CN109933944A - 一种灌溉低压管道结构优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌溉低压管道结构优化设计方法，该方法在给定经济运营目标的情况下，根据水头损失目标、管道开孔数量、作物需水量等，可以进行管道长度、管径大小、孔口直径的设计计算，进而进行投资经费核算，根据投资预算进而进行管道开孔数和管道长度的优化调整计算。该方法实现灌溉管道基本结构参数设计的同时，降低灌溉运行成本。

Description

一种灌溉低压管道结构优化设计方法

技术领域

本发明涉及农业领域灌溉中的管道结构设计。

背景技术

低压管道常常用于地面灌溉，管道输水可以减少灌溉水的沿途损失,且供水速度快,深受农民欢迎。该系统一般是沿灌溉管道每隔一定距离设置一个出水口，低压管道输水条件下,各出水口的出水量与出水口到供水井的距离成反比。实际运行中,当水泵型号一定时,出水口离水井越远,出水量越小，对灌溉也会产生一定的影响，因此通常需要对灌溉管道结构进行优化设计。

灌溉管道系统往往由水源、水表、水泵、管道、控制阀等组成，在设计管道系统时，需要根据地块的形状、机井的位置来布置，同时根据不同作物和需水量等可以进行管道长度、管径、管孔数量、孔口径和管道投资及运行费等的优化计算。为此人们研究了各种优化设计方法，比如基于管径的管道输水灌溉管网优化设计方法、基于蚁群算法的灌溉管网布置与管径优化设计方法、规模化管道输水灌溉管网系统优化设计方法等。大多是基于管径目标进行优化，但灌溉往往与经济利益目标是紧紧关联的，为此，将对灌溉管道的结构设计方法进行优化。

发明内容

鉴于上述现有技术现状及存在的问题，本发明的目的是寻找一种基于经济目标的灌溉低压管道结构优化设计方法。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明提供一种灌溉低压管道结构优化设计方法，该方法包括：

根据运营预算目标，计算灌溉管道管径；

根据预设的开孔数量和水头损失，计算最大的管道输水长度；

计算管道孔口直径；

根据计算得到的管径大小和管道长度核算管道投资费用。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明将公布一种灌溉的低压管道结构优化设计方法，该方法在给定经济运营目标的情况下，根据水头损失目标、管道开孔数量、作物需水量等，可以进行管道长度、管径大小、孔口直径、投资费用的设计计算。该方法实现灌溉管道基本结构参数设计的同时，降低灌溉运行成本。

附图说明

图1为本发明的一种灌溉低压管道优化设计方法实施流程图。

具体实施例

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明专利作进一步地详细描述。

本发明提供一种灌溉的低压管道结构优化设计方法，该方法在给定经济运营目标的情况下，根据水头损失目标、管道开孔数量、作物需水量等，可以进行管道长度、管径大小、孔口直径、投资费用的设计计算。该方法实现灌溉管道基本结构参数设计的同时，降低灌溉运行成本。具体的工作原理和实施过程如图1所示，包括：

步骤S101，根据运营预算目标，计算灌溉管道管径；

式中a_ib_i为回归系数,可以根据不同管径及单价的系列数据求得；

L_i为i段管道长度；q_i为管内流量，由作物需水量测算，另外t取为1.1，j为年利用率，取为7％～12％。

其中：

ρ为水密度；

E为电费；

Q为管网流量；

T为水泵工作时间；

H为水泵扬程；

η为水泵总效率(％)。

步骤S102，根据预设的开孔数量和水头损失，计算最大的管道输水长度L_i：

式中d为管道内径；Q为水流流量(m³/s)；k为修正系数，一般根据灌溉管道布置时的转弯半径、顺直程度、弯头数量和地平程度等，可以取不同值，根据南方的灌溉特点，这里去k为1.5，F_k为多孔系数，F_k的计算公式如下：

式中N为孔的数量，m为流量指数，c为首孔位置系数，可取为5。

步骤S103，根据上述参数，计算管道孔口直径：

式中q为孔口出水流量(m³/s)，H为多孔工作水头。

步骤S104，根据管径大小和管道长度核算管道投资费用F。

F＝∑L_i×M，M为管单价。如果F过高，这调整开孔数，返回步骤S102重新进行管道长度计算。

上述实施例在给定经济运营目标的情况下，根据水头损失目标、管道开孔数量、作物需水量等，可以进行管道长度、管径大小、孔口直径的设计计算，进而进行投资经费核算，根据投资预算进而进行管道开孔数和管道长度的优化调整计算。该方法实现灌溉管道基本结构参数设计的同时，降低灌溉运行成本，具有良好的使用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种灌溉低压管道结构优化设计方法，其特征在于，所述的管道结构优化设计方法包括：

根据运营预算目标，计算灌溉管道管径；

根据预设的开孔数量和水头损失，计算最大的管道输水长度；

计算管道孔口直径；

根据计算得到的管径大小和管道长度核算管道投资费用。

2.根据权利要求1所述的灌溉低压管道结构优化设计方法，其特征在于，所述灌溉管道管径的计算包括：

其中：

U_i＝A_ia_ib_iL_i

G_i＝b_i+4.871

式中a_ib_i为回归系数,可以根据不同管径及单价的系列数据求得；L_i为i段管道长度；q_i为管内流量，由作物需水量测算，另外t取为1.1，j为年利用率，取为7％～12％；

其中：

ρ为水密度；

E为电费；

Q为管网流量；

T为水泵工作时间；

H为水泵扬程；

η为水泵总效率(％)。

3.根据权利要求1或2所述的灌溉低压管道结构优化设计方法，最大的管道输水长度L_i的计算包括：

式中d为管道内径；Q为水流流量(m³/s)；k为修正系数，一般根据灌溉管道布置时的转弯半径、顺直程度、弯头数量和地平程度等，可以取不同值，根据南方的灌溉特点，这里去k为1.5，F_k为多孔系数。

4.根据权利要求1所述的灌溉低压管道结构优化设计方法，计算管道孔口直径：

式中q为孔口出水流量(m³/s)，H为多孔工作水头。

5.根据权利要求1所述的灌溉低压管道结构优化设计方法，根据计算得到管径大小和管道长度核算管道投资费用F

F＝∑L_i×M

其中，M为管单价，如果F过高，这调整开孔数，并通过最大管道输水长度L_i的计算方法重新进行管道长度计算。