Page 85 - 2023年第54卷第2期

在微灌单元支?毛管水力解析中的应用，实现了最佳支管位置和支?毛管长度和管径的优化。近年来，以
遗传算法为代表的智能算法为微灌单元水力设计和优化提供了新的助力 ［１６ － １７］ 。线性规划法、有限元法、
遗传算法等为微灌单元的设计和优化提供了技术支撑，但由于这些方法要求设计人员有较强的计算基础，
方法的应用并不普遍；将微灌单元支管和毛管分成两个独立部分，基于允许压力水头偏差在支?毛管上平
均分配（各占 ５０％），利用多口系数法进行水力设计仍是现阶段我国微灌系统设计中最常用的方法。
受地形、道路、建筑物等影响，规模化微灌系统中不规则地块普遍存在 ［１８］ 。不规则微灌单元中，
毛管长度随不规则单元边界位置变化而变化，多口系数法中微灌单元 “支管、毛管为等距、等量分流
的多孔管道” 的假定 ［１９］ 已不满足要求，以致水力计算中无法在支?毛管上对允许压力水头偏差进行分
配，支管位置、毛管布置形式、管径和单元形状特征等对水力性能的影响较规则单元更为复杂，研究
提出简单易用的不规则微灌单元支?毛管水力计算方法仍是亟待解决的问题。与此同时，随着规模化微
灌系统发展和人们环保意识的增强，系统设计逐渐从仅关注系统均匀性和管网投资，转向综合考虑水
力性能、管网投资、能耗费用、维护费用和水费。以最大控制面积和最低费用为目标，李援农等 ［１７］ 开
发了基于遗传算法的规模化微灌单元管网优化方法。马朋辉等 ［２０］ 以单位面积年费用最低及控制面积最大
为目标，实现了微灌管网布置和管径的同步优化。基于构建的微灌水力计算软件 ＧＲＥＤＲＩＰ，Ｌｉｍａ等 ［２１］
以降低能耗为目标，实现了微灌系统的管理优化。本研究目标是基于现有微灌管网水力计算方法，构
建不规则微灌单元管网设计和优化模型，分析出水桩位置、单元控制面积和单元形状参数等对灌水均
匀性和年费用的影响，进而为不规则微灌单元水力性能的综合优化提供技术支撑。

２ 不规则微灌单元水力性能优化设计模型构建

２．１ 单元设置 为方便耕作和系统布置，不规则地块中毛管和作物种植方向大多垂直于某一条边界设
置，直角三角形灌溉单元普遍存在 ［１８］ ，本研究以此为例对不规则微灌单元设计与评价进行研究。图 １
给出了典型不规则微灌单元管网布置示意图。其中，不规则微灌单元包括出水桩 １个、支管 １根、毛
管若干条和灌水器若干个。为方便灌水管理和支管布置，出水桩沿直角边布置，形成毛管单向（图 １（ａ））
和毛管双向（图 １（ｂ））布置两种模式。毛管单向布置时，灌溉水在特定压力条件自出水桩流出后，流
入两侧支管，进入支管右侧毛管后经灌水器流出；毛管双向布置时，灌溉水自出水桩流入支管后，向
支管两侧毛管供水，在靠近三角形单元的上方，支管沿三角形斜边延伸，以保障支管向左侧毛管供
水。微灌系统不规则单元面积 Ｓ、直角边 ａ和 ｂ、底角 α 、出水桩位置 ＷＩＰ（Ｍ 和 Ｍ 模式下分别由 ｘ?ａ
１
１
２
和 ｘ?ｂ计算得到）、支管公称外径 ｄ 、支管间距 Ｓ、毛管公称内径 ｄ、毛管间距 Ｓ、灌水器间距 Ｓ、
ｎ － ｍ
ｍ
ｌ
ｅ
１
ｌ
灌水器设计流量 ｑ等根据实际情况取值。
ｄ

图 １ 典型不规则微灌单元管网布置示意图

２．２ 水力性能模拟模型构建 微灌单元水力计算的核心任务是计算灌水器压力和流量在单元内的分
布。本研究利用 Ｍａｔｌａｂ和 ＥＰＡＮＥＴ软件构建微灌水力设计及评价模型（ＨｙｄｒａｕｌｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ

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