：m；qd为灌水器设计流量，单位：L/h；D为毛管内径，单位：mm；K为摩阻系数；b为管径指数；设计参数m，K和b取值查阅《微灌工程设计规范》GB/T 50485-2009获得。
3.根据权利要求2所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，对于平坡地形，微灌毛管双向布置，微灌毛管管长计算公式为：
式中：L为微灌毛管管长，单位：m；[EU(h)]为凯勒均匀系数设计标准；m为流量指数；ML为毛管管长计算参数；hd为灌水器工作水头，单位：m；x为灌水器流态指数；D为毛管内径，单位：mm；b为管径指数；se为灌水器间距，单位：m；Fs为考虑灌水器局部水头损失的毛管总水头损失扩大系数，Fs＝1.10～1.20；K为摩阻系数；qd为灌水器设计流量，单位：L/h。
4.根据权利要求2所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，对于受地形限制只能单向逆坡布置的微灌毛管：
流量指数m＝1.75时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.304；流量指数m＝1.69时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.297；流量指数m＝1.00时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0<[WLEU]≤1.200；
其中，[WLEU]为基于凯勒均匀系数设计标准的微灌毛管管长设计参数。
5.根据权利要求1所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，对于双向布置的微灌毛管：
流量指数m＝1.75时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤9.625；流量指数m＝1.69时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤9.884；流量指数m＝1.00时，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长存在设计值的条件为：0≤[WLEU]≤14.769；
其中，[WLEU]为基于凯勒均匀系数设计标准的微灌毛管管长设计参数。
6.根据权利要求2所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，对于单向逆坡毛管，毛管坡降比J计算公式为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
7.根据权利要求2所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，对于不同流量指数m，基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围满足：
表1、m＝1.75时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表2、m＝1.69时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
表3、m＝1.00时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围
其中，表1至表3依次为m＝1.75、m＝1.69和m＝1.00时基于凯勒均匀系数的微灌双向毛管设计管长取值范围。
8.根据权利要求7所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，表1至表3中微灌双向毛管坡降比计算值J的计算公式分别为：
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
9.根据权利要求8所述的一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于，基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计过程，包括以下步骤：
步骤1：根据已知设计参数qd、k和x，计算灌水器设计工作水头hd；
步骤2：当毛管管径D>8mm时，流量指数m＝1.75、管径指数b＝4.75、摩阻系数K＝0.505；
步骤3：根据已知设计参数m、D、se、Fs、K和qd，计算管长设计参数ML＝(m+1)Dbse m/(FsKqd m)；根据已知设计参数x、p、S0、m、ML、[EU(h)]和hd，利用式(1)计算参数[WLEU]；
其中，
步骤4：当p＝0时，毛管双向布置，根据已知参数x、ML、[EU(h)]、hd和m，利用式(2)计算管长L，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(0.5L)m+1/[(m+2)ML]；
其中，
步骤5：当p＝-1时，毛管单向逆坡布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(3)至式(5)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(-S0ML)/J]1/m，考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数hd、ML、L、S0和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)Lm+1/[(m+2)ML]+0.5S0L；
其中，
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
步骤6：当p＝1时，毛管双向布置，根据已知参数[WLEU]和m，利用式(6)至式(8)计算坡降比J，根据已知参数S0、ML、m和J，计算管长L＝[(S0ML)/J]1/m，综合考虑地形条件选取长度不超过L的毛管设计管长；根据已知参数S0、ML、m和L，计算坡降比参数J＝S0ML/Lm；根据参数m和J，计算最佳支管位置参数RL＝0.0636J2-0.4347J+0.5，当m＝1.69时，计算RL＝0.0582J2-0.4286J+0.5，当m＝1.00时，计算RL＝-3/8J+1/2；根据已知参数hd、RL、ML、L和m，计算毛管进口工作水头h0＝hd+(m+1)(LRL)m+1/[(m+2)ML]+0.5S0LRL；
其中，
当流量指数m＝1.75时，
当流量指数m＝1.69时，
当流量指数m＝1.00时，
步骤7：当毛管内径D<8mm时，假设m＝1.69，则b＝4.69、K＝0.505，重复步骤3至步骤6设计管长L，计算雷诺数Re＝Lqd/(900πDseνT)；若Re>2320，则设计结果满足《微灌工程技术规范》中关于流量指数m的取值要求；若Re≤2320，则m＝1.00、b＝4.00、K＝1.75，重复步骤3至步骤6设计管长L。
10.根据权利要求1至9中任一项所述一种基于凯勒均匀系数的微灌毛管管长水力设计方法，其特征在于该方法还包括：绘制不同流量指数下对应的坡降比与管长设计参数的关系图，判断满足凯勒均匀系数的设计管长个数。
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