Page 88 - 2023年第54卷第2期

０．１ＭＰａ条件下灌水器标称流量 ２．８Ｌ?ｈ ［１８］ 。微灌单元地形及管网基本信息如表 １所示。

表 １ 微灌单元地形及管网基本信息
参数 取值 参数 取值
支管方向地面坡度 Ｉ １?５００ 灌水器制造偏差系数 ＣＶ ｍ ０．０３
１
毛管方向地面坡度 Ｉ １?１０００ 每株作物灌水器个数 Ｎ １ ３）
２
灌水器间距 Ｓ ｅ ?ｍ ０．３ 支管进口压力 Ｈ ０ ?ｍ １０．０
毛管间距 Ｓ ｌ ?ｍ １ 支管粗糙系数 Ｃ ｍ １０５ ［２３］
支管公称外径 ｄ ｎ － ｍ ?ｍｍ ４０．０ ，５０．０，６３．０，７５．０，９０．０ 毛管粗糙系数 Ｃ ｌ １３５ ［２３］
支管公称壁厚 ｅ ｎ － ｍ ?ｍｍ ２．４ ，３．０，３．８，４．５，５．４ １） 折旧年限 ｍ?ａ ５
支管单价 Ｐ ｍ ?（元?ｍ） ７．０，８．５，１０．５，１３．１，１８．８ １） 年利率 ｉ ０．０６
３
毛管公称内径 ｄ ｌ ?ｍｍ １６．０ 水价 Ｐ ｗ ?（元?ｍ ） ０．４
毛管公称壁厚 ｅ ｎ － ｌ ?ｍｍ ０．２ 电价 Ｅｎ ｃ ?（元?ｋＷｈ） ０．５
毛管单价 Ｐ ｌ ?（元?ｍ） ０．６ 水泵效率 Ｅ ｐ ０．６５
出水桩单价?（元?个） ２５．０，３２．０，４３．０，１０２．０，１６０．０ １） 不规则微灌单元底角 α ?（°） ２０～８０
２ ２）
灌水器流量－ 压力关系 ｑ ＝ ＫＨ ０．５８ ，Ｋ～Ｎ（０．７４，０．０２）
注：１）不同支管公称壁厚和支管单价与 ５种支管公称外径分别对应，单价通过市场调研得到；２）为考虑制造偏差影响，设定流量系数
为符合正态分布的随机数 ［３０］ ；３）本系统灌水器间距 ０．３ｍ，为线源滴灌，Ｎ值取 １ ［２７］ 。

３．２ 优化分析 基于构建的 ＨＡＰＩＳ模型，本研究重点评估出水桩位置、单元控制面积和单元形状参
数对不规则微灌单元水力性能和年费用的影响，具体方法如下：
情景 １：出水桩位置影响。以等腰直角三角形为例进行研究（底角 α ＝ ４５° ），设定不规则微灌单元
２
面积为 ０．３ｈｍ ，支管公称外径为 ７５ｍｍ，其他参数与表 １一致。模拟毛管单?双向布置模式下，出水
桩分别沿单元直角边 ａ和 ｂ以 ３Ｓ和 ９Ｓ进行平移，每次出水桩位置变化后，基于 ＨＡＰＩＳ模型重新生成
ｌ ｅ
管网基本信息并进行水力计算和结果分析（管网重置并计算 ５３次），评估出水桩位置对不规则微灌单
元水力性能和年费用的影响。
情景 ２：单元控制面积影响。研究不同支管公称外径时（４０、５０、６３、７５和 ９０ｍｍ），不规则单元
水力性能和年费用对单元控制面积变化的响应。与情景 １一致，微灌单元形状设置为等腰直角三角
形。任一单元控制面积情况，以 ｑ最小为原则，优化得到该情景下的最佳出水桩位置，进而对此时的
ｖ
２
水力性能和年费用指标进行计算。在微灌单元面积优化过程中，以 ０．０２ｈｍ 为梯度递增单元面积，以
ｑ≤２０％为约束，得到不同支管公称外径情况下不规则微灌单元最大控制面积和最低年费用（管网重置
ｖ
并计算 ２９５６次）。
２
情景 ３：单元形状参数影响。设定不规则微灌单元面积为 ０．３ｈｍ ，支管公称外径为 ７５ｍｍ，评估
不规则单元底角 α变化（２０°～８０°）对水力性能和年费用的影响。计算过程中，底角 α变幅为 １０°。给
定底角条件下，以情景 １模拟方法为基础，优化得到最佳出水桩位置，进而计算微灌单元水力性能和
年费用指标（管网重置并计算 ３５８次）。

４ 结果与分析

４．１ 出水桩位置影响 图 ３给出了情景 １中典型出水桩位置（ＷＩＰ ＝ ０．５ ）条件下，微灌单元灌水器压力
水头分布和各水力性能指标。毛管单?双向布置下，出水桩位置均是影响微灌单元压力水头分布的重要
因素。在 Ｍ 模式下，受水头损失的影响，压力水头自出水桩位置向 ＯＤ和 ＯＥ方向逐渐减小，在三角
１
形微灌单元顶点 Ｄ和 Ｅ处分别降低至 ９．７和 ８．８ｍ，Ｄ点相对较高的压力水头与 ＯＤ支管上连接毛管较
短有关。在 Ｍ 模式下，支管压力水头沿支管方向逐渐降低，由 Ｏ点处的 １０．０ｍ降低至 Ｄ点处的 ８．２ｍ。
２
— ２ １ —
２