仵 峰，王宇璨，宰松梅，劉群昌

(1.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院,鄭州 450045; 2.河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州 450046;3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所, 北京 100048)

0 引 言

管道灌溉技術(shù)因其輸配水效率高、損失小，灌水快速、均勻、精確，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)[1]，為我國(guó)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方式。由于管道系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)受許多因素的影響，管網(wǎng)優(yōu)化研究為其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。管網(wǎng)優(yōu)化包括布置優(yōu)化和管徑優(yōu)化。管網(wǎng)布置優(yōu)化分為骨干輸水管網(wǎng)和田間配水管網(wǎng)的優(yōu)化。骨干輸水管網(wǎng)優(yōu)化是在水源和各取水點(diǎn)位置已定的情況下，以總管長(zhǎng)最小或投資最少等為目標(biāo)，尋求水源與各取水點(diǎn)之間的連接方式；田間配水管網(wǎng)系統(tǒng)由干管(分干管)、支管、毛管組成，其優(yōu)化主要是選擇合適的布置形式和管道組合；管徑優(yōu)化是在確定了管網(wǎng)布置的基礎(chǔ)上，根據(jù)灌溉制度確定管道流量從而選擇管徑。

早期，國(guó)外管網(wǎng)布置優(yōu)化多采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，后通過矢量法進(jìn)行改進(jìn)。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(1992)主張用近鄰規(guī)劃、120度規(guī)劃和單位矢量修正分三步進(jìn)行優(yōu)化。國(guó)內(nèi)魏永曜等[2]引入圖論中的最小生成樹，使連成的管網(wǎng)總長(zhǎng)度最短；林性粹等[3]提出用正交表尋求管網(wǎng)最優(yōu)布置方案。管徑優(yōu)化常用的方法有微分法[4]、線性規(guī)劃法[5]、非線性規(guī)劃法[6]和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法[7]。

近年，智能算法的出現(xiàn)使得最優(yōu)化問題得到了更好的解決，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[8]、遺傳算法[9]、粒子群算法[10]、和聲算法[11]等。隨著智能算法的不斷改進(jìn)，優(yōu)化目標(biāo)也從單一目標(biāo)向多目標(biāo)轉(zhuǎn)變。Mohammad Masoumi等[12]采用最大最小螞蟻系統(tǒng)算法，同時(shí)達(dá)到管網(wǎng)布置和管徑組合兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)；Mohammad JavadMonem等[13]提出一種新型粒子群法對(duì)管網(wǎng)布置進(jìn)行優(yōu)化，管徑優(yōu)化采用改進(jìn)的Labye迭代不連續(xù)法。同時(shí)，一些新的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也相繼出現(xiàn)，如灌水均勻度、單位面積費(fèi)用[14]、管網(wǎng)可靠性[15]、經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)最大化[16]等。上述研究中，都只適用于布置形式和灌溉面積已定的情況，針對(duì)此，李援農(nóng)等[17]建立了不限定管網(wǎng)系統(tǒng)面積情形下田間管網(wǎng)優(yōu)化模型，提出將一個(gè)大型系統(tǒng)規(guī)劃為若干個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，先確定小系統(tǒng)的形狀、規(guī)模，再以此為基礎(chǔ)確定骨干管網(wǎng)的形式與規(guī)模，所以首先應(yīng)確定各級(jí)系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式。

管網(wǎng)布置形式主要包括樹狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)常用樹狀管網(wǎng)。樹狀管網(wǎng)最常用的有“豐”字形布置和“π”形布置，比較適合于田塊形狀趨近正方形的情形，而當(dāng)控制面積較大時(shí)，可使用擴(kuò)大的“豐”字形和“π”形來進(jìn)行管網(wǎng)布置。如文獻(xiàn)[18]提出的田間管網(wǎng)優(yōu)化模型，水源、輸水干管和分干管采用了“豐”字形布置，分干管和支管采用“π”形布置，支管和毛管采用了“豐”字形布置。因此，一個(gè)完整的灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)可以視為不同長(zhǎng)度尺度下2種布置方式的組合。布置形式確定后進(jìn)行管徑優(yōu)化，管徑計(jì)算方法主要有求導(dǎo)法、經(jīng)濟(jì)流速法、經(jīng)驗(yàn)公式法，同時(shí)還受一次灌水時(shí)長(zhǎng)的影響。本文主要對(duì)不同規(guī)模管網(wǎng)的流量、管徑及投資的變化情況進(jìn)行研究，并比較其布置形式、管徑計(jì)算方法和一次灌水時(shí)長(zhǎng)對(duì)投資的影響。

圖1 典型布置方案Fig.1 Typical layout

1 材料與方法

1.1 管網(wǎng)布置

某灌區(qū)由8塊邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形小區(qū)組成，水源位于短邊中點(diǎn)。以“豐”字形和“π”形布置為例，如圖1所示。

1.2 管徑確定

1.2.1 管徑計(jì)算方法

(1)求導(dǎo)法。對(duì)于某一管段，當(dāng)管道壓力和流量一定時(shí)，管徑增大，管道流速減小，水頭損失減小，運(yùn)行費(fèi)降低，但基建費(fèi)增大；管徑減小，管道流速增大，水頭損失增大，運(yùn)行費(fèi)增加，但管材基建費(fèi)降低。

(1)

式中：Dj為求導(dǎo)法的計(jì)算管徑，mm；b為管徑系數(shù)；β為考慮局部水頭損失的加大系數(shù)；E為電價(jià)，元/kWh；Q為管網(wǎng)流量，m3/h；T為水泵年運(yùn)行時(shí)間，h；f為摩阻系數(shù)；qj為揚(yáng)程計(jì)算管線上的管段流量，m3/h；m為流量系數(shù)；η為機(jī)泵平均工作效率；α為均付因子；p為維修率；K1為材料系數(shù)，與材料密度和材料價(jià)格有關(guān)；K2為耐壓系數(shù)，與設(shè)計(jì)壓力和材料許用應(yīng)力有關(guān)。

令：

(2)

則上式變?yōu)椋?/p>

(3)

求導(dǎo)法是以串聯(lián)管路為基礎(chǔ)的，揚(yáng)程計(jì)算管線上的管徑按上式計(jì)算，非揚(yáng)程計(jì)算管線上的管徑參照相同流量的管段。如“豐”字形的揚(yáng)程計(jì)算管線為A1-B1-C1-D1-E1-F1，“π”形為A2-B2-C2-D2-E2-F2。A點(diǎn)到F點(diǎn)5個(gè)管段的管徑用上式計(jì)算，其他管段的管徑參照相同流量的管段。

(2)經(jīng)濟(jì)流速法。經(jīng)濟(jì)流速法是根據(jù)管材確定適宜流速，由管道水力學(xué)計(jì)算理論管徑，公式如下：

(4)

式中：De為經(jīng)濟(jì)流速法的計(jì)算管徑，mm；qi為管段流量，m3/h；v為經(jīng)濟(jì)流速，m/s。

(3)經(jīng)驗(yàn)公式法。經(jīng)驗(yàn)公式法是根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算理論管徑，公式如下：

(5)

式中：Df為經(jīng)驗(yàn)公式法的計(jì)算管徑，mm。

1.2.2 管徑選擇

根據(jù)規(guī)范，選取與計(jì)算管徑相鄰的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，計(jì)算單位管長(zhǎng)的年費(fèi)用，選用費(fèi)用較低的管徑。本文利用Python程序?qū)崿F(xiàn)管徑自動(dòng)選擇。

1.3 管網(wǎng)投資計(jì)算方法

在低壓管道灌溉系統(tǒng)中，管網(wǎng)年費(fèi)用是一個(gè)重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。管網(wǎng)年費(fèi)用包括管網(wǎng)基建費(fèi)和管網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)，年費(fèi)用可表示為：

W=αF+CR

(6)

(7)

式中：i為社會(huì)折現(xiàn)率；t為經(jīng)濟(jì)計(jì)算期，a；W為管網(wǎng)年費(fèi)用，元；F為管網(wǎng)基建費(fèi)，元；CR為管網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)，元。

(1)管網(wǎng)基建費(fèi)。不考慮泵站投資，管網(wǎng)基建費(fèi)即組成管網(wǎng)所有管道的價(jià)格，可表示為：

(8)

式中：i為管段編號(hào)；n為管網(wǎng)管段總數(shù)；cost(D)為管道單價(jià)，元/m；li為各管段長(zhǎng)度，m。

管道價(jià)格受工藝影響較大，不同廠商報(bào)價(jià)各不相同，所以計(jì)算管道的理論價(jià)格，可表示為：

cost(D)=K1K2(K2+2)D2

(9)

(10)

式中：ρ為材料密度，g/cm3；z為材料市場(chǎng)價(jià)格，元/t；[σ]為管子材料在設(shè)計(jì)溫度下的基本許用應(yīng)力，MPa；P為管道設(shè)計(jì)壓力，MPa。

(2)管網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)。管網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)用CR包括管網(wǎng)運(yùn)行的能耗費(fèi)CE、維修費(fèi)CU和管理費(fèi)CM。CM與勞動(dòng)力價(jià)格有關(guān)，視為常數(shù)，予以忽略，CU可用年維修率p乘上F計(jì)算。當(dāng)管道流量和出水點(diǎn)壓力不變時(shí)，管徑不同，相應(yīng)管道中的流速不同，而流速會(huì)影響水頭損失的大小，從而水泵揚(yáng)程不同，能耗費(fèi)不同，CE用下式表示：

(11)

(12)

T=Ndt

(13)

式中：H為水泵揚(yáng)程，m；A為總灌溉面積，m2；d為一次灌水天數(shù)；t為每天灌水時(shí)數(shù)，h；M為灌溉定額，mm；N為年灌水次數(shù)；η0為灌溉水利用系數(shù)；其余符號(hào)含義同前。

水泵揚(yáng)程采用下式表示：

H=H0+Hp+∑hf+∑hj+Hg=

(14)

式中：H為水泵揚(yáng)程，m；H0為水泵凈揚(yáng)程，m；Hp為水泵進(jìn)出口水頭損失；∑hf為計(jì)算管線沿程水頭損失，m；∑hj為計(jì)算管線局部水頭損失，m；Hg為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)給水栓控制水頭，m；j為計(jì)算管線上的管道編號(hào)；k為計(jì)算管線上管段總數(shù)；Dj為計(jì)算管線各管段內(nèi)徑，mm；lj為計(jì)算管線各管段長(zhǎng)度，m。

2 參數(shù)選取

某地計(jì)算凈灌水定額為532.5 m3/hm2，考慮灌水效率，取整后的設(shè)計(jì)灌水定額為600 m3/hm2。管材采用UPVC管，根據(jù)中國(guó)塑協(xié)塑料管道專業(yè)委員會(huì)2017年7月提供的信息，給水用硬聚氯乙烯管價(jià)格為11 100 元/t，密度1.44 g/cm3，管徑小于110 mm時(shí)許用應(yīng)力取10 MPa，管徑大于等于110 mm時(shí)取12.5 MPa。

本文所有管道均采用續(xù)灌方式，灌溉水利用效率95%。電價(jià)0.6 元/kWh，機(jī)泵效率76%，年維修率取1%，社會(huì)折現(xiàn)率取7%，β值取1.1，經(jīng)濟(jì)計(jì)算期15 a。

管網(wǎng)規(guī)模L分別取25 m(面積0.5 hm2)、50 m(面積2 hm2)、100 m(面積8 hm2)、250 m(面積50 hm2)、500 m(面積200 hm2)、1 000 m(面積800 hm2)、1 500 m(面積1 800 hm2)、2 000 m(面積3 200 hm2)，一次灌水時(shí)長(zhǎng)按3.5 d計(jì)算，每天工作22 h，年灌水次數(shù)暫按1次計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，1次灌水時(shí)長(zhǎng)和年灌水時(shí)長(zhǎng)都為77 h。

3 結(jié)果與分析

3.1 管段流量

3.1.1 管段流量隨管網(wǎng)規(guī)模的變化

根據(jù)灌水定額計(jì)算2種布置形式各長(zhǎng)度尺度下的管段流量，結(jié)果見圖2。

圖2 不同規(guī)模下的管段流量Fig.2 Pipe flow at different scales

由圖2可知，管段流量與長(zhǎng)度尺度呈二次函數(shù)關(guān)系，隨長(zhǎng)度尺度的增大而增加，上游管道流量隨長(zhǎng)度尺度的增大增加得更快。比較兩種布置方案的管段流量，“π”形的A-B段和B-C段流量相同；2種布置形式下的D-E段和E-F段流量分別對(duì)應(yīng)相同，“π”形B-C段和“豐”字形C-D段流量相同；A-B段流量“π”形僅為“豐”字形的1/2。所以同一管段，由于“π”形的對(duì)稱布置，其管段流量小于等于“豐”字形布置。當(dāng)長(zhǎng)度尺度較大時(shí)，上游管段流量大，從而影響管網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，此時(shí)可以適當(dāng)選用“π”形布置進(jìn)行分流。

3.1.2 管道內(nèi)徑隨管網(wǎng)規(guī)模的變化

根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力和材料計(jì)算相關(guān)參數(shù)，結(jié)果如表1。

表1 參數(shù)計(jì)算Tab.1 Parameter calculation

根據(jù)不同管網(wǎng)規(guī)模下的管段流量和相關(guān)系數(shù)，用求導(dǎo)法計(jì)算管徑，結(jié)果見圖3。

圖3 用求導(dǎo)法計(jì)算管徑時(shí)不同規(guī)模管網(wǎng)的管道內(nèi)徑Fig.3 The nominal inner diameter at different sizes of pipe networks when the pipe diameter is calculated using the method of derivation

由圖3可知，管道內(nèi)徑與管網(wǎng)長(zhǎng)度呈冪函數(shù)關(guān)系，隨長(zhǎng)度尺度的增大而增加。如A-B管段的擬合方程為y=2.255 1 x0.824 5，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 2，相關(guān)性較高。隨著長(zhǎng)度尺度的增大，商用內(nèi)徑增加得越來越慢。當(dāng)長(zhǎng)度尺度增加1倍，管網(wǎng)流量和管段流量都增加3倍，計(jì)算管徑增加約0.76倍，調(diào)整為商用規(guī)格時(shí)，由于大口徑管道規(guī)格跨度較大，可能在某一尺度區(qū)間內(nèi)都是選用同一管徑最為經(jīng)濟(jì)，所以在長(zhǎng)度尺度較大時(shí)，商用管徑增加得比較平緩。在5個(gè)管段中，A-B段的商用內(nèi)徑隨長(zhǎng)度尺度的增加最快，E-F段增加最慢。

如表2所示，用求導(dǎo)法選管時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)不同長(zhǎng)度尺度下的管段流量相同的情形。如25m尺度下的A-B段和50m尺度下的D-E段，管段流量都是4.10m3/h，前者商用內(nèi)徑為30mm，后者為37.6mm，50m尺度下的商用內(nèi)徑大1個(gè)規(guī)格。這是因?yàn)榍髮?dǎo)法的計(jì)算內(nèi)徑與管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量成正相關(guān)，管段流量相同，長(zhǎng)度尺度增加1倍，商用內(nèi)徑會(huì)增加1～2個(gè)規(guī)格。

3.2 管網(wǎng)投資

3.2.1 管網(wǎng)規(guī)模對(duì)各項(xiàng)投資的影響

以“豐”字形布置為例，根據(jù)求導(dǎo)法的選管情況計(jì)算單位面積上的基建費(fèi)(折舊后)、年運(yùn)行費(fèi)和年費(fèi)用，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，單位面積上的基建費(fèi)和年費(fèi)用都與長(zhǎng)度尺度呈冪函數(shù)關(guān)系，單位面積上的年運(yùn)行費(fèi)與長(zhǎng)度尺度呈二次函數(shù)關(guān)系，三者都隨長(zhǎng)度尺度的增大而增加。單位面積上的基建費(fèi)、年費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)分別用y1、y2、y3表示，三者與L的擬合方程分別為y1=0.001 7L0.508 3，y2=0.000 7L0.590 6，y3=-2×10-9L2+10-5L+0.004 8,相關(guān)系數(shù)R2分別為0.995 9、0.996 9、0.994 8，相關(guān)度較高?；ㄙM(fèi)隨長(zhǎng)度尺度的增長(zhǎng)快于年運(yùn)行費(fèi)，尺度為25 m時(shí)，基建費(fèi)和年運(yùn)行費(fèi)都為0.005元，尺度為2 000 m時(shí)，基建費(fèi)為0.064元，年運(yùn)行費(fèi)為0.022元，基建費(fèi)約為年運(yùn)行費(fèi)的3倍。年費(fèi)用為折舊后的基建費(fèi)和年運(yùn)行費(fèi)的和，由圖5也可以看出，年費(fèi)用隨尺度的增長(zhǎng)趨勢(shì)與基建費(fèi)相似，說明在年灌水時(shí)長(zhǎng)為77 h時(shí)，年費(fèi)用受基建費(fèi)的影響較大。當(dāng)灌水次數(shù)增加時(shí)，年灌水時(shí)長(zhǎng)增加，年運(yùn)行費(fèi)隨之增加，對(duì)年費(fèi)用的影響也更加顯著。

表2 管道內(nèi)徑比較Tab.2 Commercial inner diameter comparison

圖4 單位面積上各項(xiàng)費(fèi)用隨管網(wǎng)規(guī)模變化Fig.4 Per unit area cost varies with the scale

3.2.2 管網(wǎng)布置方式對(duì)投資的影響

由圖5可知，單位面積上的各項(xiàng)費(fèi)用最高不超過0.1元，數(shù)值較小，2種布置方案差距不明顯，所以比較2種方案在不同長(zhǎng)度尺度下的各項(xiàng)總費(fèi)用，結(jié)果見表3。

由表3可知，在大部分長(zhǎng)度尺度下，“π”形布置的總基建費(fèi)、總年運(yùn)行費(fèi)和總年費(fèi)用均低于“豐”字形，僅在尺度為50和500 m時(shí)，“豐”字形的總基建費(fèi)低于“π”形，但“π”形的總運(yùn)行費(fèi)低于“豐”字形，總年費(fèi)用仍是”π”形更低。總體來說，兩種布置方案在100 m尺度以下時(shí)差距不大，長(zhǎng)度尺度越大，“π”形的優(yōu)勢(shì)越明顯，長(zhǎng)度尺度為2 000 m時(shí)，“π”形較“豐”字形能節(jié)省超過14萬元。所以，長(zhǎng)度尺度在100 m以上(面積>8 hm2)的灌區(qū)，管網(wǎng)可以布置成“π”形，以節(jié)省總投資；長(zhǎng)度尺度不超過100 m(面積≤8 hm2)的田間管網(wǎng)，2種布置形式均可。

表3 管網(wǎng)布置方式經(jīng)濟(jì)性比較Tab.3 Economical comparison of pipe network layout

3.2.3 管徑計(jì)算方法對(duì)投資的影響

不同的管徑計(jì)算方法計(jì)算出的管徑不同，各項(xiàng)費(fèi)用也不同，結(jié)果見表4。

表4 不同管徑計(jì)算方法經(jīng)濟(jì)性比較Tab.4Economic comparison of different pipe diameter calculation methods

比較表4中的各項(xiàng)費(fèi)用，從基建費(fèi)方面來看，L在500 m以下時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式法的總基建費(fèi)最低；L在500～2 000 m時(shí)，求導(dǎo)法的總基建費(fèi)最低，而經(jīng)濟(jì)流速法的總基建費(fèi)最高，L在2 000 m尺度下總基建費(fèi)達(dá)到求導(dǎo)法的2.5倍。

從運(yùn)行費(fèi)方面來看，L在1 000 m以下時(shí)，經(jīng)濟(jì)流速法的總年運(yùn)行費(fèi)最低；L在1 000～2 000 m時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式法的總年運(yùn)行費(fèi)最低，而求導(dǎo)法的總年運(yùn)行最高，在2 000 m尺度下的總年運(yùn)行費(fèi)達(dá)到經(jīng)驗(yàn)公式法的1.4倍。

從總費(fèi)用方面來看，L在50 m以下時(shí)，經(jīng)濟(jì)流速法的總年費(fèi)用最低；L在50～1 000 m時(shí)，經(jīng)驗(yàn)公式法的總年費(fèi)用最低；L在1 000～2 000 m時(shí)，求導(dǎo)法的總年費(fèi)用最低。

總之，經(jīng)濟(jì)流速法不利于節(jié)省基建費(fèi)；求導(dǎo)法不利于節(jié)省運(yùn)行費(fèi)；年總費(fèi)用方面，可以將管網(wǎng)規(guī)模分為3個(gè)區(qū)間，面積在4 hm2以下的田間管網(wǎng)，如滴灌管網(wǎng)選管時(shí)可采用經(jīng)濟(jì)流速法，面積在4～1 600 hm2的輸配水管網(wǎng)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式法選管，面積在1 600～6 400 hm2的骨干輸水管網(wǎng)，可采用求導(dǎo)法。

3.2.4 一次灌水時(shí)長(zhǎng)對(duì)投資的影響

將1次灌水時(shí)長(zhǎng)增加至7和14 d，每天工作22 h，則一次灌水時(shí)長(zhǎng)分別為154和308 h，年灌水次數(shù)按1次計(jì)算，則年灌水時(shí)長(zhǎng)分別為154和308 h，比較3種灌水時(shí)長(zhǎng)條件下單位面積上的各項(xiàng)費(fèi)用，結(jié)果如圖5。

圖5 不同管網(wǎng)長(zhǎng)度各項(xiàng)費(fèi)用隨灌水時(shí)長(zhǎng)的變化Fig.5 costof different pipe network lengths varies with the duration of one irrigation

由圖5可知，單位面積上的基建費(fèi)、年運(yùn)行費(fèi)和年費(fèi)用都隨1次灌水時(shí)長(zhǎng)的增加而減小。在相同灌水定額下，1次灌水時(shí)長(zhǎng)增加，相應(yīng)的管段流量會(huì)減小，管徑減小，從而基建費(fèi)降低。管網(wǎng)流量和灌水次數(shù)不變時(shí)，隨著1次灌水時(shí)長(zhǎng)的增加，年灌水時(shí)長(zhǎng)也會(huì)增加，若水泵揚(yáng)程不變，年運(yùn)行費(fèi)相應(yīng)會(huì)增加，但管段流量和選管情況的變化會(huì)導(dǎo)致水泵揚(yáng)程的改變，所以一次灌水時(shí)長(zhǎng)對(duì)年運(yùn)行費(fèi)的影響由二者共同決定，在圖5中的灌水時(shí)長(zhǎng)下，年運(yùn)行費(fèi)隨一次灌水時(shí)長(zhǎng)的增加而降低。當(dāng)1次灌水時(shí)長(zhǎng)增加1倍時(shí)，單位面積上的基建費(fèi)、年運(yùn)行費(fèi)和年費(fèi)用平均分別降低29.0%、16.1%、24.8%。當(dāng)然1次灌水時(shí)長(zhǎng)也不是越長(zhǎng)越好，超過灌水周期會(huì)影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，所以1次灌水時(shí)長(zhǎng)可以結(jié)合灌水周期，適當(dāng)延長(zhǎng)以節(jié)省各項(xiàng)投資。

4 結(jié) 語

計(jì)算了灌水定額為600 m3/hm2時(shí)，8種管網(wǎng)規(guī)模條件下的管段流量、管道內(nèi)徑以及單位面積上的各項(xiàng)費(fèi)用，分析了三者隨管網(wǎng)規(guī)模的變化趨勢(shì)；對(duì)比了“豐”字形和“π”形布置在不同管網(wǎng)規(guī)模下的經(jīng)濟(jì)性；并分析了不同管徑計(jì)算方法及灌水時(shí)長(zhǎng)對(duì)投資的影響。得出以下主要結(jié)論。

(1)管段流量與管網(wǎng)規(guī)模呈二次函數(shù)關(guān)系，管道內(nèi)徑與管網(wǎng)規(guī)模呈冪函數(shù)關(guān)系，二者都隨管網(wǎng)規(guī)模的增大而增加。管段流量相同時(shí)，大規(guī)模管網(wǎng)管道內(nèi)徑更大。單位面積上的基建費(fèi)(折舊后)和年費(fèi)用與管網(wǎng)規(guī)模呈冪函數(shù)關(guān)系，年運(yùn)行費(fèi)與管網(wǎng)規(guī)模呈二次函數(shù)關(guān)系，3種費(fèi)用都隨管網(wǎng)規(guī)模的增大而增加。

(2)比較“豐”字形和“π”形布置的總基建費(fèi)、總年運(yùn)行費(fèi)和總年費(fèi)用，“π”形布置在8 hm2以上時(shí)3項(xiàng)費(fèi)用均低于“π”形布置，8 hm2以下時(shí)2種布置形式各項(xiàng)費(fèi)用均相近。

(3)在計(jì)算管徑時(shí)，為了節(jié)省基建費(fèi)，不宜采用經(jīng)濟(jì)流速法，建議200 hm2以下管網(wǎng)采用經(jīng)驗(yàn)公式法200 hm2以上管網(wǎng)采用求導(dǎo)法；為了節(jié)省年運(yùn)行費(fèi)，不宜采用求導(dǎo)法，800 hm2以下管網(wǎng)適合采用經(jīng)濟(jì)流速法，800 hm2以上管網(wǎng)適合采用經(jīng)驗(yàn)公式法；在年費(fèi)用方面，可以將管網(wǎng)規(guī)模分為3個(gè)區(qū)間，管網(wǎng)規(guī)模在2 hm2以下時(shí)，采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算管徑，管網(wǎng)規(guī)模在2～800 hm2時(shí)，采用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算管徑，800～3200 hm2時(shí)，采用求導(dǎo)法計(jì)算管徑。

(4)在利用求導(dǎo)法計(jì)算管徑時(shí)，隨著1次灌水時(shí)長(zhǎng)的增加，基建費(fèi)、年運(yùn)行費(fèi)和年費(fèi)用都隨之下降。所以為了節(jié)省管網(wǎng)投資，在不影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的條件下，可適當(dāng)延長(zhǎng)1次灌水的時(shí)長(zhǎng)。