江苏省稻作区低压管道灌溉适宜控制规模研究北大核心CSCD

【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。     

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。     

管道输水灌溉适宜工程规模初探

管道输水灌溉在井灌区发展很快,技术上日趋成熟。但单井控制灌溉面积多是以井的出水量为控制因素,规模一般不大,如果水源有足够的保证,其工程规模还应考虑工程单位投资和工程运行管理。因此,对水源充足条件下的管道输水灌溉适宜工程规模进行初步研究,综合考虑工程单位投资及运行管理等因素,提出管道输水灌溉工程的适宜规模为:工程的控制灌溉面积上限为400～567hm2,所采用的管径上限为450～560mm。     

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。     

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。     

基于遗传算法的滴灌支管轮灌小区管网优化布置研究

田间灌水小区是滴灌系统的最小单元,该部分的设计是否合理,将直接影响到系统的工程投资、运行费和安全可靠性。【目的】优化滴灌支管轮灌小区管网布置。【方法】将田间支管轮灌小区作为一个整体,分别以单位面积投资最低和控制面积最大为目标建立数学模型,应用遗传算法对管网进行了优化计算。【结果】实例表明,双向毛管单位面积投资较单向毛管降低了4.31%,控制面积增加了28.41%;在水源供应允许的条件下,支管管径由32 mm增大到75 mm时,控制面积增加了393.78%,当支管管径由75 mm减小到32 mm时,最低投资降低了11.50%。【结论】在双向毛管布置方案控制面积和单位面积投资均优于单向毛管;增大支管管径有利于增加灌水小区控制面积,减小支管管径有利于降低单位面积投资。     

基于萤火虫算法的滴灌管网优化设计研究

传统滴灌工程设计过度依赖设计人员经验,同时管网系统投资较大。【目的】探索滴灌管网的优化设计方法,节约工程投资。【方法】以投资最小为目标函数、工作压力及管内流速为主要约束条件建立滴灌管网优化模型,并利用萤火虫算法进行求解,优化不同管网布置形式下的各级管道的管径及投资。选取约87 hm2旱田(玉米)滴灌工程为实例研究对象,针对骨干管道的3种布置方案(梳型、丰型、π型)优化研究,综合附属工程投资额得出最优方案。【结果】方案一"梳"型布置投资额为12 443.08元/hm2;方案二"丰"型布置投资额为12 263.17元/hm2;方案三"π"型布置投资额为13 698.20元/hm2;方案二投资最小,分别较方案一与方案三节约投资1.45%与10.48%。【结论】基于萤火虫算法求解的滴灌管网优化模型可以对管径及管网布置模式进行优化,能够应用到滴灌管网的优化设计当中,是一种可行方法。将附属工程投资独立考虑,并纳入滴灌系统总投资可简化问题。骨干管道"丰"型布置为最优方案。     

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。     

南疆不同控制面积地表水滴灌系统投入、运行费用探析

以温宿县108公顷地为例,对不同控制面积滴灌系统的总投入、各项投入及运行费用进行比较,结果表明滴灌系统控制面积规模应适中,控制面积过大则运行费用随之增大,降低了灌水均匀度,能耗增加,轮灌管理困难,系统安全性降低;而系统控制面积过小初置一次性投入也会随面积减小而增加。滴灌系统的优化方案应由单位面积初置一次性投入成本和运行成本等综合费用共同决定。     

微灌田间管网布置优化及参数分析

微灌工程是推进农业节水灌溉的重要手段,合理的田间管网参数设计是水利计算中的重要环节.为此,探索了田间灌水单元小区内满足灌溉管道运行安全的田间管网优化布置方案,建立以单位面积管道投入最低为目标函数且满足管道安全运行要求的双向布置田间管网优化设计数学模型,并应用遗传算法对永舒榆灌区典型区域进行优化计算.与原设计相比,单位面...     

考虑水头损失的管道灌溉分水口轮灌分组优化模型

[目的]优化灌溉系统中分水口轮灌分组的灌溉制度,在满足流量要求的条件下节约电能.[方法]提出了在考虑水头损失时不同分水口状态与管道进口压力的关系模型,该模型利用分水口开关0,1状态作为自变量,从管道末端起利用推导的递推公式求出管道进水口的等效水头损失系数.依据该模型,在定流量分组轮灌优化中得到为使分组轮灌功率最小的目标...     

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...     

基于VBA的宁夏引黄灌区暗管排水间距计算方法研究

暗管排水工程是控制灌区地下水位,防治耕地盐碱化的主要技术手段。【目的】综合考虑排水条件、排水目的等因素,选择合适的计算方法计算暗管间距。【方法】对几种常用的暗管间距计算方法进行了理论分析并总结了其适用条件,编写了基于VBA的计算程序以实现不同计算方法的优选并确定相应的暗管间距。在此基础上,选取宁夏引黄灌区2个典型暗管排水工程案例进行了分析计算。【结果】稳定流状态下,当kH/q≤100时,宜选择阿维里扬诺夫-瞿兴业公式计算暗管间距,当kH/q>100时,宜选择Hooghoudt公式计算暗管间距;非稳定流状态下,以治渍为目的地区选择按地下水位下降速度计算暗管间距,以防治盐碱化为目的地区选择按排蒸比计算暗管间距。【结论】利用VBA开发的程序可以解决暗管间距计算过程中较繁琐的迭代、累加等计算问题,操作便捷,实用性强;非稳定流方法更适合于宁夏引黄灌区暗管排水间距的计算,银北灌区宜按排蒸比计算暗管间距,银南灌区宜按地下水位下降速度计算暗管间距。     

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。     

渐缩式比例施肥器的设计与试验

【目的】解决压差施肥罐施肥质量浓度随时间衰减的问题。【方法】采用在压力罐中设置可变形的肥袋,压力罐、肥袋与主管连接点中间设置减压阀的方法,研制了一种通过压力罐向管道注肥的渐缩式比例施肥器,实现了比例施肥。理论分析了其并联特性,在此基础上试制了样机,开展了性能试验,测试了4种管道工况下施肥质量浓度变化。【结果】可变形肥袋起到了水肥分隔、水肥等量置换作用,其水力系统为并联管道系统,当结构形式一定时,施肥比例是常数,其仅与2个支路管径以及局部损失系数有关,不受来水管道压力、流量变化影响,同一工况、不同时刻出水管道肥液质量浓度最大偏差为4.7%,来水管道工况变化时平均质量浓度最大偏差为3.5%,属于均匀施肥,施肥器的最大水头损失为0.47 m,施肥比例可在0～10%范围内调节。【结论】研制的渐缩式比例施肥具有施肥质量浓度稳定、水头损失小,适合各种管道压力的特点,可应用于设施农业喷灌、滴灌系统加药、施肥。     

开敞式低压管灌系统调压井设计顶高程确定方法及其应用

【目的】提高开敞式低压管灌系统设计的可靠性,提出合理确定调压井(泵站出水池)顶高程的具体方法。【方法】基于水量平衡和能量守恒方程,通过模拟系统所有可能的运行工况,寻找各井(池)内可能出现的最高水位,从而确定井(池)的设计顶高程。将该方法应用于上海市青浦区的南崧灌区。【结果】模拟获得的调压井水位为4.18～4.49 m,确定的调压井设计顶高程为4.8～5.0 m,满足系统运行要求。【结论】该方法以系统运行工况的模拟数据为依据,确定的调压井顶高程合理可靠,可应用于生产实践。     

偏心文丘里流量计的试验与数值模拟

[目的]克服传统的文丘里流量计用于低压管道输水灌溉系统测流时上游侧容易产生淤积的问题.[方法]以直管段管径DN100、缩径比为0.35的偏心文丘里管为例,分别进行了实际测流试验及基于FLOW-3D的数值模拟研究,并对偏心文丘里管压力差及流出系数进行了对比分析.[结果]数值模拟的流出系数与试验流出系数基本一致,利用FLO...     

南方大型灌区水稻田灌溉制度实时优化方法研究

【目的】提高南方大型平原自流灌区农业用水效率,发展精准灌溉。【方法】针对江苏省洪金灌区,基于降雨短期预报和水量平衡方程,开展水稻灌溉制度的实时优化研究。【结果】基于7 d短历时天气预报,2017年7月7─13日洪金灌区采用实时优化方法确定的灌溉方案与传统灌溉制度相比,在满足同样灌水要求情况下的灌溉水量减少了32%。【结论】该方法对南方水稻区种植具有普遍指导意义,能够更加精确地安排水稻灌溉制度,提高雨水利用率,优化地区水资源分配。