灌溉管网调压池布置与管径同步优化研究

【目的】保证大规模自压式树状灌溉管网的安全运行,在管网系统中布置若干个调压池进行分区灌溉。【方法】采用基于整数编码的双重编码方法,将调压池和干管管网作为一个整体,以干管管道造价与调压池造价与干管管道造价之和最小为目标函数,以压力节点水头与管道流速为约束条件,建立相关数学模型,并运用遗传算法求解。【结果】该方法实现了调压池布置优化与管径优化的同步进行,最终在系统中共布置2座调压池,分别位于节点2与节点4,将管网系统分为3个区域。优化得到的配水干管总长度10 973.7 m,较人工经验法减少12.02%,系统总投资464.80万元,较人工经验法减少17.23%。优化后每个区域内各节点水头更为均衡,水头差最大区域为第Ⅰ区,仅有12.5m,较人工经验法的26.4m更为稳定均衡。【结论】基于整数编码的双重编码方法可获得较优的自压式树状灌溉管网调压池布置方案,为地形条件相似的管网布置提供了参考。     

高效节水灌溉管道流量计算原则初探

对于管网优化及投资分析来说,最不利情况下的水力条件不是普遍条件,不能够完全代表管网应当有的优化假定条件。通过管道控制灌溉面积来确定管道的流量,按照满足在一天内,管道控制的所有灌水器都灌溉一次的原则确定,并给出公式。让管道的流量这一重要参数,在高效节水灌溉工程优化和设计计算中变得简单并容易计算。     

灌溉管网优化设计研究进展

灌溉管网优化设计对降低能耗、节省投资以及提高灌水质量等方面都具有着十分重要的理论与现实意义。在国内外研究的基础上,从输水、配水2个角度对灌溉管网优化问题进行了全面剖析,概括了管网布置优化、管网管径优化、管网布置与管径同步优化,以及微灌田间配水管网优化的研究现状。最后,给出了未来灌溉管网优化设计的研究方向,特别提出应加强山丘区灌溉管网的优化设计研究。     

不同规模灌溉管网优化设计

管网布置和管径组合是灌溉管网优化的2个主要方面,直接关系到灌溉工程的投资和运行。分析了管段流量、管道内径和管网投资随管网规模的变化情况,并以"丰"字形和"π"形布置为例,分析了管网布置形式、管径计算方法和灌水时长对管网投资的影响。结果表明:①管段流量与管网规模呈二次函数关系,管道内径与管网规模呈幂函数关系,单位面积上的基建费和年费用与管网规模呈幂函数关系,年运行费与管网规模呈二次函数关系,各项费用都随灌水时长的增加而降低;②"π"形布置适用于管网规模8 hm~2以上的情形,8 hm~2以下时2种布置形式均可。③计算管径时,为了节省基建费不宜采用经济流速法,为了节省运行费不宜采用求导法,以年费用最低为目标时,管网规模在2 hm~2以下时采用经济流速法,2～800 hm~2时采用经验公式法,800～3 200 hm~2时采用求导法。     

树状田间管网布置的有关问题探讨

树状田间管网布置的有关问题探讨陈耀锋（山东省东平县州城镇水利站２７１５０６）低压管道输水灌溉技术现已成为平原井灌区的主要灌溉方式，特别是半固定式系统，由于使用管理方便、节水效果明显而迅速发展。管网的布置及管材、管径的选择是否合理，是决定工程投资与效益...     

管灌工程规划设计问题

<正> 管灌工程的规划设计,制约着工程投资、效益和运行管理等多方面指标。其规划设计理论和方法与传统的灌溉工程基本相同。如灌溉制度、机井工程、田间工程和用水计划等。但是,管灌工程规划设计也有其特殊性。笔者针对管道系统能耗;管道输水型式;管道系统布置;管网优化设计和管道结构设计等问题。探讨了有关结论和数学表达式,供生产和科研工作参考。     

井灌区低压管道规划设计问题

从充分满足田间灌水技术要求出发，针对井灌区的低压管道规划设计。讨论了单井出水量与入畦流量、管径和同时灌畦田数目之间的定量关系。在此基础上论述了给水栓以下的田间地面灌水系统布置形式和管网优化布置。     

基于枚举法和遗传算法的农田有压管道系统优化设计

针对当前农田灌溉管道工程设计规划难以达到最优、农业灌溉供水成本过高等问题,从用水户角度出发,以管长、管径、水泵扬程等因素为变量,灌溉供水成本最低为目标函数,建立了农田有压管道系统非线性优化模型。结合设计人员经验和工程实际,根据单点供水原则,采用枚举法对管网布置进行优化。在此基础上采用遗传算法对管径进行优化,得到各管网布置方案下的管径组合及水泵扬程,最后选择出供水成本最低的方案作为最优设计方案。编写了C++和Matlab程序,并进行了工程实例验证。结果表明,方法可快速有效地确定出农田有压管道系统整体优化方案,在满足农田灌溉要求的同时,降低供水成本,切实保护用水户的利益。     

微喷灌田间管网的优化研究

出水口的位置不同,田间管网布置方案也不同,从而影响田间管网的投资费用,以往的研究大多忽略了出水口位置对管网投资的影响。【目的】探究在自压供水条件下,出水口位置对田间管网建设费用的影响。【方法】分别对出水口位于地块一角、地块一边、地块中间3种情形建立以毛管长度、支管管径为决策变量,以微喷灌田间管网总投资最小为目标的优化模型,采用变径设计,选用遗传算法求解。【结果】与传统规范设计方案相比,出水口位于地块一角、一边和中间的模型优化方案,管道投资分别降低了20.0%、9.5%、23.9%。对比规范设计结果,出水口位于地块一边的管网投资最小,比出水口位于地块一角的布置方案投资降低了13.4%,出水口位于地块中间比位于一角时布置方案投资降低了7.2%;对比模型优化结果,出水口位于地块中间比出水口位于地块一角和出水口位于地块一边时田间管网投资分别降低了11.8%、9.9%。【结论】模型优化结果节省投资明显,模型优化结果显示出水口位于中间毛管双向布置时投资最省。     

基于圈的单水源树状管网优化改进遗传算法

以投资、运行费用之和最小为目标函数,建立了单水源树状管网优化数学模型.根据完整的树状管网优化需同时对管网布置和管径优化的特点,采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码遗传算法对模型进行求解,其中二进制编码表示管网的布置形式,整数编码表示管径.通过整数编码的设计,使管径约束自动得到满足.根据单水源树状管网与图论中生成树的相似性,在二进制编码操作时,采用基于圈的方法产生初始解及进行交叉、变异操作,使初始解和变异操作时生成的均为可行解,交叉操作时满足了生成树的基本条件.通过上述操作,大大降低了不可行解的产生几率,提高了算法的计算效率.优化算例说明了该方法的有效性.     

江苏省稻作区低压管道灌溉适宜控制规模研究

【目的】充分考虑工程经济性、实用性以及江苏省的现实情况,提出适合江苏省的低压管道输水灌溉工程的适宜控制规模。【方法】初步分析江苏省稻作区管道灌溉系统适宜控制规模的影响因素,建立灌溉管网的系统优化模型并采用界限流量法求解该模型。按照优化模型,估算出不同灌溉工程规模下的管网系统年费用,得到系统控制规模与单位面积年费用的关系。【结果】绘制系统控制规模与单位面积年费用关系图,在综合考虑工程建设投资和后期运行、管理和维护的情况下,建议管灌系统工程的适宜控制规模为23～30 hm2。【结论】根据现实情况适当选取管道灌溉工程的控制规模,对于节省工程投资以及工程运行后期的管理维护具有现实意义。     

基于混合蛙跳算法的自压微灌管网系统优化设计

【目的】解决自压微灌管网系统布置与管径优化设计的问题,节省工程投资造价。【方法】以新疆某灌区一微灌工程为研究对象,以微灌系统中各级管道的管段长度、管径为决策变量,支毛管允许水头差、工作压力、管径、流速等为约束条件,以管网总投资最小为目标,分别建立了双向毛管布置和单向毛管布置的自压微灌管网数学模型,并采用混合蛙跳算法进行求解,优化管网的布置及各级管道的管径。【结果】该优化设计方法对自压微灌管网系统能够实现管网系统布置与管径的同步优化,优化设计后的方案干管段数减少,干管每一段的长度和每条支管长度增加,部分管段管径减小,所需总投资为469 129.3元,与依据相关规范和经验进行设计的原方案相比,管网投资降低了21.5%。【结论】该优化设计方法所得的优化结果节省投资明显,混合蛙跳算法收敛性能稳定,计算速度较快,具有较高的计算精度,对水源有保证、地面坡度不大且较为均匀的自压微灌管网系统的优化设计具有一定的应用价值。     

滴灌灌水小区优化设计的浅论及算例

滴灌工程建设规范规定,一条支管所控制的灌溉面积称为一个灌水小区,它是滴灌系统最基本的设计单元,在支管管径选择及压力均衡的验算方面起到十分重要的规范作用.为了满足系统各灌水小区压力均衡,在各支管入口设置压力调节阀,消除其余管线要求水头与水源设计水头之差,达到系统压力均衡,使系统流量偏率不大于20%.     

机压微灌管网系统布置与管径同步优化设计

微灌管网系统由轮灌管网(支毛管)和续灌管网(干管)组成,以往的研究没有将其作为一个系统,且不能实现布置与管径组合的同步优化,研究成果对坡度均匀的大型灌区机压微灌独立管网系统的优化也不适用。因此,提出了机压微灌管网系统优化的方法,并建立了优化设计数学模型,采取整数及实数编码的混合编码方法,通过遗传算法求解,同时实现轮灌管网及续灌管网的布置优化及管径组合优化,得出的管径为标准商用管径,无需调整。实例计算结果表明,该模型与算法在求解机压微灌管网系统优化设计问题上具有良好的优化性能和求解精度。与传统设计方案相比较,轮灌管网和续灌管网的优化设计方案单位面积年费用分别降低了14. 85%～35. 59%和4. 12%～12. 99%,节省投资效果明显。     

Design of microirrigation subunit of minimum cost with proper operation

Matlab software named PRESUD (Pressurized Subunit Design) was developed to identify the optimum microirrigation subunit design using the annual water application cost per unit of irrigated area (C _T). This is defined as the cost per cubic meter of water applied to the soil for crop use, calculated as the sum of investment, maintenance, energy, and water (C _w) costs. In this study, only rectangular subunits are considered, using an iterative method for calculating the lateral and manifold pipelines. The infrastructure necessary for water delivery to the subunit inlet was taken into account in the price of water. The results indicate that C _w is the most important factor in C _T, which includes the investment and energy costs for moving water from the source to the subunit inlet. Other important factors, in order of importance, are the emission exponent (x), coefficient of variation of emitter manufacturer (CV_qmf), and emitter spacing (s _e). The minimum water application cost for a typical subunit to irrigate vegetable crops such as pepper is obtained with a subunit of 0.3–0.5 ha, with 80 m of paired lateral pipe length of 16 (13.6 mm) PE 0.25 MPa diameter, and 50 (44 mm) PE 0.4 MPa of manifold pipe diameter. The cost of a typical drip irrigation subunit design for a crop, such as grapevines on trellises, is equivalent to 25 % of the C _T of a typical subunit to irrigate vegetable crops, such as pepper.     

基于Matlab GUI的滴灌毛管优化设计程序研究

滴灌工程设计中,科学合理布设滴灌带对节水成效和工程投资都具有十分重要的影响。为提高滴灌规划设计的效率及优化效果,最大限度增大毛管铺设长度、减少滴灌工程建设单位投资,在现有滴灌水力模型的基础上,采用Matlab GUI和遗传算法工具箱相结合的方法,对毛管优化设计过程进行模块化程序设计。经验证,该优化程序界面友好,计算可靠,不仅大大减少了人工计算量,对当前滴灌工程规划设计和推广也有重要帮助。     

基于Excel规划求解的泵站加压灌溉管网优化设计研究

以管网系统年费用最小为目标函数,水泵扬程H和连续管径D为设计变量,建立了确定性的泵站加压灌溉管网优化设计模型,并应用Excel规划求解法对所建立的模型进行了求解。实例表明,在管网布置形式已知的情况下,与传统的经济流速法相比,Excel规划求解法是一种实用价值较高的模型求解方法,该方法不仅能够节省一定的工程投资,还提高了设计人员的设计水平和效率。     

黄土高原重力式地下滴灌水分运动模型与分区参数研究

建立了重力式地下滴灌条件下的土壤水分运动模型,分析地下滴灌土壤水分入渗规律.对黄土高原不同分区的4种典型土壤、不同灌水技术要素条件下的地下滴灌土壤湿润体形态、滴孔处出流量及土壤土水势进行数值模拟得出:榆林紧砂土土壤导水率较大,向下渗漏过多,不适宜地下滴灌;安塞砂壤土、洛川中壤土、武功重壤土在相同灌水量下,供水压力与滴孔孔径对地下滴灌湿润体形态影响微弱,但对滴孔出流量有较大影响,因此在地下滴灌工程设计时,只需根据田块长度和渗水管损失设计孔径和供水压力,并采用较小供水压力,降低供水水池高度,减小工程量;对武功重壤土,孔径和供水压力较大时地下滴灌滴孔处土壤易饱和板结,宜采用较小的孔径和供水压力.     

结合可靠度的自压树状管网管径优化研究

在自压输水系统中,管道投资占系统的比例较大,管径既是管道系统的一个基本技术参数,也是影响管道经济性的一个重要因素。【目的】合理地选取管径,节约工程投资、降低能耗、保证系统供水安全。【方法】以管网投资和运行管理费用最小为目标函数,管网节点水量可靠度指标、水压、流速等为约束条件,建立了自压树状管网管径优化模型,以新疆苏巴什河自压输水灌区为例进行分析,采用PSO算法与SAPSO算法优化求解模型。【结果】对比相同节点水量可靠度下的目标函数费用,SAPSO算法均低于PSO算法,其优化结果更好;对节点水量可靠度Ri=0.7下SAPSO算法的计算结果与最优解的相对偏差统计分析可知,小于10%的概率达到97%,其所建模型稳定,计算精度较高。【结论】考虑管网可靠性,所建模型能够较为系统地反映自压输水管网在全寿命周期的运行情况,运行结果的可靠性高;利用SAPSO算法优化求解模型,优化结果更为精确可靠,该方法能为类似工程的管网管径优化问题提供借鉴。     

沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌工程设计

云南省沾益区炎方乡来远银杏苗圃采用滴灌方式灌溉,设计灌溉面积180hm2,支管、毛管铺设是滴灌设计的核心内容.以项目区基本资料和灌溉制度为基础,通过水力计算来确定支管、毛管铺设参数.项目区分10组轮灌,灌水周期5d,灌水延续时间6h,净灌水定额18mm,毛灌水定额20mm.滴头流量2L/h,工作压力水头15m.最终:支管铺设长60m,间距60m,50孔,选用0.8MPa DN63PE100级管;毛管铺设长100m,间距1.2m,100孔,选用0.6MPaDN25PE100级管;选用16(0.15MPa)压力补偿滴头.